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嵌入式系統(tǒng)顯示效能可望大幅提升。OpenVG應(yīng)用程式介面(API)，由于系以硬體方式處理向量及點(diǎn)陣圖形，可加快繪圖運(yùn)算速度，并讓2D動(dòng)畫(huà)影像更加流暢，呈現(xiàn)更吸睛的視覺(jué)效果，因而已逐漸受到嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商青睞。

　　OpenVG是一種應(yīng)用程式介面(API)，系由Khronos Group所研制，用來(lái)顯示向量化格式及點(diǎn)陣影像，并以硬體加速方式操作。

　　OpenVG處理兩種主要的上層物件。首先是點(diǎn)陣圖，這是一種記憶體架構(gòu)，用來(lái)儲(chǔ)存/繪制影像。每個(gè)x和y座標(biāo)都對(duì)應(yīng)到一個(gè)畫(huà)素；而每個(gè)畫(huà)素都擁有一個(gè)Alpha、紅、綠與藍(lán)(ARGB)數(shù)值，因此一個(gè)解析度200×200的影像就需要200×200(色階深度)個(gè)位元組來(lái)儲(chǔ)存。點(diǎn)陣圖對(duì)于照片畫(huà)質(zhì)的繪圖尤其有用。在后面運(yùn)用范例(Use Case)里所介紹的Coverflow應(yīng)用，就有影像處理程式碼及功能可供參閱。  

　　另一種則是向量格式。向量是一種以起點(diǎn)和終點(diǎn)來(lái)描述的數(shù)學(xué)算式，根據(jù)各點(diǎn)互連方式，可能還須要加上其他如曲線控制點(diǎn)、弧線半徑、弧度之類的參數(shù)。這種特性讓向量非常適于延展，因?yàn)樗⒉豁氁棵恳粋€(gè)畫(huà)素的資料來(lái)呈現(xiàn)影像。  

　　圖1所描繪的是兩個(gè)原本在一般大小時(shí)看似無(wú)異的圓圈，隨著畫(huà)面放大，點(diǎn)陣圖逐漸失真，但向量影像卻仍能保持滑順而清晰的輪廓。  

　　圖1　向量與點(diǎn)陣圖比較

　　向量并不一定在所有場(chǎng)合都勝過(guò)點(diǎn)陣圖。點(diǎn)陣圖在固定大小時(shí)比較清晰，但是在放大后就會(huì)變得失真。點(diǎn)陣圖處理起來(lái)較快，但是較耗費(fèi)記憶體。向量則可以在任何縮放尺寸下保有影像畫(huà)質(zhì)，耗費(fèi)記憶體也較少。向量影像只能以向量設(shè)計(jì)工具繪制，點(diǎn)陣圖則可以來(lái)自相片、任何影像源，或制圖工具。  

　　OpenVG繪圖效能更出色

　　理想的OpenVG管線(Pipeline)包括一套八段式的程序。雖然不是所有的實(shí)作手段都確實(shí)按照這套理想的管線，然而實(shí)作的成果卻都應(yīng)根據(jù)Khronos所定義測(cè)試程序，以確保一定的容錯(cuò)程度。其程序分別為：路徑定義與API參數(shù)的設(shè)定；筆劃；轉(zhuǎn)換；畫(huà)素轉(zhuǎn)換；修剪與遮蔽；著色；影像內(nèi)插；色彩轉(zhuǎn)換；混合及防止失真。  

　　以全球衛(wèi)星導(dǎo)航(GPS)地圖來(lái)說(shuō)，要呈現(xiàn)可任意縮放的地圖，標(biāo)準(zhǔn)方式就是透過(guò)向量。線上有很多種免費(fèi)的地圖軟體工具，大多數(shù)都允許使用者將地圖匯出為SVG檔案，這個(gè)檔案須再解譯，并轉(zhuǎn)換為OpenVG一般的架構(gòu)，才能繼續(xù)使用。  

　　此外，以O(shè)penVG加速過(guò)的使用介面，可以產(chǎn)生出流暢、易于延伸的人機(jī)介面(HMI)，并提供一套完整的動(dòng)態(tài)字型繪制引擎，具備各種混合及繪制功能。  

　　OpenGL可以完成多項(xiàng)繪圖作業(yè)，例如字型、2D GUI及HMI等等；而其最大的優(yōu)點(diǎn)為處理多邊形及紋路。OpenGL是點(diǎn)陣圖導(dǎo)向，因此即使是以強(qiáng)大的OpenGL核心做簡(jiǎn)易的繪圖，也須耗費(fèi)寶貴的時(shí)間。  

　　OpenVG補(bǔ)足了繪圖的需求。它本身就是絕佳的應(yīng)用，如果配合OpenGL，就能同時(shí)管理字型、向量及大部分的2D和虛擬3D組件，讓OpenGL核心把時(shí)間用在它最擅長(zhǎng)的項(xiàng)目上。  

　　即使單獨(dú)使用OpenVG時(shí)，也僅需少量電流及耗用記憶體，便可完成多項(xiàng)作業(yè)。若配合OpenGL使用，OpenVG便可轉(zhuǎn)而管理OpenGL核心并不擅長(zhǎng)的作業(yè)。  

　　點(diǎn)陣影像繪制范例

　　以O(shè)penVG處理影像相當(dāng)簡(jiǎn)易，按照以下步驟即可在所需的表面上繪制影像：  

　?。?.宣告一個(gè)VGImage物件。

　?。?.產(chǎn)生一個(gè)VGImage，并為VGImage物件指定處理程式。

　?。?.以點(diǎn)陣圖資料填滿影像。

　?。?.為VG_MATRIX_IMAGE_USER_TO_SURFACE設(shè)定矩陣模式，以便轉(zhuǎn)換影像(3×3仿射轉(zhuǎn)換)。

　?。?.繪制影像。

　　對(duì)虛擬程式碼亦采取相同步驟：  

　?。?.VGImage ovgarticle_image

　?。?.ovgarticle_image=vgCreateImage (VGImageFormat format, VGint width, VGint height, VGbitfield allowedQuality)

　?。?.vgImageSubData(VGImage image, const void data, VGint dataStride, VGImageFormat dataFormat, VGint x, VGint y, VGint width, VGint height)

　　．4.vgSeti(VG_MATRIX_MODE, VG_MATRIX_IMAGE_USER_TO_SURFACE);

　?。?.vgDrawImage(ovgarticle_image)

　　要進(jìn)行這種操作，必須了解若干點(diǎn)陣圖特性，例如Stride、位元深度及設(shè)置混色之類的API屬性。  

　　[@B]向量路徑加速圖形繪制[@C] 向量路徑加速圖形繪制

　　路徑構(gòu)成了向量加速繪圖的核心(圖2)。要完全掌握這個(gè)概念，必須了解以下觀點(diǎn)：  

　　圖2　向量路徑示意圖

　?。?.路徑：是一連串以段落串連起來(lái)的點(diǎn)。

　?。?.點(diǎn)：座標(biāo)值。

　　．3.段落：兩點(diǎn)之間的運(yùn)算型態(tài)，有時(shí)需要很多個(gè)點(diǎn)才能形成段落的控制值。

　　在此用一個(gè)簡(jiǎn)單的三角路徑來(lái)說(shuō)明。首先，須定義構(gòu)成整個(gè)路徑的段落。構(gòu)成路徑的段落則須以一連串的指令來(lái)描述，并以位元組陣列的方式儲(chǔ)存。每個(gè)指令都會(huì)消耗一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。  

　　復(fù)雜的路徑甚至須要?jiǎng)佑玫交【€和Bezier曲線的概念，在OpenVG里產(chǎn)生并繪制一個(gè)路徑的步驟包括：  

　?。?.宣告一個(gè)VGPath物件。

　?。?.宣告一個(gè)區(qū)段和點(diǎn)陣列。

　?。?.產(chǎn)生一個(gè)空的路徑，以便接收段落資料(vgCreatePath)。

　?。?.將圖像段落及點(diǎn)的資料填入路徑(vgAppendPathData)。

　?。?.繪出路徑(vgDrawPath)。

　　Cover Flow動(dòng)畫(huà)范例說(shuō)明

　　最常見(jiàn)但也最為人所注目的動(dòng)畫(huà)，就是2D視角轉(zhuǎn)換，經(jīng)常用來(lái)呈現(xiàn)音響播放裝置的唱片封面。這種動(dòng)畫(huà)會(huì)讓人覺(jué)得影像在3D空間中沿著x、y及z軸移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。  

　　這種轉(zhuǎn)換并非真正透過(guò)3D繪圖處理器(GPU)或3D處理引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果，而是先在2D空間中定義，再由OpenVG提供必要的API來(lái)達(dá)到動(dòng)畫(huà)效果。  

　　在數(shù)學(xué)觀念里，這種效果稱為「3D投射」，事實(shí)上是將一連串的3D點(diǎn)集合對(duì)應(yīng)到一個(gè)2D平面上。觀念本身很簡(jiǎn)單。試想一下，有一個(gè)平坦、方形的物體，譬如一片紙或是一張圖，你可以將這張圖放在面前，讓它看起來(lái)是矩形。如果你把紙張挪近些，紙張看起來(lái)就會(huì)變大，如果移遠(yuǎn)些，又會(huì)變小。接著嘗試順著垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)一下，結(jié)果當(dāng)然看起來(lái)就不再是矩形。它會(huì)出現(xiàn)一些銳角，因此外觀上會(huì)像是菱形，甚至?xí)且恢本€。這就是3D物體將自身的每個(gè)點(diǎn)投影在你眼中的結(jié)果。  

　　在繪圖技術(shù)里，空間影像處理終究不脫陣列型態(tài)的演算。要展開(kāi)陣列，你必須以陣列與影像相乘。如果要簡(jiǎn)化影像轉(zhuǎn)換，也要仰賴陣列乘法。要產(chǎn)生一個(gè)Cover Flow動(dòng)畫(huà)，也必須要用到陣列。在OpenVG里，所有的空間處理都要以陣列變換為之。  

　　設(shè)計(jì)關(guān)鍵就在于如何得出所需的「透視陣列(Perspective Matrix)」，以便得到3D的效果。這須要用到一些數(shù)學(xué)演算。在OpenVG API里也有提供其他設(shè)備，可計(jì)算出產(chǎn)生透視轉(zhuǎn)換所需的陣列。  

　　這些OpenVG API的工具函數(shù)可協(xié)助你計(jì)算出透視轉(zhuǎn)換的陣列，不論是四邊形轉(zhuǎn)換為四邊形，還是把矩形影像轉(zhuǎn)換為給定的四邊形，甚至反向而行。如此一來(lái)你就可以將影像中任意一點(diǎn)移動(dòng)到任何想要的位置。在執(zhí)行Cover Flow動(dòng)畫(huà)時(shí)，只須透過(guò)這些函數(shù)，就可以簡(jiǎn)化演算。  

　　此外，OpenVG里一共有兩種字型：點(diǎn)陣和向量(表1)。這兩種字型OpenVG API都有辦法處理，也有函數(shù)可以定義和登錄字型(vgCreateFont)。一旦完成，就可以透過(guò)vgDrawGlyphs函數(shù)輕松使用字型。  

　　一旦考量到這些資訊，程式設(shè)計(jì)師就必須決定要在應(yīng)用中采用何種字型。通常視不同的繪圖需求，可以混用兩種字型。舉例來(lái)說(shuō)，可縮放的文字就要用向量字型，而大小固定不變的字型，例如按鍵標(biāo)示，就可以改用點(diǎn)陣字型。  

　　OpenVG加速動(dòng)畫(huà)效果制作

　　OpenVG的主要優(yōu)勢(shì)，就是可以用既有API輕松做出動(dòng)畫(huà)效果。一旦你有了可以繪制的EGL表面，只需要幾行指令就可以讓影像帶到幕前，再加幾行就可以令它動(dòng)起來(lái)。  

　　以汽車(chē)應(yīng)用為例，最常見(jiàn)的需求之一就是要做出生動(dòng)逼真的指針或儀表。直覺(jué)化的OpenVG運(yùn)算可以用最高的畫(huà)面刷新速率(如60fps)做到這一點(diǎn)。  

　　此外，也可以透過(guò)常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換來(lái)達(dá)成延展之類的轉(zhuǎn)換效果。延展不僅可以放大或縮小整體外型，也可以沿著個(gè)別的x軸和y軸進(jìn)行。再以指針動(dòng)畫(huà)為例，通常指針并不會(huì)越過(guò)儀表板的藍(lán)色邊框，只會(huì)淡入或淡出。  

　　反射則是另一種驚人的效果，同樣可以用OpenVG輕松做到。只要對(duì)水平影像做一點(diǎn)通透的光滑表面效果，就可以達(dá)到反射的效果。既定函數(shù)可以反轉(zhuǎn)出一個(gè)原本不存在的影像。  

　　目前已有廠商研制出完全采用向量導(dǎo)向的車(chē)用儀表板。在圖3兩個(gè)展示版本當(dāng)中，車(chē)速表是以大字型展示速度資訊，亦即在將現(xiàn)有字型畫(huà)在表面之前，還要先做放大處理。OpenGL都不見(jiàn)得有這種功力。  

　　圖3　以O(shè)penVG開(kāi)發(fā)之向量車(chē)用儀表板示意圖

　　此外，業(yè)者還研制了簡(jiǎn)易的動(dòng)畫(huà)引擎，以便處理延展、旋轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)換。透過(guò)這種繪圖引擎，儀表板上的每種路徑及點(diǎn)陣影像都可以輕易動(dòng)畫(huà)化。 至于像是GPS逐步轉(zhuǎn)向?qū)Ш街惖膹?fù)雜動(dòng)畫(huà)，也可以透過(guò)vgInterpolatePath函數(shù)輕易完成。  

　　此種函數(shù)可以接收起始及結(jié)束路徑(具備類似段落)、終點(diǎn)路徑及你想要加入的內(nèi)插量。終點(diǎn)路徑資料會(huì)根據(jù)選定的數(shù)量，以內(nèi)插方式植入至起點(diǎn)和終點(diǎn)之間。如此一來(lái)，僅須定義兩個(gè)路徑狀態(tài)，便可產(chǎn)生出復(fù)雜的路徑轉(zhuǎn)換。  

　　(本文作者皆任職于飛思卡爾)