面向移动设备的图形绘制技术研究

摘要

移动设备图形技术研究是嵌入式系统、图形学和移动通讯等学科交叉后形成的新的研究方向。在资源受限的移动设备上绘制真实感的2D/3D图形的需求日益迫切。本文主要研究面向移动设备的图形绘制技术，主要内容和贡献点包括： (1)移动图形绘制框架。目前的移动图形绘制研究主要面向具体的应用。本文设计了一个移动图形绘制整体框架，包括本地图形绘制和网络图形绘制。在本地图形绘制中，图形标准按照层次性、模块化来实现，并针对流水线进行优化。网络图形绘制包括异构平台中的网络传输方案和图形绘制优化。从面向图形和面向传输等方面，本文总结出有效的网络图形绘制优化技术，并提出了绘制负载在客户端、加速器和服务器之间均衡的策略。此框架将移动终端、无线网络和远程服务器有机地结合起来，具有一定的通用性，可以指导移动图形应用的开发。 (2)面向移动设备的矢量图形绘制。目前针对矢量图形标准OpenVG的研究正在进行中。本文分析了OpenVG的绘制流水线，提出了完整的路径绘制算法。针对路径绘制过程中的计算量瓶颈，提出了基于曲率的Bdzier曲线非均匀细分算法。该算法既考虑了曲线的特征，又避免对资源占用较多的迭代运算和对计算要求较高的平坦性检测。算法应用于矢量图形实例，获得了快速高质量的绘制效果。 (3)面向移动设备的多样图纹理合成。目前面向移动设备的真实感纹理合成方面的研究缺乏。基于Wang Tile的纹理合成具有实现简单、存储需求小的优点，适合在移动平台上实现。本文深入分析Cohen随机贴片算法，提出了一个改进的基于Wang Tile的双向纹理合成算法。基于Hammersley点集的样本纹理子图选取策略具有良好的均匀分布和低差异特性；改进的片填充算法扩大了最佳切割线的寻找范围，有利于消除合成结果的缝隙瑕疵；基于双向扫描的并行贴片算法提高了合成结果的非周期性。改进的算法与随机填充算法相比，改善了视觉效果。算法设计充分考虑到移动设备计算和存储能力的限制。 (4)面向网络游戏的集成同步技术。同步性问题影响网络游戏的可玩性。本文总结了影响同步性的因素，将同步算法分为保守和乐观两大类。利用人眼的视觉特征，本文通过变更对象的运动速度提出自适应同步算法；从补偿网络延迟和减少带宽需求的角度，在服务器端和客户端分别采用兴趣管理和动态用户列表技术，从而提高同步性和响应性。试验表明这种集成同步技术的可行性。在此基础上，本文实现了一个面向健身的虚拟网络马拉松系统，它支持多个用户在一个虚拟的环境中进行锻炼、训练和比赛，游戏的同时享受健身和娱乐的效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第1章绪论

1.1移动设备图形的研究特点

1.2移动设备图形的关键技术和研究现状

1.2.1移动设备图形研究的关键技术

1.2.2移动设备图形的研究现状

1.3面向移动设备图形绘制的若干问题

1.3.1移动图形绘制框架

1.3.2矢量图形绘制

1.3.3真实感图形绘制

1.4本文工作和内容安排

第2章移动图形绘制框架

2.1引言

2.2移动图形绘制框架

2.3本地图形绘制

2.3.1移动设备图形标准

2.3.2图形绘制流水线

2.3.3图形绘制系统结构

2.4网络图形绘制

2.4.1移动通讯和网络协议

2.4.2网络绘制优化

2.4.3绘制负载均衡

2.5实验结果

2.6本章小结

第3章面向移动设备的矢量图形绘制技术

3.1引言

3.2路径绘制算法

3.2.1路径绘制流程

3.2.2路径填充和描边

3.2.3光栅化器

3.2.4缓冲区数据显示

3.3绘制性能分析

3.4曲线绘制优化

3.4.1 Bézier曲线的拐点

3.4.2基于曲率的曲线非均匀细分

3.5实验结果

3.6本章小结

第4章面向移动设备的多样图纹理合成

4.1 引 言

4.2基于Wang Tile随机贴片算法

4.3改进的纹理合成算法

4.3.1算法流程

4.3.2样本子图像选取

4.3.3改进的纹理填充算法

4.3.4双向贴片算法

4.3.5面向移动设备的算法设计

4.4实验结果

4.5本章小结

第5章网络图形绘制技术和原型系统

5.1引言

5.2基于AOI和动态用户列表的集成同步技术

5.3虚拟健身网络游戏框架

5.4虚拟网络马拉松系统的设计与实现

5.4.1游戏情节设计

5.4.2硬件设计

5.4.3网络通讯

5.4.4服务器设计

5.4.5客户端设计

5.4.6嵌入式系统移植

5.5虚拟网络马拉松的图形绘制

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1本文的研究成果

6.2未来的工作

参考文献

攻读博士学位期间的研究成果

致谢