【毕业学位论文】（Word原稿）基于Elastos的集成特效图形系统的研究与实现-计算机软件与理

学术型硕士 （打印时删除） 硕士学位论文 基于 （ 国家 863 计划“软件重大专项”项目 课题编号：2001 姓 名：张发强 学 号： 0720080241 所在院系：电子与信息工程 学科门类：计算机科学与技术 学科专业：计算机软件与理论 指导教师：陈榕 教授 副 指导教师 ：顾伟楠 教授 二 一年三 月 A in 2010 0720080241 n S (by 63 o. 2001 基 于 E l a s t o 张发强 同济大学 学位论文版权使用授 权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 随着硬件技术的发展，手机等嵌入设备的性能和功能都得到了极大的提升。性能的提升带动了需求的增长， 人们需要一种高效的、操作友好 的 并带有一定娱乐性 的图形交互 系统 。 通过在界面中 增加 特效 能够极大 的 丰富 应用程序的视觉外观。 本文在 作系统 的基础 上，探讨实现了一种 集成特效的图形系统。 通过采用集成式图形系统架构、在操作系统内核态提供 特效 图层管理、提供控件和特效任意组合的模板机制等等技术实现了基于 集成特效图形系统。 基于 本文 所提出的图形系统架构及特效开发模型 ， 将完全摆脱传统图形系统上开发特效界面的繁琐细节， 轻松 的 实现 具有特效效果的应用程序界面 。这对于丰富应用程序的界面以及增加手机上应用程序的操作友好度 都 具有非常重大的意义。 本文是以上海市科教兴市重大产业科技攻关项目和国家移动通信产品研究开发专项项目为背景，以我国自主研发的手机操作系统 基础 实现的一种集成 特效的图形系统。 论文首先介绍了课题的背景，以及对 作系统及其所采用的 件技术做了一个概要介绍，然后详细介绍 了在 作系统上开发 程序 所采用的 程模型， 件技术等等。 接下来 探讨了集成特效图形系统的 实现架构。 针对集成特效图形系统的几个关键性子系统及其实现 分别 做了详细的 论述。 最后提供了相关测试及其 结果。 关键词 ： 件，嵌入式系统 ， 图形控件，特效I of of as of A is to I s UI an By an to a to we S. on of in it is to an I. is on of of to it a to At we of is a AR is of of of is of to a of 济大学 硕士学位论文 目录 录 第 1 章 绪论 . 1 究背景 . 1 究现状 . 2 于界面特效开发的支持 . 2 于界面特效开发的支持 . 3 流手机操作系统对于界面特效开发的支持 . 4 形系统对于界面特效开发的支持 . 4 究内容和研究意义 . 5 文的组织结构 . 6 第 2 章 相关技术及概念 . 8 作系统 . 8 作系统简介 . 8 作系统设计原则 . 8 作系统构成 . 9 作系统的特点 . 10 件技术 . 12 件技术发展历史 . 12 件技术基本知识 . 13 件技术特性及意义 . 15 程模型 . 18 行基础 . 18 件代码自动生成框架 . 20 件运行机制 . 21 第 3 章 成特效图形系统的研究 . 24 成特效图形系统概述 . 24 统图形系统的功能及架构 . 24 成特效图形系统的概念 . 24 成特效图形系统的特点 . 25 须要解决的问题 . 25 成特效图形系统的目标 . 25 对的问题 . 26 成特效图形系统的研究 . 27 第 4 章 特效子系统 . 31 关术语 . 31 同济大学 硕士学位论文 目录 效子系统的实现 . 32 效子系统的功能划分 . 32 继承结构 . 32 功能划分 . 33 属性分析 . 34 . 36 效的编程实现 . 37 第 5 章 图形控件子系统 . 45 块 . 45 图形控件集 . 45 口 . 47 实现 . 49 入法 . 50 入法的实现 . 50 入法管理器 . 51 特效的支持 . 52 册 /注销动画特效 . 52 件和特效的组合绑定 . 53 第 6 章 图形引擎 . 60 口管理模块 . 60 口关系管理 . 60 口操作 . 61 核态图层管理器 . 62 件传递模块 . 64 第 7 章 相关测试 . 65 试方法及环境 . 65 能测试 . 65 第 8 章 工作总结与展望 . 67 作总结 . 67 作展望 . 68 致谢 . 69 参考文献 . 70 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果 . 71 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪论 究 背景 互联网技术在过去几十年中得到了快速 的 发展。如今，网络已经成为人们日常生活中不可或缺的部分。网络正在逐渐的改变着人们的日常生活方式，甚至影响着整个人类社会的活 动。手机 作为 一种 目前最为普遍的沟通工具，扮演着连接终端的角色。由于硬件功能的提升和扩展 ，手机的功能也正日益 增强 。手机已经不仅仅是 人们 用来联络的工具， 它已经渗透到人们的日常生活中。目前，移动通信 技术正在迅猛发展。国家正在大力推进第三代移动通信技术（ 也就是常说的3G） 。随着 3G 的普及及推进， 数据传输带宽 将会极大的拓宽 。 人们能够相互传递的数据量 将会极大增多，传输的 速度 也将极大提升 。传输带宽将不再成为制约整个系统发展的瓶颈。 随着上述硬件及通信技术的发展，手机的功能 也 将会得到极大的拓展。未来人们可以利用手机来处理日常 生活中 的各种 事务。同时，随着需求的不断发展，用户对于运行于手机上的应用程序的 功能 需求也将会越来越多样化。操作系统作为运行于硬件之上的支撑系统，毫无疑问扮演者重要的角色，它的设计理念，设计原则及实现架构都将深深的影响和决定着运行于其上的应用 程序 的功能 和效率 。 在界面设计上，由于人类更倾向于 接受视觉信息 ，因此， 应用程序的界面越流畅、操作越简单就越会受到人们的欢迎。 比如，手指轻轻一划，就能将某个应用 程序 从菜单中拖出来，完全符合人类自身的思考习惯。目前，能够实现类似功能的操作系统比较典型的有苹果的 S 和 基于脚本的 机操作系统 。它们在市场上所获得的 巨大成功也正好印证了这一点。那么，如何支持具有特效效果的应用程序界面将成为决定用户体验度的关键因素。当前， 各个手机操作系统提供商 对特效界面 所能提供的支持程度不一，支持的 方式 也 各 不一样。在现有的 机操作系统上 虽然也提供了支持特效 开发 的 接口集，但是 实现起来非常繁琐。 用户需要掌握 特效 的专业制作 知识 并且需要了解 图形系统的实现原理才有可能自行开发出具有独特效果的图形控件。 作系统作为国内唯一一款拥有自主知识产权的智能手机操作系统，能够很好的实现各种需求。 作系统由于采用了 件 编程技术，使得运行于其上的应用程序开发 也必须 遵循 程模型 。 程技术的核心思想就是将软件像组合零件一样拼装起来。 同济大学 硕士学位论文 基于 集成特效图形系统的研究与实现 2 本文所探讨的 是在 作系统 上， 如何实现一种可以将动画特效和图形控件进行动态组合和拼装的图形系统。 实现这样的图形系统将能极大的丰富应用程序界面 ,对于应用程序的普及 也具有非常大的意义。 究 现状 面 特效 开发的支持 作系统作为传统的基于 操作系统， 提供了一 套功能丰富的应用程序开发接口 ( 实现 具有视窗风格的应用程序界面 的开发 。在，可以 通过 直接调用 者使用类似于 封装库来实现应用程序的开发 。不管利用哪一种 方式 ，它们 都能 产生 具有一样 风格 的应用程序界面 。一个传统的 口如图 示。 图 型的 口 口具备 按钮、滚动条、下拉列表、 标签等等 各种 窗口元素。 但是他们在外观上都没有显 著的特效效果。 从 开发 具有 特效 效果的应用程序 角度 来看 ， 统 提供了 块来 完成二维 图元 的绘制 ，提供了 技术来 完成三维图元及动画特效 的支持 。但是，这些都不易与控件相结合。 总结起来 统目前并没有提供 专门的机制或者接口来 让用户创建具有动画特效效果的 应用程序 界面，具有 以下几个方面的缺点： 1) 没有直接提供 带有动画效果的图形控件。 2) 用户自行开发的特效无法实现和任意控件的任意绑定。 第 1 章 绪论 3 3) 不易实现自定制特效效果的应用程序界面。 4) 必须使用 供的相关 接口或构件 ( )来完成特效的开发，而这些接口或构件在设计时并不完全是为了特效的开发。 面 特效 开发的支持 然也可以使用第三方软件来支持图形化界面，但是 具有 时 也支持图形界面。 图 D 桌面 用的是第三方库的方式来实现的。 其中比较出名的有 针对嵌入式设备有相应的 1) 尽管 30K，但这时 低的程序效率，大的资源消耗都对硬件提出了较高要求。 2) 支持特效。 3) 对硬件加速支持匮乏。 4) 得在其上实现特效非常不易。 它很难进行底层的扩充、定制和移植，尤其是那个用来实现 在 有类似于 是它们大多还不成熟，在功能上也都没有提供对于特效的支持。 同济大学 硕士学位论文 基于 集成特效图形系统的研究与实现 4 流手机操作系统对于 界面 特效 开发的支持 目前应用于手机的主流操作系统主要有苹果的 S X, 这其中对于动画特效支持 最好的非 个应用程序界面效果图。从其中我们可以看到， 它提供了带有特效效果的图形控 件。 图 1.3 用程序界面 从上图中我们可以看到，界面中的 表框中的两个下拉列表都具有绚丽的 特效 效果。 下面四个按钮具有高亮和暗下的效果。 列表框具有缓冲加速的效果。 从系统开发的角度来看，苹果公司提供了一个称之为 的软件实现框架来支持特效的开发。 在 先必须了解 还必须 了解 为重要的是必须掌握特效的具体算法才能够实现带有特效效果的应用程序。 的佼佼者。它的优势在于提供了以脚本语言 为工具 来实现 应用程序 的 开发 。 样也提供了对特效的支持 。 但是它并不支持图形控件特效效果的自订制。 其他的手机操作系统比如 接近于传统的操作系统。 它们对于特效的支持都非常有限。 实际上 谷歌的 利用 利用 于 界面 特效 开发的支持 技术是 章 绪论 5 计之初完全采用的是 此， 发 而成 。 功能性方面，统图形系统的所有功能 。它提供了一套完备的图形控件系统 ( 实现 应用程序 界面的开发 。 在特效方面， 然也 提供了 对特效的支持， 但是 它 具有如下几个方面的缺点： 1) 针对不同的硬件平台必须单独提供一套 具有特定效果的 图形控件系统。 2) 特效和控件之间的耦合度太高，导致特效代码和控件代码之间互相掺合，降低了系统的稳定度，提高了维护成本。 3) 不能实现控件 和 特效的任意绑定。 究内容和研究意义 良好的设 计和独特的 能够很好的适用于手机等嵌入式设备 。 同时由于 性使得 系统 具有良好的灵活性和可扩展性。 统 的设计同样也采用了 。但是现有的图形系统在设计上将动画特效和图形控件进行紧密耦合。 同时，针对不同的 硬件平台和硬件等级均要开发出对应的一套全新的图形控件系统，这 降低了 软件 模块的复用性 。 由于耦合度高，使得系统复杂度 加大，不利于开发和维护。 本课题的研究内容是在 讨实现 一种灵活的、高效的、支持特效的图形 系统。 基于本课题的实现， 特效和控件可以实现任意组合。用户也可以通过自订制 的方式来自行制定具有不同 特效效果 的控件 。 通信及硬件技术的发展都极大的促进了手机的发展。手机正在朝着 智能化个人掌上电脑的方向发展。未来的手机不仅仅可以用来通信联络，还 将更是一台个人多媒体终端。人们将更多的 利用手机来处 理日 常生活中的各种事务。比如，手机可以用来付账，可以用来身份识别 ，可以用来收看电视，可以用来网上购物，可以作为电子书 阅读器 等等各个方面的功能。而为了要满足 这些需求，手机操作系统作为系统级支撑软件，必须提供完备的功能 和灵活的机制 来使得未来逐渐增大的用 户 需求得到满足。出于便携性的考虑 ，手机 一般都很 小巧 而且 易于携带，这就使得手机的屏幕不可能太大。在有限 大小 的屏幕上 ，我们不能采用类似于 因为这种交互界面在屏幕小的情况下不易操作 (图形控件小不同济大学 硕士学位论文 基于 集成特效图形系统的研究与实现 6 易与触笔 及手指的触摸 )。 同时，由于人类对于视觉信息的接收比 对其他的信息接收的更为灵敏，使得运行于手机上的应用程序在界面上要尽可能 的简单流畅 ，苹果的 采用了 使得它可以使用 于本课题的实现， 用户 可以非常方便的实现图形控件的特效自定制， 总结起来， 具有如下几个方面的重大意义： 1、 极打的 丰富 面 。 2、 为运行 各种设备提供 统一 的程序界面开发接口 。 3、 为未来应用程序需求的不断增 大提供了一种 灵活的 解决方案。 4、 符合脚本手机的趋势。 5、 由于可以自组合和自订制 特效，从而消除了控件对硬件平台的依赖 。 文的组织结构 论文总共分为八 个章节，其结构及要点如下： 第一章 绪论 介绍了本课题的研究背景，以及目前这一领域国内外的研究现状。同时概要的介绍了本课题的研究内容以及研 究的意义。最后给出了论文的组织结构。 第二章相关技术概念 介绍了本课题的背景材料。主要介绍了 及 同时也介绍了 本章为后续的称述做铺垫。 第三章 本章从系统架构角度论述了基于 首先对特效图形系统做了概要性介绍，然后介绍了图形系统的总体架构，最后详细论述了集成特效图形系统的实现框架。 本章还对系统各个实现模块做了概要性的介绍。 第 四章 特效子系统 本章论述了特效子系统的实现。 首先对相关术语做了简要介绍， 然后详细论述了特效子系统的实现 架构 。 在本章中 ，针对特效模块的 实现做了展开论述，分别论述了特效的功能划分， 后介绍了特效模块的编程实现。 第五 章 图形控件 子系统 第 1 章 绪论 7 本章详细论述了图形控件子系统的实现。 重点介绍了控件的接口、对特效的支持机制。 在本章中还介绍了输入法的实现，这是实现用户输入的必备模块。 本章最后详细论述了将特效和控件进行组合的 实现 机制。 第六 章图形引擎 本章介绍了 重点论述 了图形引擎对特效的集成。 在本章中还介绍了事件传递机制。 第七章实验结果及相关测试 本章给出了本课题的实验结果，同时还对系统的功能及性能进行了测试。 第八 章总结与展望 本章主要总结了本课题的研究成果，同时也介绍了对于未来进一步研究的展望。 同济大学 硕士学位论文 基于 集成特效图形系统的研究与实现 8 第 2章 相关技术及概念 是由上海科泰世纪科技有限公司开发的拥有自主知识产权的操作系统。该系统是基于 系统开发的各个方面， 1) 利用 时使用 2) 用统一资源定位符 (加载网页、所需脚本和 这是 还可以用来定位所需的脚本和 而实现自动装载。用户要使用某一功能或服务时，不再向过去一样安装程序然后运行，程序已经不再需要安装，而是直接从网上下载下来 自动装载。 级，卸载等等，而无需安装程序。 3) 软件零件化生产。 携带自描述信息的软件构件又被称为 务（ 它也可以是从网上下载下来运行的软件模块。可以 #等高级面向对象语言来编写 然也可以用携带自描述信息的 C+语言来编写。 们之间的通讯可以用 可以相互直接调用，或者通过本地 议。 随着 3来的应用将会极大的丰富。 要实现 业务增值还必须落实到具体 编程上。软件工厂的思想能够很好的解决这个问题，软件工厂技术包括软件零件的生产、零件下载、零件组装三部分。 务就是一种软件零件的封装形式。软件工厂其实就是一套软件拼装标准，大家按此规范进行开第 2 章 相关技术及概念 9 发，就能够保证软件间的兼容性和互操作性不再是问题，提高软件的开发效率和质量。 从传统的体系结构来看 ,行时支持模块、系统服务三大模块构成。下面分别从这三个部分加以论述： 1) 微内核： 传统的微内核 操作系统结构一样， 程管理 (进程 /线程 创建、调度、通讯等 )，内存管理。在结构上和传统的操作系统没有太大区别，但是在实现上， 括内核部分都是用 2) 运行时模块：提供了对 括了 载，方法的调用，安全调用等等方面的机制。这是 3) 系统服务：和传统的操作系统一致， 备驱动、网络模块服务。这些是用动态链接的方 式加载入操作系统的。系统服务几乎是每个传统的操作系统所必需提供的， 用程序性开发者可以利用这些服务来访问硬件资源从而编写出各种特殊功能的应用。 图 体 构成。 图 从图中我们可以看到， 似 ，最大的不同之处在于，所有的功能模块都是 基于 成。进行组合，从而完成整个系统的功能 。 动程序，它们也是利用 使得在 不再像传统的操作系统比如 硕士学位论文 基于 集成特效图形系统的研究与实现 10 于采用了 写设备驱动和编写应用程序一样都是直接编写 而可以让开发者专注于功能的开发。 组动态链接库和函数库以供应用程序开发者调用。与传统的动态链接库不同，在 态链接库内部将包含 些是实现软件零件化组装的基础。 先是一个传统意义上的通用嵌入式操作系统，支持多进程、多线程，抢占式、线程多优先级任务调度等，这个操作系统的内核叫 有体积小，速度快，效率高的特点，适合于智能手机等消费类电子的嵌入式应用。除此之外， 为移动增值业务提供一个 构件化的开发及运行环境。在智能手机应用架构设计上，我们将 未来 3G 时代创新的应用模型及运营模式提供全方位的基础软件支持。 1) 支持无缝计算 ( 利用 全球唯一标识技术，将软件模块直接在因特网范围编址，配合其它创新软件技术， 以自动、透明地为用户搜索解码器、驱动等软件模块。这将使得用户无需再像传统的软件使用方式一样，需要购买和安装程序，所有的程序安装、加 载、运行、卸载操作都由系统负责，用户将感受不到软件的存在，他能感受到的是得到了各种各样的服务。 2) 遵循绿色软件原则。 由于采用了 以动态的加载 行 些将避免软件安装与卸载，软件模块