Flash三維可視化研究

趙欣　李敏智　黃艷麗

摘 要 在分析Flash腳本語言和技術框架的基礎上，總結歸納Flash三維圖形顯示原理，為其技術創新與發展提供理論支持。

關鍵詞 Flash；三維坐標；可視化

中圖分類號：TP317.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）16-0047-02

隨著Flash客戶端應用領域的不斷增加，其簡單的二維展示已經不能滿足其巨大的市場需求，因此其二維可視化向三維可視化的發展成為亟待解決的問題。

1 ActionScript（簡稱AS）

AS是支持面向對象的編程語言，它是Flash內置的編程語言，并且在其環境中運行，吸收了多種計算機編程語言特點。其具有內容和程序的交互、數據綁定、數據編輯等功能。它可以為生動形象的動畫進行腳本編程，可以制作出各種各樣逼真的動畫高級特效，可以很好地控制編輯完成的動畫影片，實現人性化的人機交互操作、與各種服務器的人性化“對話”功能。AS在其虛擬機上運行。該腳本語言可以通過文本編輯器等軟件來進行編譯，被編譯成的字節碼格式是一種計算機能識別的二進制代碼格式，SWF文件中包含編譯完成的字節碼，該字節碼在Flash中運行。

2 Flash技術框架

Flash是一款二維矢量動畫設計與編輯軟件，支持流式媒體播放技術，可以在保證圖像不失真的前提下，邊下載邊觀看動畫。同時所生成的FLA和SWF動畫文件很小。該軟件內容豐富，可以融合色彩、聲音、文字和腳本交互等元素，創造出驚人的動畫編輯效果。設計人員可以利用腳本設計出不同類型的高水平的動畫。Flash主要由AS虛擬機與圖形渲染引擎兩大部分組成。其中，前者負責執行編譯后的AS字節碼，而后者則用來繪制顯示列表中的圖形對象。

顯示對象列表 在Flash運行過程中，被渲染引擎渲染出來的屏幕中顯示的“樹”狀圖形對象被稱為顯示對象列表。如果顯示對象沒有在顯示對象列表中出現，那么它就不會出現在屏幕上。當顯示對象從顯示列表中移出后，它就不能在屏幕上顯示。顯示對象列表是Flash中屏幕內容的層次關系結構，簡單說顯示對象其實就是AS腳本語言的內部類。顯示對象列表是多個需要渲染的顯示對象的集合，顯示對象在被添加到顯示對象列表之前是不需要渲染的。顯示對象列表是一個樹狀結構，樹的最上面是舞臺，囊括多個顯示對象。本身不是顯示對象容器的顯示對象不可以再包含顯示對象，但是原本就是顯示對象容器的顯示對象可能包含其他顯示對象或顯示對象容器。顯示對象的類遵循類的繼承規律，子類所有的方法和屬性由繼承父類而來。

Flash技術優勢 Flash可以作為瀏覽器插件運行在瀏覽器中，與其他傳統技術相比較，具有比其他傳統的播放技術更多的優點：跨多種平臺的瀏覽器；插件較小并且具有極大的市場占有率；具有優美的界面效果和豐富的組件；Flex技術應用是開源的并且獲得眾多的開源社區支持；強大的功能以及多種數據技術支持。

3 Flash三維圖形顯示原理

三維坐標變換 在Flash三維圖形顯示中，幾何變換將圖形上的點作為基本元素進行操作，它將原始圖形上的點作相應的變換后，重新組合變換后的點，形成新的圖形。三維圖形的幾何變換都是以點為基本元素進行的，把圖形的一系列定點作幾何變換后，變換后的新的點就重新組合成新的幾何圖形。幾何變換分為縮放、平移和旋轉變換三大類，這三類變換可以用齊次坐標所給出的三維矩陣來表示。

齊次坐標就是將n維的點或向量表示成n+1維，如三維點（x，y，z）的齊次坐標為（mx，my，mz，m）。因此，同一個點和向量的齊次坐標表示可以有多個，即取不同的m值對應于同一個三維點。然而在三維幾何概念中，點與向量的齊次坐標表示是不一樣的：最后一個代數分量為0的是三維向量，最后一個代數分量為1的是三維點。判斷一個齊次坐標表示的是點還是向量，只需要看坐標的最后一個代數式0還是1就可以。因此，普通坐標向齊次坐標進行變換時，若是點，最后一個代數就直接寫1；若是向量，最后一個代數就直接寫0。從齊次坐標轉換成普通坐標時，直接去掉第四個坐標變成普通坐標。在文中涉及的幾何變換中，向量只有大小與方向，沒有位置概念。因此，平移變換變換的對象只能是點，縮放變換與旋轉變換變換的對象是點與向量。

這些齊次坐標所給出的三維變換矩陣中存儲著用于變化的一系列數據，在此三維矩陣中，X軸、Y軸、Z軸的數據位于前三列。平移變換的數據在最后一列，縮放變換和旋轉變換的數據在前三列中，縮放因子居于前三列的對角線上。

投影變換 由于Flash是一個二維坐標體系，要模擬三維立體效果就需要把三維坐標轉換成二維坐標，這樣才能在二維坐標系中顯示。而要實現這種轉換需要借助于投影變換。通過投影方式能將三維空間中的物體映射到二維屏幕，投影模式主要包括透視投影與平行投影倆大類。被透視物體成像的大小是根據物體離所觀察視點的遠近而定的，透視投影更符合人類真實的視覺感受。

1）透視投影。從三維空間中選取的某個特定的投影中心與所觀察物體上的每一個點的連線匯聚成多條射線，這些射線和所選定的投影平面交點的集合就是被觀察物體的投影。透視投影的投影中心是在有限遠處的。透視投影的特點是：不保持物體相關比例，被透視物體成像的大小是根據物體離所觀察視點的遠近而定的，透視投影更為符合人類真實的視覺感受，能夠生成逼真的感視圖，遵循“近大遠小”視覺規律。透視投影可以從投影中心、投影平面、投影方向等方面分析。

2）平行投影。保持所觀察物體大小比例不發生變化，投影中心距離在無限遠處的投影是平行投影。投影的這種特點是三維圖形繪制中比例繪圖的一個重要方法，所觀察物體的精確繪制是通過平行投影獲得的。平行投影可以從投影方向、視平面、物體上面的某點投影到視平面上的坐標等幾方面進行分析。

紋理映射 將系統存儲的紋理模式由紋理空間轉換到屏幕空間的物體表面的過程被稱為紋理映射。其中紋理模式由一組紋理矩陣數據來表示，還能用來修飾被映射物體的光強度值。在三維圖形顯示中，紋理映射成為逼真圖形繪制的重要組成成分，應用紋理映射可以舍棄物體的表面細節部分，快速繪制出逼真的圖形。如繪制一間室內場景時，可以使用一幅拍攝完成的逼真的室內全景照片作為紋理圖片貼到一個腳本編譯的球形模型上面，這樣，一間逼真的室內場景就完成了。如果舍棄紋理映射的簡單方法不用，室內的每一面墻都要拆分為一個獨立的矩形分開繪制，無疑增加了繪制室內場景的難度系數。

在Flash三維圖形顯示中，每個像素紋理的寬和高對應一個紋理坐標，這些紋理坐標沿著UV坐標被映射到[0，1]范圍內，這個過程叫做UV映射，坐標為UV坐標。當繪制一個多邊形時，計算機會計算出三角形中每個頂點的UV坐標，這些坐標決定在渲染時如何將一張紋理應用到多邊形上。

參考文獻

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