优化Java动画编程中的显示效果

　　Java动画编程有多种实现方法，但它们实现的基本原理是一样的，即在屏幕上画出一系列的帧来造成运动的感觉。Java多线程技术是Java动画编程中普遍运用的技术，它在控制动画程序的流程和动画的显示效果方面起着重要的作用。Java动画编程中的动画闪烁和图像残缺不全等现象，是Java程序员经常遇到的问题。本文以作者应用实例程序为基础，阐述如何运用多线程、重载Update、双缓冲和图像跟踪等技巧来解决这类问题，以达到动画显示的最佳效果。
　　
　　Java多线程技术
　　
　　Java多线程技术简介
　　
　　目前，线程(Thread)已经为许多操作系统和应用开发系统所采用。线程是程序的单个控制流，具有顺序程序的特点。但是，线程不是一个程序，它仅仅是程序的一个执行序列。线程具有很强的并发功能，在同一时刻可以有多个线程同时处于执行状态。线程是动态的，具有一定的生命周期，分别经历从创建、执行、阻塞、直到消亡的过程。Java语言对多线程编程的支持有两种实现方法：一种是直接继承Thread类，另一种是实现Runnable接口。Thread类提供了对线程的控制方法，如start()，stop()，run()、suspend()、resume()和sleep()等方法，它们可以对线程的状态进行控制。
　　
　　动画线程的设计与实现
　　
　　为了每秒中多次更新屏幕，必须创建一个线程来实现动画的循环，这个循环要跟踪当前帧并响应周期性的屏幕更新要求。许多Java初学者容易犯的一个错误是将动画循环放在paint()中，这样占据了主AWT线程，而主线程将负责所有的绘图和事件处理。因此，应该生成一个独立的动画线程来完成图像的显示和更新。例如，在一个Applet框架下，当Applet启动(Start)时，生成一个动画线程;在Applet停止（stop）时，终止该动画线程以释放它所占用的CPU资源。下列程序代码（简称“C1”代码）是该动画线程的具体实现：
　　
　　public void start() {
　　 if(animatorThread==null) {
　　 animatorThread=new Thread(this);
　　//开始动画线程
　　animatorThread.start();
　　 }
　　}
　　public void stop(){
　　 //停止动画线程
　　 animatorThread=null;
　　}
　　
　　上面终止动画线程的时候，并不是调用该动画线程的stop()方法，而是设置该动画线程为null。因为如果直接调用线程的stop()方法会强制线程终止所有的执行工作，有时会带来不好的结果。设置该动画线程为null，则在run()方法中，由于不满足循环条件，线程会自然退出。这样，也进一步优化了该动画程序。
　　
　　重载update()和双缓冲技术消除闪烁
　　
　　在Java中，动画发生闪烁有两个原因：一个是由于在显示下一帧画面的时候，调用了repaint()方法；而repaint()方法被调用时，要清除整个背景，然后才调用paint()方法显示画面。这样，在清除背景和绘制图像的短暂时间间隔内被用户看见的就是闪烁。另一个是由于paint()方法要进行复杂的计算，绘制每一帧花费的时间太长，图像中的各个像素值不能同时得到，使得动画的生成频率低于显示器的刷新频率，从而造成闪烁。
　　
　　下面两种方法可以明显地消除或减弱闪烁。
　　
　　重载update()方法
　　
　　当AWT接收到一个Applet的重绘请求时，它就调用Applet的update()方法。缺省情况下，update()方法清除Applet的背景，然后调用paint()方法。重载update()方法就可以将以前在paint()方法中的绘图代码包含在update()方法中，从而避免每次重绘时将整个区域清除。既然背景不再自动清除，Java程序员需要自己在update()中完成。
　　
　　双缓冲技术
　　
　　另一种消除帧之间闪烁的方法是使用双缓冲技术，它在许多动画Applet中被使用。主要原理是创建一幅后台图像，将每一帧画入图像，然后调用drawImage()方法将整个后台图像一次画到屏幕上去。这种方法的优点在于大部分绘制是离屏的。将离屏图像一次绘至屏幕上，比直接在屏幕上绘制要有效得多。在创建后台图像前，首先要通过调用createImage()方法生成合适的后台缓冲区，然后获得在缓冲区做图的环境（即Graphics类对象）。
　　
　　下列实例程序代码（简称“C2”代码）就是这两种方法的结合使用，双缓冲技术在重载update()方法中实现。其中，offImage是Image类的对象，offGraphics是Graphics类的对象，这两个类对象是实现双缓冲技术的关键。相关代码如下：
　　
　　public void paint(Graphics g){
　　 update(g);
　　 }
　　 public void update(Graphics g){
　　 Dimension d=getSize();
　　 //如果后台图像不存在，就创建一个后台图像
　　if((offGraphics==null)||(d.width!=offDimension.width)
　　 ||(d.height!=offDimension.height)) {
　　 offDimension=d;
　　 offImage=createImage(d.width,d.height);
　　 offGraphics=offImage.getGraphics();
　　 }
　　 //擦除上一帧
　　 offGraphics.setColor(getBackground());
　　 offGraphics.fillRect(0,0,d.width,d.height);
　　 offGraphics.setColor(Color.black);
　　 //将当前的帧输出到指定的image中
　　 for(int i=0 ; i<10 ; i++){
　　 offGraphics.drawImage(images[i],frameNumber*5%(d.width/2)
　　 ,i*d.height/10,this);
　　 }
　　 //输出指定的后台图像
　　g.drawImage(offImage,frameNumber*5%(d.width/2),0,this);
　　 }
　　
　　双缓冲技术可以使动画平滑，但有一个缺点，要分配一个后台图像的缓冲，如果图像相当大，这将占用很大一块内存。
　　图像跟踪与程序的逐步完善
　　图像跟踪
　　当动画线程刚刚启动的时候，由于没有全部载入图像，屏幕上显示的画面经常是残缺不全的。这时可以使用MediaTracker或ImageOberver类对象进行图像跟踪，待图像全部载入后，再调用drawImage()方法将图像输出到屏幕上去。DrawImage()方法的第四个参数正是ImageObserver类对象，所以可以用ImageObserver类对象进行图像跟踪。在实际应用Applet程序的init()方法中实现图像跟踪，相当于在动画线程的DrawImage()方法调用以前就画了一次图像，因为动画线程的初始化过程，即init()方法是先被调用的。下列代码（简称“C3”代码）展示了init()方法使用MediaTracker类对象来实现跟踪图像的载入，代码如下：
　　
　　public void init(){
　　 tracker=new MidiaTracker(this);
　　 for(int i=1;i<=10;i++){
　　 image[i-1]=getImage(getCodeBase(),"image"+i+" .gif")；
　　 //用MediaTracker类对象的addImage()方法跟踪图像的载入
　　 tracker.addImage(images[i-1],0);
　　 }
　　......
　　}
　　
　　程序的进一步完善
　　
　　在“C2”代码的重载update()方法中加入下列if语句，从而对MediaTracker类对象的图像跟踪方法做出判断，if语句如下：
　　
　　if(!tracker.checkAll()){
　　//如果图像还没有装载完毕，则仅清除背景，同时输出一个状态
　　 g.clearRect(0,0,d.width,d.height);
　　 g.drawString("Please wait...",0,d.height/2);
　　 return;
　　 }
　　
　　在“C1”代码的stop()方法中加入两行代码，用以释放由双缓冲技术所占用的内存资源，这时stop()方法改为：
　　
　　public void stop(){
　　 //停止动画线程
　　 animatorThread=null;
　　 //释放用于双缓冲的内存资源
　　 offGraphics=null;
　　 offImage=null;
　　}
　　
　　程序修改到此，还有一个小问题，就是动画线程启动后，第一幅图像有时仍有残留痕迹，而不是随着图像的更新而完全擦除掉。如果想解决此问题，只要将“C2”代码中最后的for()循环和g.drawImage()方法改为如下代码就可以了。
　　
　　for(int i=0;i<10;i++){
　　 offGraphics.drawImage(images[frameNumber%10],
　　 ,frameNumber*5%(d.width),i*d.height/10,this);
　　}
　　g.drawImage(offImage,0,0,this);
　　
　　保持恒定的帧速度
　　
　　为了使用户观看动画时没有闪烁感，至少需要达到每秒12帧的速度。更高的帧速度会产生更平滑的动画。通常，在动画显示的每两帧之间，调用线程的sleep()方法休眠一个固定的时间。这样做的缺点是使用绝对的延迟时间会使延迟过长，即造成等待时间过长。为了每秒显示10～20帧图像，并保持恒定的帧速度（也就是恒定的显示频率），在动画线程的run()方法中可加入如下代码：
　　
　　try{
　　 startTime+=delay;
　　 Thread.sleep(Math.max(0,startTime-System.currentTimeMillis()));
　　}catch(InterruptedException e){
　　 break;
　　}
　　
　　本文着重阐述了优化Java动画编程的显示效果的几种方法。当然，随着Java技术以及其它计算机技术的发展，还将会有多种优化动画显示效果的方法，例如，在提高动画的帧速度方面，可在Java中调用微软公司的DirectDraw工具。但是本文所介绍的方法更具有通用性。
　　
　　

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