基于多线程交互的Android动态视点随动技术

摘 要：在Android平台下进行手机游戏开发的核心问题是对游戏中视景仿真界面进行动态视点随动，保证视景界面的逼真性。传统方法中对手机游戏中视景图像的视点随动采用亮点跟踪方法，对观察者视线范围的限定较大，在当前亮点的视线范围内视景渲染效果不好。提出一种基于多线程边缘轮廓特征信息交互的Android手机游戏视景仿真动态视点随动技术，基于Android平台进行手机游戏虚拟视景仿真的参数模型构建，提取游戏视景图像的边缘轮廓特征信息，进行多线程信息交互，基于多层次细节渲染方法实现对游戏视景场景的动态视点随动跟踪。仿真实验表明，采用该技术进行模拟海洋战争环境下的手机游戏开发，能有效实现对手机游戏视景中舰艇目标的动态视点随动，视点附连在场景运动体上，视景逼真度较好，性能优越。

关键词：Android平台；视景仿真；渲染；动态视点

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2015）06-

Abstract： In the Android platform the core of the problem for mobile game development is on game visual simulation interface of dynamic viewpoint with dynamic， assurance the fidelity of the scene interface. Traditional methods in visual image of mobile phone game viewpoint follow-up by bright spot tracking method， the observation limit of line of sight range is larger， in the line of sight range related to current bright spot optic scene rendering effect is not good. A dynamic viewpoint of Android mobile game based on multi thread edge contour information is proposed. Firstly， the parameters model is constructed to extract the edge contour feature information from the visual image of the game. The simulation experiments show that the mobile game development can be realized by using the technology to simulate the mobile phone game development， and it can realize the dynamic viewpoint of the target in the mobile game.

Keywords： Android platform； Visual Simulation； Rendering； Dynamic Viewpoint

0 引言

随着计算机图像处理技术的发展，采用图形与图像处理技术，进行视景仿真实现虚拟场景的重构和再现，在游戏开发和军事演练等领域具有重要的应用价值，当前，Android平台上的手机游戏开发成为视景仿真应用的一个重要方向，Android平台上的手机游戏开发是结合虚拟现实技术和控制技术实现游戏各种功能的应用和场景的虚拟再现。Android平台上的手机游戏具有多感知性、交互性、构想性，研究手机游戏虚拟场景仿真技术，实现对动态视点的随动和跟踪渲染，在跟随、旋转和固定偏移的运动模式下，对游戏中视景仿真界面进行动态视点随动，保证视景界面的逼真性，相关的算法研究受到人们的重视[1-3]。

传统方法中，对机游戏中视景图像的视点随动采用亮点跟踪方法、小生境算法、LOD渲染和网格渲染算法等。该类算法主要是通过对手机游戏虚拟场景的内部结构参数进行视景重构，采用GPU实时图像跟踪渲染算法进行偏移量测试，提高了视点的随动性能，但是当虚拟场景的复杂度较高时，动态视点随动跟踪渲染的效果不好[4-6]。采用亮点跟踪算法对观察者视线范围的限定较大，在当前亮点的视线范围内视景渲染效果不好。针对上述问题，本文提出一种基于多线程边缘轮廓特征信息交互的Android手机游戏视景仿真动态视点随动技术，首先进行基于Android平台的手机游戏虚拟视景仿真的参数模型构建，提取游戏视景图像的边缘轮廓特征信息，进行多线程信息交互，基于多层次细节渲染方法实现对游戏视景场景的动态视点随动跟踪，仿真实验进行了性能测试，展示了本文算法在手机游戏视景仿真和视点随动跟踪中的优越性能，视景仿真的逼真度较高。

1 视景场景仿真的参数体系和物理模型构建

1.1 基于Android的手机游戏视景仿真功能模型

为了实现对手机游戏虚拟场景的视景仿真和三维建模，需要首先构建手机游戏虚拟场景仿真的三维参数体系，选择合适的方法求得各个建模点的分布参数。手机游戏的虚拟场景仿真的三维建模软件采用MAYA、3DStudio MAX，基于Android的手机游戏视景仿真的设计性能指标支持逻辑筛选、分离面裁剪、纹理动画序列等功能，进行矢量编辑和建模过程中，通过输入类似地图矢量数据等手机游戏开发的原始信息数据，高效地生成、编辑手机用户所感兴趣的模拟区域，在限定的范围内随机放置某些物体进行视景伴随跟踪[7]，手机游戏虚拟场景的三维建模的主要步骤描述如图1所示。

根据图1可见，对手机游戏虚拟场景三维建模中参数体系设计是关键，这里假设 是一个手机游戏虚拟场景建模的三角网模型贡献点， 表示 在限定模型边界范围的游戏界面的视景微小建模点，手机游戏虚拟场景视景模型由大量的虚拟场景构成，需要首先生成表述手机游戏的虚拟场景数据的三维体纹理数据，在当前视点视线范围内，定义模型边界范围的图像序列表示式为：

式中， 表示 的观测值， 为观察者视线范围的时间参数（ ）， 表示手机游戏虚拟场景的位置参数（ ），采用STARMA模型进行手机游戏虚拟场景的三维立体数据建模[8-10]。把需要绘制的场景状态信息和渲染指令输入到场景数据库中，得到手机游戏虚拟场景模型数学表达式为：

式中， 表示 时刻观测值的 维向量，通过模型多边形，纹理等信息的重构，对手机游戏中的图像场景的纹理和背景区域进行多维透视变换处理，纹理和背景的三维控制由常数 、 、 、 、 组成的矩阵向量。进而将场景图像数据绘制到显示终端，在网格点所在的位置进行空间插值后，进入下一帧的渲染循环，图像场景渲染的迭代式为：

上式中， 为手机游戏虚拟场景的三维体纹理数据， 为手机游戏虚拟场景附着物几何表面沿法向向外偏移向量。通过上述方法进行基于Android平台下手机游戏开发视景仿真，用Creator的Terrain菜单模块， 打开需要的工程文件，进行游戏开发，整个游戏视景仿真的文件的组成如图2所示。

1.2 游戏视景的物理模型建模

在上述进行基于Android平台下手机游戏开发视景仿真的总体描述和渲染设计的基础上，进行物理模型建模。在物理模型建模之前，首先将场景数据库中的相关数据（如模型多边形，纹理等）渲染至帧缓存，按照LOD方法进行多层次细节管理，三维手机游戏虚拟场景的多层次细节LOD映射过程为：

其中， 表示三维手机游戏虚拟场景图形渲染引擎中的原始点， 为三维手机游戏虚拟场景的模型映射点。使用OpenFlight建模环境得到三维手机游戏虚拟场景的全局最佳重构路径，采用网格矢量裁剪的方法求取整个场景中的高分辨率像素信息，得到不同分辨率下的视景场景的网格重构图如图3所示。

在确定网格分辨率时，通常离观察者近的地方保持较高的分辨率，在Lynx Prime面板中需要创建MarineWaveGeneratorFFT，在机器视觉下进行动态视点观测，得到手机游戏虚拟场景的物理模型渲染网格权重为：

其中， 为所需视野范围的大小， 为给定网格渲染点数，设定渲染个数、纹理、周期，基于多层次细节（LOD）渲染，得到Android动态视点跟踪的目标场为：

其中， 为待贴纹理序列个数， 为嵌入维数， 为时间延迟，随着视线绕Z坐标轴方向转动，进行动态视点跟踪。

2 多线程交互的Android动态视点随动技术改进实现

在上述进行了游戏视景仿真和物理模型重构的基础上，进行手机游戏视景的动态视点随机设计，对游戏中视景仿真界面进行动态视点随动，保证视景界面的逼真性。传统方法中对手机游戏中视景图像的视点随动采用亮点跟踪方法，对观察者视线范围的限定较大，在当前亮点的视线范围内视景渲染效果不好。为了克服传统方法的弊端，本文提出一种基于多线程边缘轮廓特征信息交互的Android手机游戏视景仿真动态视点随动技术，通过提取游戏视景图像的边缘轮廓特征信息，进行多线程信息交互，游戏视景图像的边缘轮廓特征信息的提取过程描述为如下，首先假设在手机游戏虚拟场景表面网格面中有2×2个像素点，得到的全部帧图像在 处的灰度值为：

即 分别表示能见度 左边和上边的一阶邻域像素灰度值，在Lynx Prime中设置能见度范围，来模拟各种光照强度下的手机游戏视景界面的色差，进行M-1次传递迭代，得到手机游戏虚拟场景的成像分辨率：

根据上述方法，将图像的亮点模型进行静态视点平滑处理，根据视景图像的位置、尺度、主方向等信息，采用多线程信息交互，实现动态视点随动跟踪和定位。最后，进行手机游戏开发实现，在OpenFlight的建模环境提供了三维图形观察器，灵活地加速数据库的组织、模型，用极少的四边形构成高程网格图模拟动态视点的对应顶点。为了增强图像的真实感，使用纹理映射技术，提高图形显示的刷新频率。为了避免当视线转动到法向垂直时，这个面就变成一条直线的情况，通过Geometry Tools把面变换为体，选择了按边旋转的方式，由此实现基于多线程边缘轮廓特征信息交互的Android手机游戏视景仿真动态视点随动。

3 仿真实验与性能分析

为了测试本文算法在实现Android手机游戏视景仿真的动态视点随动跟踪定位中性能，进行仿真实验，实验的硬件环境为：Intel Core2双核 T5550 CPU，2GB DDRII内存，NVIDIA GeForce 8400M GS。软件采用的是Vega Prime软件进行视景仿真，通过Creator的Raster to DED工具进行实体模型建模。本文开发的手机游戏为一个模拟海上作战的手机游戏，为了使得动态视点将停留在其所指定的坐标位置上，需要进行动态视点随动处理，首先构建游戏的三维物理模型，如图4所示。

在上述模拟模型构建的基础上，在Android客户端进行游戏开发，通过函数可以对视点位置进行设置、变更，设置观察位置：

m_lookAt->setTranslate（600，400，100）

设置观察角度：

m_lookAt->setRotate（90，0，0）

仿真系统中，对于单一的背景声音采用Win32 API函数来实现，基于多层次细节渲染方法实现对游戏视景场景的动态视点随动跟踪，在游戏场景中绘制逼真，天空和海面效果，得到本文方法进行相对动态视点随动的视景仿真效果图如图5所示。从图可见，采用本文方法进行手机游戏视景的动态视点随动，视点附连在场景运动体上，能有效实现包括跟随、旋转和固定偏移三种相对运动方式，具有较好的逼真性能。

4 结语

本文结合在Android平台下进行手机游戏开发项目进行动态视点随动技术改进，优化视景仿真效果，本文提出一种基于多线程边缘轮廓特征信息交互的Android手机游戏视景仿真动态视点随动技术，首先进行基于Android平台的手机游戏虚拟视景仿真的参数模型构建，提取游戏视景图像的边缘轮廓特征信息，进行多线程信息交互，基于多层次细节渲染方法实现对游戏视景场景的动态视点随动跟踪，仿真结果表明，该技术能有效实现对手机游戏视景的动态视点随动，视点附连在场景运动体上，手机游戏开发的视景逼真度较好，性能优越。

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