移动3D图形技术在嵌入式系统上的设计与实现

摘要

计算机三维图形技术的高逼真效果，使其在各个领域得到广泛的应用，而计算机硬件的不断更新也推动了三维图形技术的发展。在嵌入式领域，随着近年来嵌入式硬件的快速发展，计算速度的进一步提高和存储容量的不断扩大，使得在嵌入式设备上进行三维图形技术的开发成为可能。而以移动手持设备为主的嵌入式平台的不断普及，使移动三维图形(M3G，Mobile 3D Graphics)技术成为嵌入式领域的一个发展热点。 J2ME平台做为一个日趋庞大和强大的平台，成功的将Java技术的安全性和可移植性引入了诸如手机、PDA等资源受限的嵌入式移动设备之上，是当前移动手持设备的首选平台之一。J2ME的架构由“配置”、“描述”和“可选包”组成，开发者可以对其进行选择从而构建成一个完整的Java运行环境。移动3D图形库(M3G库)，正是构建在CLDC和MIDP平台上的三维图形库“可选包”，为移动手持设备提供三维图形开发引擎。 本文的主要工作就是在嵌入式平台上实现M3G库，主要依据JSR184规范，底层通过本地方法接口调用OpenGL-ES函数。实现最终运行在Intel PXA255开发板WindowsCE平台上，使用的虚拟机是Intel公司开发的基于ORP框架的高性能Java虚拟机。具体的编程实现，则主要分为本地代码和M3G类库两部分。 本文首先简述了研究的背景知识，探讨了研究的目的和意义；然后介绍了相关的嵌入式硬件开发平台，以及基于的虚拟机实现；接着介绍了整个M3G类库的架构以及对应的OpenGL渲染流水线的相关内容；接着重点叙述了包括底层本地方法以及整个M3G类库的设计与实现；最后对实现的M3G类库性能进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 嵌入式系统三维图形技术现状

1.3 Java虚拟机及J2ME简介

1.3.1 Java虚拟机平台简介

1.3.2 J2ME简介

1.4 Java本地方法和JNI规范

1.5论文的目的和意义

1.6本文的组织结构

第二章 硬件平台及底层虚拟机实现

2.1 开发板简介

2.2 WindowsCE平台及开发环境简介

2.2.1 WindowsCE操作系统简介

2.2.2 WindowsCE平台开发环境

2.3 嵌入式的Java虚拟机(KVM)

2.3.1 Java虚拟机的选择

2.3.2 虚拟机的关键技术

2.3.3 虚拟机的改造

第三章 JSR184规范及OpenGL-ES研究

3.1 M3G库类结构概述

3.1.1 顶点数据类

3.1.2三维信息类

3.1.3 渲染对象类

3.1.4 公共渲染类

3.1.5动画框架类

3.2渲染流水线

3.3 OpenGL-ES

第四章 JSR184类库的设计与实现

4.1 整体实现设计

4.2 本地接口设计与实现

4.2.1 渲染相关的本地接口

4.2.2 矩阵变换相关的本地接口

4.2.3 图像数据转换相关的本地接口

4.2.4 Loader类相关的本地接口

4.2.5 其他本地接口

4.3三维图形类库实现

4.3.1 Object3D类

4.3.2 Graphics3D类

4.3.3 SkinnedMesh类

4.3.4 MorphingMesh类

4.3.5 Sprite3D类

4.3.6 Camera类

4.3.7 Light类

4.3.8 Transform类

4.3.9 Loader类

4.3.10动画相关类

第五章 移动3D图形库实现结果和性能分析

5.1 实现结果

5.2类库设计及性能分析

第六章 总结和后继工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文