嵌入式系統(tǒng)中動(dòng)畫設(shè)計(jì)方法的適用度分析

　引 言

　　對(duì)于各種各樣應(yīng)用日益廣泛的嵌入式系統(tǒng)而言，除了應(yīng)用功能強(qiáng)大外，人機(jī)界面的美觀也是吸引用戶的重要方面。因此，越來越多的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員希望：LCD上除了顯示圖案固定的菜單以外，再添加適量的動(dòng)畫，使得整個(gè)界面屏幕更加活潑可人。用于動(dòng)畫設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)語言有多種，并且有多種方法，根據(jù)是否需要借助于其他應(yīng)用軟件和程序，可以將這些方法分成兩大類：第一類是只使用各種編程語言及開發(fā)環(huán)境中包含的文件和框架實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方法；第二類則是安裝相關(guān)軟件(諸如Flash、Di-rectDraw等)，在相關(guān)語言的開發(fā)環(huán)境中將這些軟件的功能文件包含進(jìn)去，來共同實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫設(shè)計(jì)的方法。而嵌入式系統(tǒng)由于其極強(qiáng)的專用性、實(shí)時(shí)性要求，傳統(tǒng)采用的開發(fā)語言并不是很多，雖然動(dòng)畫界面在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中并非高優(yōu)先級(jí)的程序，但開發(fā)人員在選取其設(shè)計(jì)方法時(shí)，也應(yīng)該辨明利弊，靈活使用，這樣才能看到更加賞心悅目的界面，而不是被LCD上凌亂不堪的顯示內(nèi)容所困擾。

　　1 不需安裝第三方軟件的動(dòng)畫設(shè)計(jì)方法分析

　　(1)Logo適用于簡易的嵌入式設(shè)備的動(dòng)畫設(shè)計(jì)

　　Logo語言的設(shè)計(jì)方法最為簡單。它內(nèi)置一套(Turtle Graphics)系統(tǒng)，其本身就是一種繪畫語言，理論上可以加載到嵌入式系統(tǒng)中作動(dòng)畫開發(fā)；然而，因?yàn)橐粋€(gè)嵌入式系統(tǒng)會(huì)有很多別的軟件設(shè)計(jì)部分，其他功能都采用Logo顯然并不合適，而要在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中安裝兩種開發(fā)環(huán)境更加不現(xiàn)實(shí)。所以，若在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中選用這種方法制作動(dòng)畫，應(yīng)該只適合用于兒童用的復(fù)雜程度同等的簡易的嵌入式設(shè)備。

　　(2)最適合嵌入式系統(tǒng)使用的擦除法

　　C語言是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)使用最多的語言，并且高中低檔的系統(tǒng)都可以用，因而采用C語言的所有動(dòng)畫設(shè)計(jì)方法，理論上均適用于嵌入式系統(tǒng)的屏幕動(dòng)畫開發(fā)。然而，諸如利用動(dòng)態(tài)開辟圖視口方法、利用顯示頁和編輯頁交替變化、利用畫面存儲(chǔ)再重放的方法，以及直接對(duì)圖像動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作的方法等程序比較復(fù)雜，且要對(duì)圖像不斷進(jìn)行存取操作，這需要耗費(fèi)大量內(nèi)存資源；而擦除法動(dòng)畫設(shè)計(jì)則可以解決上述問題。其設(shè)計(jì)原理是：利用同色原理，當(dāng)圖形色與背景色相同時(shí)人眼不能感知。在動(dòng)畫設(shè)計(jì)中，當(dāng)在一個(gè)位置畫了一張圖像時(shí)，使圖像色與背景色相異，然后再到另一個(gè)位置畫一張圖像并使圖像色與背景色也相異，此時(shí)將先畫的圖像在原位置再畫一張，并使圖像色與背景色相同，這樣人眼只能看到新畫的一張圖像而看不到先前畫的圖像，從而先前畫的圖像感覺被擦除了。

　　這樣連續(xù)畫多張圖像并在每畫一張新的圖像時(shí)將原來的圖像擦除，從而在觀察者看來就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)畫的效果。綜上所述，從耗費(fèi)資源較少且執(zhí)行速度較快的角度出發(fā)，筆者認(rèn)為，采用C語言設(shè)計(jì)動(dòng)畫的常用方法中，最適合嵌入式系統(tǒng)使用的是首選擦除法。

　　(3)CBuilder語言本身不太適合嵌入式開發(fā)

　　采用CBuilder語言設(shè)計(jì)動(dòng)畫，可以方便地利用現(xiàn)成的組件產(chǎn)生圖像及控制時(shí)間，從而解決了動(dòng)畫設(shè)計(jì)中兩個(gè)非常重要的問題。然而CBuilder語言本身不太適合嵌入式開發(fā)，因?yàn)榍度胧介_發(fā)對(duì)空間、效率都要求較高，而CB是針對(duì)高層的應(yīng)用程序開發(fā)的工具。但是，有兩點(diǎn)值得注意：首先，現(xiàn)在很多公司做嵌入式開發(fā)多是自己搞一套系統(tǒng)，使其適合使用CB完全可以做到；另外，Borland公司正在開發(fā)嵌入式的C++，可以期待。

　　(4)Java語言非常適合嵌入式系統(tǒng)的屏幕動(dòng)畫設(shè)計(jì)

?????? Java語言是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)常采用的語言，在手機(jī)中更是應(yīng)用良多。Java語言的動(dòng)畫設(shè)計(jì)方法通過定義線程的方法來控制動(dòng)畫時(shí)間；而使圖像動(dòng)的平滑的雙緩沖方法需要很大內(nèi)存，因而更常用的消除畫面閃爍的辦法是重載upGlate()。

　　(5)C++語言方法均可用于嵌入式系統(tǒng)動(dòng)畫設(shè)計(jì)

　　面向?qū)ο蟮腃++語言中，可供選擇的動(dòng)畫設(shè)計(jì)方法很多：簡單的動(dòng)態(tài)圖像(如不斷閃爍的星星)可以采用底色覆蓋法；在屏幕的固定位置顯示動(dòng)態(tài)圖像時(shí)，可以選擇多圖片切換法；利用異或方式進(jìn)行繪圖不會(huì)發(fā)生全屏幕閃動(dòng)，通常效果較好，但若反復(fù)使用，在所清除圖像處會(huì)產(chǎn)生閃爍，仍不是很完美；像素操作一般和其他動(dòng)態(tài)圖像實(shí)現(xiàn)方法(如底色覆蓋)相結(jié)合使用；多緩沖技術(shù)是將圖形繪制在不同的幀中，通過將屏幕在這些不同的幀之間進(jìn)行切換，來達(dá)到動(dòng)畫效果；具體的幀數(shù)目可以根據(jù)實(shí)際動(dòng)畫的需要自行確定。這類似于C語言中的雙緩沖技術(shù)原理，只不過雙緩沖只繪制一份備用圖像作為離屏圖像，而多緩沖則將圖形繪制在多個(gè)不同幀中，將屏幕在這些幀之間進(jìn)行切換。

　　因?yàn)楣I(yè)方面大多用C／C++作為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)語言，所以這些方法都可用于嵌入式系統(tǒng)動(dòng)畫設(shè)計(jì)。在Nord-Tec SoftWare開發(fā)的Nord-Tec Snow Flakes屏幕保護(hù)程序中，逼真的雪花動(dòng)畫便是利用多緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

　　(6)繪制復(fù)雜風(fēng)格線條的方法

　　在GIS(地理信息系統(tǒng))類軟件設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要在繪圖時(shí)使用一些相對(duì)固定但又頻繁使用的一些用以代表地理狀態(tài)的符號(hào)，如河流、鐵路、海岸線等等。顯然，這些基本符號(hào)圖形一般都是相對(duì)復(fù)雜的線條，在MFC提供的基本類庫中并未提供可以直接使用的相關(guān)函數(shù)；即使是在繪圖功能比較強(qiáng)大的CDC中，也僅僅提供了LineTo()、Set-Pixel()等一些通用的最基本的繪圖函數(shù)。使用這些函數(shù)來繪制GIS基本符號(hào)是效率比較低的一種辦法，這在大量的繪圖操作中將會(huì)表現(xiàn)得比較明顯，因此不宜提倡。但是，可以通過Windows NT 3．1中首次出現(xiàn)的Win32．API函數(shù)LineDDA，來解決這一繪制復(fù)雜風(fēng)格線條的問題。

　　(7)使用VC實(shí)現(xiàn)高速平滑的簡單動(dòng)畫的方法

　　許多軟件(特別是游戲軟件)的開發(fā)中，實(shí)現(xiàn)高速平滑的動(dòng)畫需要比較深的技術(shù)，如OpenGL、DirectX，并且可能還要開發(fā)人員有深厚的數(shù)學(xué)功底。但是，如果只是在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)過程中，想為應(yīng)用程序的界面實(shí)現(xiàn)一些動(dòng)畫效果，就可能不用以上這些技術(shù)了，更多的是用WindowsAPI提供或MFC封裝后的GDI繪圖函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。雖然所需動(dòng)畫的復(fù)雜程度不高，但作為開發(fā)人員，并不能為此就降低對(duì)動(dòng)畫效果的要求。因此，需要了解如何用GDI函數(shù)來開發(fā)平滑無閃、高速的動(dòng)畫。

　　該技術(shù)的關(guān)鍵就是在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)與顯示動(dòng)畫的窗口區(qū)域一樣大的位圖，先用GDI函數(shù)繪制位圖，然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候從內(nèi)存中顯示出來。因?yàn)槲粓D已經(jīng)繪制好，不象平時(shí)編程那樣邊繪制邊顯示，所以，顯示一幀圖形時(shí)便減少了閃爍，從而實(shí)現(xiàn)平滑動(dòng)畫；同時(shí)，由于圖形是從內(nèi)存中直接顯示到當(dāng)前窗體的，所以速度很快，從而實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)畫。如果再創(chuàng)建一個(gè)線程后臺(tái)繪制圖形，將會(huì)實(shí)現(xiàn)很多特殊效果的動(dòng)畫，使嵌入式系統(tǒng)的用戶界面收到意想不到的效果。

　　在此基礎(chǔ)上，還可以在顯示位圖時(shí)作優(yōu)化顯示。例如：不是將位圖全部顯示出來，而是顯示其中動(dòng)畫的一部分，因?yàn)锽itBlt函數(shù)作位傳輸很慢。這樣更符合嵌入式系統(tǒng)重視效率的特點(diǎn)。

　　2 需要安裝第三方軟件的動(dòng)畫設(shè)計(jì)方法分析

　　(1)為教學(xué)研究開發(fā)的嵌入式設(shè)備可使用Ubigraph

　　graphviz和Ubigraph都是圖論生成軟件，但Ubig-raph功能更強(qiáng)，利用它可以快速生成圖論模型的圖形和動(dòng)態(tài)圖像，直觀地展示出各種圖論模型的三維結(jié)構(gòu)，演示各種圖論算法的過程。因?yàn)榭梢郧度氲絁ava、C、C++等語言中，所以當(dāng)然適合用于嵌入式系統(tǒng)的動(dòng)畫設(shè)計(jì)，尤其是一些專門為教學(xué)研究開發(fā)的嵌入式設(shè)備。

　　(2)Flash對(duì)嵌入式系統(tǒng)而言太過華麗

　　Flash是一種功能強(qiáng)大的矢量動(dòng)畫軟件，但是所用到的高級(jí)技術(shù)比較多，不過為了能夠做出精美的電影特技效果的動(dòng)畫，還是值得對(duì)其進(jìn)行深入研究的。然而，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)而言，它實(shí)在是太過華麗了；如果不是特別需要突出游戲或者動(dòng)畫的精致效果，一般開發(fā)者應(yīng)該不會(huì)舍本逐末以此來犧牲系統(tǒng)的速度和容量。

　　(3)DirectDraw方法對(duì)嵌入式系統(tǒng)的適用度

　　DirectDraw使用頁面切換的方法實(shí)現(xiàn)圖像動(dòng)態(tài)。它不僅可以訪問系統(tǒng)內(nèi)存，還可以訪問顯示內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)圖像動(dòng)態(tài)的同時(shí)不會(huì)使得畫面閃爍，是一種“完美切換”技術(shù)；因此DirectDraw技術(shù)很受程序員青睞，尤其在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中應(yīng)用廣泛。但是，顯而易見，該方法需要占用很大內(nèi)存，安裝所需的開發(fā)文件同樣需要較大硬盤空間，應(yīng)用到一般的嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)反應(yīng)速度等的限制將會(huì)比較明顯。

　　其實(shí)，用DirectDraw編程的核心要點(diǎn)即“幾個(gè)表面之間拷來拷去”。在對(duì)界面的動(dòng)畫復(fù)雜程度要求不高的嵌入式系統(tǒng)中，可以采用C程序作為開發(fā)語言，并且在動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)方法上，利用前述C程序設(shè)計(jì)中顯示頁和編輯頁交替變化的方法，來代替幾個(gè)表面交替拷貝的DirectDraw方法。然而，如果是大型的嵌入式系統(tǒng)，并且重視界面動(dòng)畫效果，采用DirectDraw方法和面向?qū)ο箝_發(fā)語言，仍然是更好的選擇。

　　當(dāng)然，若對(duì)美術(shù)工藝有特殊要求，可以嘗試將更專業(yè)的技術(shù)(如顏色鎖結(jié)及用于3D效果的Z排序與視差)引入到嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中——這種系統(tǒng)本身也應(yīng)該是專業(yè)的、功能專用的，否則只能停留在理論上，難以實(shí)現(xiàn)!

　　3 可用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的腳本語言

　　當(dāng)動(dòng)畫應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以選擇直接使用腳本語言設(shè)計(jì)，譬如JSP、PHP等。當(dāng)今的很多嵌入式系統(tǒng)都有連接網(wǎng)絡(luò)的需求和相應(yīng)功能，雖然大多數(shù)系統(tǒng)的屏幕動(dòng)畫都不涉及對(duì)外發(fā)布的問題，但在聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中直接使用腳本語言編寫動(dòng)畫，也不啻為一個(gè)新的思路。

　　Python可作為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)語言(在Nokia智能手機(jī)所采用的Symbian操作系統(tǒng)上已得到證明)。它最大的優(yōu)勢(shì)是能夠很輕松地把使用其他語言制作的各種模塊(尤其是C／C++)輕松地聯(lián)結(jié)在一起。由此，既可以直接使用Py-thon編寫簡單的界面動(dòng)畫，也可以將對(duì)速度要求更高的復(fù)雜動(dòng)畫使用C++語言編寫后嵌入到Python程序中。