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小 發表於 2007-5-14 03:30
優化Java動畫編程中的顯示效果
Java動畫編程有多種實現方法，但它們實現的基本原理是一樣的，即在屏幕上畫出一系列的幀來造成運動的感覺。Java多線程技術是Java動畫編程中普遍運用的技術，它在控制動畫程序的流程和動畫的顯示效果方面起著重要的作用。Java動畫編程中的動畫閃爍和圖像殘缺不全等現象，是Java程序員經常遇到的問題。本文以作者應用實例程序為基礎，闡述如何運用多線程、重載Update、雙緩衝和圖像跟蹤等技巧來解決這類問題，以達到動畫顯示的最佳效果。
Java多線程技術
Java多線程技術簡介
目前，線程(Thread)已經為許多操作系統和應用開發系統所採用。線程是程序的單個控制流，具有順序程序的特點。但是，線程不是一個程序，它僅僅是程序的一個執行序列。線程具有很強的並發功能，在同一時刻可以有多個線程同時處於執行狀態。線程是動態的，具有一定的生命週期，分別經歷從創建、執行、阻塞、直到消亡的過程。Java語言對多線程編程的支持有兩種實現方法：一種是直接繼承Thread類，另一種是實現Runnable接口。Thread類提供了對線程的控制方法，如start()，stop()，run()、suspend()、resume()和sleep()等方法，它們可以對線程的狀態進行控制。
動畫線程的設計與實現
為了每秒中多次更新屏幕，必須創建一個線程來實現動畫的循環，這個循環要跟蹤當前幀並響應週期性的屏幕更新要求。許多Java初學者容易犯的一個錯誤是將動畫循環放在paint()中，這樣佔據了主AWT線程，而主線程將負責所有的繪圖和事件處理。因此，應該生成一個獨立的動畫線程來完成圖像的顯示和更新。例如，在一個Applet框架下，當Applet啟動(Start)時，生成一個動畫線程;在Applet停止（stop）時，終止該動畫線程以釋放它所佔用的CPU資源。下列程序代碼（簡稱「C1」代碼）是該動畫線程的具體實現：| public void start() { if(animatorThread==null) { animatorThread=new Thread(this);//開始動畫線程animatorThread.start(); }}public void stop(){ //停止動畫線程 animatorThread=null;} |
上面終止動畫線程的時候，並不是調用該動畫線程的stop()方法，而是設置該動畫線程為null。因為如果直接調用線程的stop()方法會強制線程終止所有的執行工作，有時會帶來不好的結果。設置該動畫線程為null，則在run()方法中，由於不滿足循環條件，線程會自然退出。這樣，也進一步優化了該動畫程序。
重載update()和雙緩衝技術消除閃爍
在Java中，動畫發生閃爍有兩個原因：一個是由於在顯示下一幀畫面的時候，調用了repaint()方法；而repaint()方法被調用時，要清除整個背景，然後才調用paint()方法顯示畫面。這樣，在清除背景和繪製圖像的短暫時間間隔內被用戶看見的就是閃爍。另一個是由於paint()方法要進行複雜的計算，繪製每一幀花費的時間太長，圖像中的各個像素值不能同時得到，使得動畫的生成頻率低於顯示器的刷新頻率，從而造成閃爍。
下面兩種方法可以明顯地消除或減弱閃爍。
重載update()方法
當AWT接收到一個Applet的重繪請求時，它就調用Applet的update()方法。缺省情況下，update()方法清除Applet的背景，然後調用paint()方法。重載update()方法就可以將以前在paint()方法中的繪圖代碼包含在update()方法中，從而避免每次重繪時將整個區域清除。既然背景不再自動清除，Java程序員需要自己在update()中完成。
雙緩衝技術
另一種消除幀之間閃爍的方法是使用雙緩衝技術，它在許多動畫Applet中被使用。主要原理是創建一幅後台圖像，將每一幀畫入圖像，然後調用drawImage()方法將整個後台圖像一次畫到屏幕上去。這種方法的優點在於大部分繪製是離屏的。將離屏圖像一次繪至屏幕上，比直接在屏幕上繪製要有效得多。在創建後台圖像前，首先要通過調用createImage()方法生成合適的後台緩衝區，然後獲得在緩衝區做圖的環境（即Graphics類對像）。
下列實例程序代碼（簡稱「C2」代碼）就是這兩種方法的結合使用，雙緩衝技術在重載update()方法中實現。其中，offImage是Image類的對象，offGraphics是Graphics類的對象，這兩個類對象是實現雙緩衝技術的關鍵。相關代碼如下：| public void paint(Graphics g){ update(g); } public void update(Graphics g){ Dimension d=getSize(); //如果後台圖像不存在，就創建一個後台圖像if((offGraphics==null)||(d.width!=offDimension.width) ||(d.height!=offDimension.height)) { offDimension=d; offImage=createImage(d.width,d.height); offGraphics=offImage.getGraphics(); } //擦除上一幀 offGraphics.setColor(getBackground()); offGraphics.fillRect(0,0,d.width,d.height); offGraphics.setColor(Color.black); //將當前的幀輸出到指定的image中 for(int i=0 ; i<10 ; i++){ offGraphics.drawImage(images,frameNumber*5%(d.width/2) ,i*d.height/10,this); } //輸出指定的後台圖像g.drawImage(offImage,frameNumber*5%(d.width/2),0,this); } |
雙緩衝技術可以使動畫平滑，但有一個缺點，要分配一個後台圖像的緩衝，如果圖像相當大，這將佔用很大一塊內存。
圖像跟蹤與程序的逐步完善
圖像跟蹤
當動畫線程剛剛啟動的時候，由於沒有全部載入圖像，屏幕上顯示的畫面經常是殘缺不全的。這時可以使用MediaTracker或ImageOberver類對像進行圖像跟蹤，待圖像全部載入後，再調用drawImage()方法將圖像輸出到屏幕上去。DrawImage()方法的第四個參數正是ImageObserver類對象，所以可以用ImageObserver類對像進行圖像跟蹤。在實際應用Applet程序的init()方法中實現圖像跟蹤，相當於在動畫線程的DrawImage()方法調用以前就畫了一次圖像，因為動畫線程的初始化過程，即init()方法是先被調用的。下列代碼（簡稱「C3」代碼）展示了init()方法使用MediaTracker類對像來實現跟蹤圖像的載入，代碼如下：| public void init(){ tracker=new MidiaTracker(this); for(int i=1;i<=10;i++){ image[i-1]=getImage(getCodeBase(),"image"+i+" .gif")； //用MediaTracker類對象的addImage()方法跟蹤圖像的載入 tracker.addImage(images[i-1],0); }......} |
程序的進一步完善
在「C2」代碼的重載update()方法中加入下列if語句，從而對MediaTracker類對象的圖像跟蹤方法做出判斷，if語句如下：| if(!tracker.checkAll()){ //如果圖像還沒有裝載完畢，則僅清除背景，同時輸出一個狀態 g.clearRect(0,0,d.width,d.height); g.drawString("Please wait...",0,d.height/2); return; } |
在「C1」代碼的stop()方法中加入兩行代碼，用以釋放由雙緩衝技術所佔用的內存資源，這時stop()方法改為：| public void stop(){ //停止動畫線程 animatorThread=null; //釋放用於雙緩衝的內存資源 offGraphics=null; offImage=null;} |
程序修改到此，還有一個小問題，就是動畫線程啟動後，第一幅圖像有時仍有殘留痕跡，而不是隨著圖像的更新而完全擦除掉。如果想解決此問題，只要將「C2」代碼中最後的for()循環和g.drawImage()方法改為如下代碼就可以了。| for(int i=0;i<10;i++){ offGraphics.drawImage(images[frameNumber%10], ,frameNumber*5%(d.width),i*d.height/10,this);}g.drawImage(offImage,0,0,this); |
保持恆定的幀速度
為了使用戶觀看動畫時沒有閃爍感，至少需要達到每秒12幀的速度。更高的幀速度會產生更平滑的動畫。通常，在動畫顯示的每兩幀之間，調用線程的sleep()方法休眠一個固定的時間。這樣做的缺點是使用絕對的延遲時間會使延遲過長，即造成等待時間過長。為了每秒顯示10～20幀圖像，並保持恆定的幀速度（也就是恆定的顯示頻率），在動畫線程的run()方法中可加入如下代碼：| try{ startTime+=delay; Thread.sleep(Math.max(0,startTime-System.currentTimeMillis()));}catch(InterruptedException e){ break;} |
本文著重闡述了優化Java動畫編程的顯示效果的幾種方法。當然，隨著Java技術以及其它計算機技術的發展，還將會有多種優化動畫顯示效果的方法，例如，在提高動畫的幀速度方面，可在Java中調用微軟公司的DirectDraw工具。但是本文所介紹的方法更具有通用性。 |
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