彩巴巴彩票官网|91彩客彩票官网
歡迎來到學術參考發表網

基于嵌入式系統的人工生命動畫引擎關鍵技術研

發布時間:2015-11-30 10:39

摘 要:本文提出了基于人工生命的方法,進行動畫引擎的設計,是一種理論上的新嘗試,將為現有動畫引擎設計增添新方法、提供新思路。考慮到嵌入式系統的存儲容量問題,將就如何提高動畫運行速度、提高動畫效率,以及嵌入式系統中軟硬件配置、3D場景與動畫的無縫連接等方面進行研究。包括嵌入式系統目標平臺和開發平臺的介紹、選擇和搭建,適應嵌入式系統的人工生命動畫新方法,以及動畫引擎架構設計流程,并重點分析了動畫引擎中圖形渲染

關鍵詞:嵌入式系統;人工生命;動畫引擎;圖形渲染引言
  嵌入式設備上動畫的開發,是近年來眾多機構爭相搶占的市場。為實現界面的友好、美觀、趣味性,為解決傳統娛樂、游戲模式固定、情節單一的缺點,研究一種真正智能的動畫是科技發展的必然產物。基于人工生命方法開發出來的動畫,動畫主角是一個個“智體”(Agent),動畫情景由Agent根據感知到的環境信息,自主進行決策,以驅動行為。研究基于人工生命方法實現嵌入式動畫引擎的開發,是嵌入式產品智能化、娛樂化、產業化的發展方向,是追趕世界先進水平的一項基礎研究工作。
1、智能終端嵌入式系統開發
  嵌入式系統的開發包括兩部分,一個是嵌入式系統的軟件部分,包括了所使用的嵌入式操作系統以及上層所使用的應用程序,用以控制整個嵌入式系統的操作流程。另一個所要考慮的開發重點就是所選擇使用的嵌入式系統硬件。嵌入式系統與一般桌上型計算機在開發的硬件環境上的最大差異就是它分為兩個平臺,一個是開發平臺(Host),一個是目標平臺(Target)。開發平臺多指桌上型計算機,是開發人員進行軟件設計開發的工具。而目標平臺(Target)才是最終的實際應用的嵌入式硬件系統。
1.1目標平臺設計
  智能終端是一個嵌入式系統,具有操作系統軟件和硬件的平臺。嵌入式系統的硬件是以嵌入式處理器為核心,配備必要的外圍接口設備。在嵌入式系統中,應盡可能選擇適于系統功能要求的處理器和最少的外圍部件構成一個應用系統。本課題硬件平臺采用的是三星公司的ARM處理器S3C2410X,S3C2410X是采用ARM920T內核的32位RISC嵌入式處理器和一個GPRS Modem。
  一個完整的嵌入式系統不僅包含有硬件平臺,還有運行于該硬件平臺的操作系統和基于該操作系統的應用軟件。目前智能終端設備的操作系統有多種,較為流行的開放式操作系統有Symbian、Windows Mobil、Palm OS、Linux等。由于Linux操作系統具有源代碼開放、適應于多種硬件平臺、內核功能強大、系統穩定、性能高效、多任務、強大的網絡功能、高度的模塊化等優點,本項目選擇了嵌入式Linux操作系統。
1.2開發平臺設計
  本引擎的開發平臺是基于pc進行的,實驗平臺采用的是BREW2.0.1和OpenGL  ES1.02。BREW應用程序的開發主要分為四個步驟,第一步,創建BREW應用程序;第二步,在VC6環境下調試程序,通過在Emulator上執行代碼可以看到程序運行效果;第三步,將代碼編譯成mod文件;第四步,將生成的mod文件通過高通公司下載的Apploader直接上載到手機,從而完成BREW程序的開發。
  在環境搭建中,除了要有BREW SDK以外,還需要一個OpenGL ES擴展工具包。本實驗的BREW SDK安裝在c:BREWSDK,因此需要對擴展包中的文件進行如下拷貝:將工具包中inc目錄下的所有文件拷貝至c:BREWSDKinc目錄下;將工具包中src目錄下的所有文件拷貝至c:BREWSDKsrc目錄下;將工具包中devices目錄下的所有文件拷貝至c:BREWSDKdevices目錄下;將工具包中的BREW 2.X目錄下的dll文件拷貝至c:BREWSDKbinmodules目錄下,由于本實驗使用的是2.0.1版本的BREW SDK,在這個版本中bin目錄下并沒有modules目錄,所以我們需要創建一個modules目錄在進行拷貝。
2、動畫引擎架構
  動畫引擎是用于控制所有動畫功能的主程序,從算法計算、物理系統和物體的相對位置,到接受用戶的輸入,以及按照正確的音量輸出聲音、提供各種工具和插件等等。將基于人工生命的動畫引擎架構分為三層,底層提供硬件抽象和所有支持平臺上的一套標準功能。中層將人工生命方法表達的智體在虛擬環境下進行實現,定義智體接受和映射控制、渲染、及設備事件驅動的標準方式。上層提供全3D特性的引擎和動畫世界中需管理的圖形對象模式,即動畫圖形引擎。
  本引擎用到的主要類與數據結構有:
  (1) OGLES_DEMO類    (負責與設備相關的工作)  Void Init(void);負責初始化設備 Static boolean HandleEvent(OPENGL_EGL*pt;AEEEvent eCode;unit16 wParam;unit32 dwParam);負責鍵盤事件的處理
  (2) RenderSystem類(負責設備上繪制場景)Virtual bool  CreateRenderSystem();創建渲染系統 virtual bool  BeginScene();開始繪制場景  virtual bool LoadFromFile();載入紋理資源  virtual bool DrawTexture();繪制紋理
3、適應嵌入式系統的人工生命動畫新方法
  基于人工生命方法的動畫在PC機上已經成功實現,但是在嵌入式系統中,由于受到CPU速度、存儲器容量等的限制,需要重點提高動畫運行效率,因而提出了嵌入式系統下人工生命動畫的設計新方法。由于遺傳規劃算法具有在事先不需要知道解的規模、類型和結構復雜性等情況下,解的屬性可以根據問題的需要由求解過程來確定,而且基因編碼長度動態可變,這些優點使得遺傳規劃算法特別適合用于人工魚實時避障,另外一方面,它的內核占用的空間少,易于用硬件實現特別適合嵌入式設備中,因此本文采用遺傳規劃算法來實現基于人工生命方法的動畫,重點研究在嵌入式系統中,感知系統、決策系統、運動系統;研究基于行為驅動的感知決策融合算法、碰撞檢測算法等使動畫效率成數量級提高的算法,使動畫與設備實現無縫連接。
4、動畫引擎中圖形渲染的設計
  圖形渲染引擎是動畫引擎中最關鍵的部分,超過50%的CPU處理時間花費在渲染引擎上面。如果沒有它,眾多應用將無法使用。動畫讓游戲場景可視化,讓用戶可以看見3D場景,從而讓用戶能夠根據屏幕上所看到的場景做出適當的決斷。
  本引擎中進行圖形渲染的基本流程如下:第一步:程序開始后初始化設備;第二步:初始化場景;第三步:消息循環;第四步:渲染整個場景;第五步:捕獲消息。對各種消息進行處理。按下END將退出系統,使用上、下、左、右四個方向鍵改變視點位置,可漫游整個場 景;第六步:對于更改過的場景信息進行再次渲染,然后進入第二步,整個系統都是在一個無限的消息循環的當中,一旦接受到鍵盤消息,就會重新繪制整個場景。
  圖形渲染是是引擎中最重要的模塊之一,負責基本圖元的繪制,光線處理和紋理處理等。進行圖形渲染時,考慮到嵌入式平臺的圖形硬件資源有限,因此將渲染圖元選為三角形。因為選擇三角形作為基本圖元不僅能夠方便建模,簡化引擎的API,而且在一定程度上大大提高渲染的效率。
  光照是計算機圖形學中一個龐大主題,它研究的是光子。當光照射到物體表面上時,光線可能被吸收、反射和投射。被物體吸收的光轉化為熱,反射和透射的光進入人的視覺系統,使我們能看到物體。為了模擬這一現象,可以建立一些數學模型來代替復雜的物理模型,這些模型就稱為光照模型。圖形經過消隱以后,再進行明暗效應的處理,可以近一步提高圖形的真實感。在光照模型中影響物體表面的色彩和明暗變化主要因素有兩個,即光源特性和物體表面特性。光源特性:光的色彩 Color_light =(Ir,Ig,Ib);光的強度 I=0.30Ir+0.59Ig+0.11Ib;物體表面特性:反射系數,物體表面的反射系數由物體表面的材料和形狀所決定。顯示屏幕上的顏色是使用RGB或顏色索引來表示的,本為是采用RGB模式。在本模式下,漫反射系統K有三個分量K、K、K分別代表RGB三原色的漫反射系數,它們是反映物體顏色的,通過調節它們,可以改變物體的顏色等。
  紋理映射的原理是:預先定義紋理模式,然后建立被映射的多邊形表面點與紋理模式點間的對應關系,這種對應關系通常都是通過一個投影函數來實現的。當物體表面的可見點確定之后,依據所確定的兩個坐標空間的轉換方式,將物體表面點對應的紋理空間中紋素的顏色信息計算出來,并以其作為參與光照模型計算的物體表面材質計算出其對應的光強。紋理映射的整個過程可以用一個通用的紋理管線來表示。通常在建模中使用的投影函數有三角形、球形、圓柱以及平面投影。投影函數的目的就是生成紋理坐標,用位置函數獲取紋理坐標只是其中一種途徑。
5、結束語
  本文借鑒了基于PC的動畫引擎技術的理論基礎和實現思路,將人工生命理論與嵌入式系統的圖形/動畫生成技術相結合,凸現了嵌入式設備的智能性與娛樂性,有著重要應用價值和意義。
  參考文獻
  [1] 吳明. 嵌入式系統中多媒體應用軟件的設計開發[D]. [碩士學位論文]南京:東南大學,2005
  [2] 莫軍. 基于嵌入式的3D游戲引擎技術的研究與實現[D]. [碩士學位論文]成都:電子科技大學,2006
  [3] 左魯梅. 三維圖形引擎中的關鍵技術研究[D].中國優秀博碩士論文全文數據庫(碩士),2004,(03)
  [4] 黃文高.潘志庚.  人工生命在計算機圖形學中的應用[J]. 計算機輔助設計與圖形學學報,2005,(07)
  [5] 高翔. 嵌入式三維圖形引擎的設計與實現[D]. [碩士學位論文] 成都:電子科技大學,2005

學術參考網:http://www.qfkih.com.cn/jsj/js/142105.html

上一篇:單片機教學改革的研究與實踐

下一篇:從發展的視野論網絡時代高等教育的變革

相關標簽:
彩巴巴彩票官网 捕鱼达人4 网上押龙虎怎么才能赢 贝贝游戏通比牛牛技巧 90k0极速比分足球比分 水果机 彩票助赢软件计划下载 重庆时时彩参考软件 快三大小单双稳赚买法 六肖中特期期准↙ 龙虎游戏破解方法 黑龙江时时停了吗 彩票稳赚不赔的平台 龙虎相斗谁是赢家 重庆时时网址大全 人工精准计划软件 腾讯欢乐麻将手机版