BufferedImage 与像素级渲染(转载)

常有人说 Java 图形渲染很慢？嗯，相对 C/C++ 而言， Java2D 固有的图像处理能力确实有待提高。

 

但是，这也仅仅局限于对比 C/C++ 应用而言。

 

如果您是以其它什么东西与之比较，却得出 Java 渲染很慢的结论。那么，或者并不是出自 Java 本身的原因，而在于您并没能搞清楚该怎样正确的使用 Java 绘图。

 

况且，即便是相对于 C/C++ 而谈， Java 也并非相差到难以望其项背的地步。相对于某些行将就木的技术，至少我们除了异常积极的自行修改 JRE ，或者极端消极的等待 JRE 官方更新以外，还有使用 OpenGL 或者像素级优化这两条道路可走。

 

在本节当中，我们就先谈点基础的，来说说 Java 渲染的像素级优化吧。

 

像素与 RGB ：

 

像素是什么？简单的讲，像素就是色彩，像素是系统能够在计算机屏幕上显示的最小染色点。越高位的像素，其拥有的色板也就越丰富，越能表达颜色的真实感。

 

众所周知，图像是像素的复合，看似绚丽的形象，也无外是一个个肉眼难以分辨的细微颗粒集合罢了。

 

比如，在一些常见的 Java 图像处理中，我们经常会用到所谓的 RGB24 模式（ 24 位三原色模式，在 Java2D 中以 TYPE_INT_RGB 表示），将 Red ， Green ， Blue 三种色彩加以混合，创造出唯一的色彩点并绘制到计算机之上。而这个色彩点，也就是所谓的像素。因为在 RGB24 中 Red ， Green ， Blue 三者都被分配有一个 0~255 的强度值，所以该 RGB 模式的极限机能就是 256*256*256 ，即至多可以显示出 16777216 种颜色。

 

PS ：关于 16 位的 RGB565 （ Java2D 中表示为 TYPE_USHORT_565_RGB ）以及 RGB555 （ Java2D 中表示为 TYPE_USHORT_555_RGB ）会在以后章节中涉及，大家此刻只要知道，使用 24 位以下的图形处理模式，在显示速度上虽然会有提高，视觉效果上却必然会有损失就可以了。

 

也许有网友会感叹。哇！ 16777216 种颜色，这么多？难道都能用上吗？！

 

没错， 16777216 种颜色确实很多；事实上，这已非常接近于人类肉眼所能观察到的颜色数目极限 , 所以我们又将它称之为真彩色。然而，人类的欲求却是无止境的，即便能够展现出 16777216 种颜色的 RGB 真彩模式，依旧有人嫌弃它的效果太差。

 

否则，在您计算机“颜色质量”一栏中，或许就不会再有 32 位这种“多余”的选择了。

 

正是因为人类天性的贪婪，当今 2D 、 3D 图形渲染中最为常见的 ARGB 模式，也就是 32 位真彩模式才会应运而生。

 

ARGB 模式：

 

您问什么是 ARGB ？其实，它就是个穿了 Alpha 通道马甲的 RGB 。

 

 

 

例如，白色 ( 全强度 ) 用十六进制记数法表示为 : 0xFFFFFFFF 。而黑色正好相反；它在红色、绿色和蓝色中的任何一个通道中都无颜色，结果就成了 : 0xFF000000 。请注意 , Alpha 通道中的全强度意味着没有 Alpha (FF) ，也就是不透明 , 而无强度 (00) ，则意味着全透明。

 

public static int getARGB( int r, int g, int b, int alpha) {

        return (alpha << 24) | (r << 16) | (g << 8) | b;

}

关于 BufferedImage ：

 

当我们需要使用像素级操作，当我们需要设定针对不同图像的不同色彩模式时，最直接有效的方法，就是使用 BufferedImage 。

 

事实上，就像深入优化 Flash 渲染必须利用 BitmapData 一样，没有对 BufferedImage 的相关了解，提高 Java2D 性能根本无从谈起，甚至不能说你会用 Java2D 。

 

当您想要创建 BufferedImage ，并对其中像素进行直接操作时，大体上有三种方式可选：

 

1 、直接创建 BufferedImage ，导出 DataBufferInt 对象获取像素集合。

 

// 创建一个 640x480 的 BufferedImage ，设定渲染模式为 ARGB

BufferedImage image = new BufferedImage (640, 480,

              BufferedImage . TYPE_INT_ARGB );

// 获得当前 BufferedImage 的图像数据存储器，并转为 DataBufferInt

DataBufferInt dataBuffer = ((DataBufferInt) image.getRaster()

              .getDataBuffer());

// 获得对应 BufferedImage 的像素数组

int [] pixels = dataBuffer.getData();  

2 、以 int[] 生成 WritableRaster ，以 WritableRaster 产生 BufferedImage 。

// 设定 BufferedImage 的宽与高

int width = 640, height = 480;

int size = width * height;

// 创建数组，用以保存对应 BufferedImage 的像素集合

int [] pixels = new int [size];

// 以指定数组创建出指定大小的 DataBuffer

DataBuffer dataBuffer = new DataBufferInt(pixels, size);

// 创建一个 WritableRaster 对象，用以管理光栅

WritableRaster raster = Raster.createPackedRaster (dataBuffer, width, height,width, new int [] { 0xFF0000, 0xFF00, 0xFF }, null );

// 创建一个 24 位的 RGB 色彩模型，并填充相应的 R 、 G 、 B 掩码

DirectColorModel directColorModel = new DirectColorModel(24, 0xFF0000, 0xFF00, 0xFF);

// 以下为 32 位 RGB 色彩模型

// DirectColorModel directColorModel = new DirectColorModel(32, 0xFF000000, 0xFF0000, 0xFF00, 0xFF);

// 生成 BufferedImage, 预设 Alpha ，无配置

BufferedImage image = new BufferedImage(directColorModel, raster, true , null );

 

3 、与方法 2 基本相同，唯一差别在于使用了 SampleModel

int width = 640, height = 480;

int size = width * height;

int [] pixels = new int [size];

// 24 位色彩模型

DirectColorModel directColorModel = new DirectColorModel(24, 0xFF0000,

              0xFF00, 0xFF);

// 以 SinglePixelPackedSampleModel 构建像素包

SampleModel sample = new SinglePixelPackedSampleModel(

              DataBuffer . TYPE_INT , width, height, new int [] { 0xFF0000,

                     0xFF00, 0xFF });

// 生成 DataBuffer

DataBuffer dataBuffer = new DataBufferInt(pixels, size);

// 以 SampleModel 及 DataBuffer 生成 WritableRaster

WritableRaster raster = Raster.createWritableRaster (sample, dataBuffer,

              new Point(0, 0));

// 生成 BufferedImage

BufferedImage image = new BufferedImage(directColorModel, raster, true , null );

 

实际上，虽然表面上有所不同，但无论您采用以上何种方式获得 BufferedImage 及其对应的像素集合（ PS: 此处并非一定要获得像素的 int[] 形式，如 short[] 、 byte[] 等各式亦可，请根据实际需求决定）， pixels 对您而言都将成为一块保存有图像数据的内存区域，针对此 pixels 进行的任何修改，都将被直接反馈于 BufferedImage 之上。

 

得到了像素集合，我们又该如何将其应用到 Java2D 中呢？下面，我将介绍两个像素级 Java 渲染组件给大家参考。下面我们所使用到的一切操作，也都将围绕 pixels 这个以 int[] 形式出现的数组展开。

一、 古董级的 Processing

 

项目地址： http://processing.org/

 

这是一套完整的，开源的，兼顾 2D 与 3D 方面的 Java 渲染组件。事实上， Processing 在针对 Java2D 性能优化上的意义并不太大，因为它本来就不是为了解决性能问题而出现的。

 

Processing 所做的，更多的是一种效果优化，一种对 Java 语言的延伸。它希望人们能利用它对 Java 的扩充，以简单高效的方式实现绚丽夺目的图形效果。应该说， Processing 将 Java 的语法简化并将其运算结果 “ 感官化 ” ，让使用者能很快享有声光兼备的交互式多媒体作品。

 

由于 Processing 运行于 PApplet 之上，而 PApplet 继承自 Applet 。也就是说原本的 Processing 也是一种小程序，如果我们要将它应用在网页环境之外，要们就将 PApplet 插入到 Frame/JFrame 当中，要么就将其改写。

 

为了未来的演示更加方便，笔者选择了改写的道路，将其 PGraphics 渲染层直接封装。以下，是一个已经替换为 Processing 渲染的 LGame 示例：

 

public   class  ProcessingBall  extends  Screen {

    class  Ball {

       float  x;

       float  y;

       float  speed;

       float  gravity;

       float  w;

       float  life =  255 ;

       Ball(float  tempX,  float  tempY,  float  tempW) {
           x = tempX;
           y = tempY;
           w = tempW;
           speed = 0 ;
           gravity = 0 .1f;
       }

       void  move() {
           speed = speed + gravity;
           y = y + speed;
           if  (y > getHeight()) {
              speed = speed * -0 .8f;
              y = getHeight();
           }
       }

       boolean  finished() {
           life--;
           if  (life <  0 ) {
              return   true ;
           } else  {
              return   false ;
           }
       }

       void  display(LPGraphics g) {
           g.fill(0 , life);
           g.ellipse(x, y, w, w);
       }
    }

    private  ArrayList balls;

    private   int  ballWidth =  48 ;

    PImage image=Utils.loadImage("system/image/logo.png" );

    public  ProcessingBall() {
       balls = new  ArrayList();
       balls.add(new  Ball(getWidth() /  2 ,  0 , ballWidth));
    }

    public   void  draw(LPGraphics g) {
       g.background(255 );
       for  ( int  i = balls.size() -  1 ; i >=  0 ; i--) {
           Ball ball = (Ball) balls.get(i);
           ball.move();
           ball.display(g);
           if  (ball.finished()) {
              balls.remove(i);
           }
       }
    }

    public   void  leftClick(MouseEvent e) {
       balls.add(new  Ball(getMouseX(), getMouseY(), ballWidth));
    }

    public   void  middleClick(MouseEvent e) {

    }

    public   void  rightClick(MouseEvent e) {

    }

    public   void  onKey(KeyEvent e) {

    }

    public   void  onKeyUp(KeyEvent e) {

    }

    public   static   void  main(String[] args) {
       GameScene frame = new  GameScene( "球体下落" ,  480 ,  360 );
       Deploy deploy = frame.getDeploy();
       deploy.setScreen(new  ProcessingBall());
       deploy.setShowFPS(true );
       deploy.setFPS(100 );
       deploy.mainLoop();
       frame.showFrame();
    }

}

public class ProcessingBall extends Screen {

    class Ball {

       float x;

       float y;

       float speed;

       float gravity;

       float w;

       float life = 255;

       Ball(float tempX, float tempY, float tempW) {
           x = tempX;
           y = tempY;
           w = tempW;
           speed = 0;
           gravity = 0.1f;
       }

       void move() {
           speed = speed + gravity;
           y = y + speed;
           if (y > getHeight()) {
              speed = speed * -0.8f;
              y = getHeight();
           }
       }

       boolean finished() {
           life--;
           if (life < 0) {
              return true;
           } else {
              return false;
           }
       }

       void display(LPGraphics g) {
           g.fill(0, life);
           g.ellipse(x, y, w, w);
       }
    }

    private ArrayList balls;

    private int ballWidth = 48;

    PImage image=Utils.loadImage("system/image/logo.png");

    public ProcessingBall() {
       balls = new ArrayList();
       balls.add(new Ball(getWidth() / 2, 0, ballWidth));
    }

    public void draw(LPGraphics g) {
       g.background(255);
       for (int i = balls.size() - 1; i >= 0; i--) {
           Ball ball = (Ball) balls.get(i);
           ball.move();
           ball.display(g);
           if (ball.finished()) {
              balls.remove(i);
           }
       }
    }

    public void leftClick(MouseEvent e) {
       balls.add(new Ball(getMouseX(), getMouseY(), ballWidth));
    }

    public void middleClick(MouseEven

  


  
    
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      2010-07-14 14:45
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      分类:编程语言      
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