二維矢量圖形技術現狀概述

摘 要：本文首先簡單闡述了二維矢量圖形基本概念，然后介紹了二維矢量圖形目前的國際標準和矢量圖形的巨大市場應用前景，最后介紹了矢量圖形的國內外發展現狀。

關鍵詞：二維矢量圖形；OpenVG；渲染

中圖分類號：TP309.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

隨著近年來便攜式消費類電子設備的普及，高圖像質量的人機交互界面越來越受到消費者的喜愛。然而，傳統的位圖格式圖像難以滿足動態的圖形操作，尤其當用戶對圖像進行縮放時，低分辨率的位圖在圖像質量退化方面顯得尤為明顯。而二維矢量圖形由于其具有無限縮放，但圖像不失真的優點，逐漸在便攜式消費類電子產品中得到了廣泛應用，并取代傳統的位圖格式圖像來實現各種絢麗的動態圖形效果。

一、二維矢量圖形概述

二維矢量圖形和傳統位圖圖像的組成區別在于：位圖圖像由大量像素點組成，直接讀取各像素信息即能顯示位圖圖像的內容；而二維矢量圖形則由大量的頂點信息組成，其圖形顯示過程需要進行渲染處理，即對所有的頂點進行較為復雜的運算處理，然后決定需著色的各像素點位置，最終顯示圖形內容。比如對二維矢量圖形進行位移、旋轉、縮放等操作，實際上就是對圖形中的所有頂點進行仿射變換，在獲得各頂點的新位置后，再決定圖形內部需著色的像素。

二、二維矢量圖形標準

雖然國際上多個組織對矢量圖形的提出了不同的標準，比如Micromedia公司的SWF（Shock Wave Flash），W3C組織的SVG（Scale Vector Graphics）等，但是Khronos組織于2004年首先發布適合于硬體加速（hardware-accelerated）的二維矢量圖形處理標準OpenVG[1]后，該標準迅速得到了工業界的廣泛支持，比如Intel、AMD、NVIDIA、ARM、Texas Instruments等知名公司。目前盡管OpenVG標準仍在制定發展過程中，但是預計在不遠的將來，該標準將成為工業界對二維矢量圖形的統一標準。由于國內對基于OpenVG標準的圖形硬件渲染研究起步較晚，鮮有針對該標準的硬件設計研究；相比之下，基于該標準的二維矢量圖形硬件加速渲染研究主要來源于日韓歐美等電子設計制造傳統強國。

三、二維矢量圖形的市場應用前景

二維矢量圖形的應用定位于個人消費類電子產品，用于解決該類產品對高質量的圖像質量要求。個人消費類電子產品市場巨大，而且高圖像質量的應用程序受到消費者的廣泛喜愛并已經成為發展的趨勢。目前由于已有的硬件加速解決方案難以滿足市場的性能要求，矢量圖形的應用程序還不是很多。但隨著硬件加速解決方案的成熟，矢量圖形的應用將會在未來數年內急劇增加。因此，矢量圖形的應用前景將非常廣泛，普及個人消費類電子產品，比如于智能手機，數字地圖導航等設備。

根據艾媒市場咨詢集團“2010-2011中國手機市場發展狀況研究報告”中提供的數據表示，近年來中國智能手機銷量每年以千萬臺級別的數量增長。據賽迪顧問發布的研究報告顯示，2011年中國智能手機銷量已達7344萬臺。

研究機構Digitimes Research于2012年年底聲稱，由于主要受到市場對EDGE和TD-SCDMA產品的需求支撐，中國大陸2012年智能手機銷量將達到1.89億部。

根據水清木華研究中心提供的“2010年汽車導航終端及導航電子地圖市場分析報告”數據和研究咨詢機構3S智庫的“2011中國汽車導航與互聯網地圖市場研究報告”顯示，預計到2013年，車載類和手持類電子地圖設備的中國產量將能預計分別達到780萬臺和570萬臺。

四、矢量圖形渲染技術國內外發展概況

由于矢量圖形的渲染方式上和傳統位圖有本質上的不同，因此，高效的渲染策略對于硬件資源有限的嵌入式設備而言顯得尤為重要。雖然目前國內有部分企業和學者研究針對OpenVG標準的渲染技術，但是主要停留在一些基礎渲染算法研究[2]。

根據目前已公開的資料，矢量圖形的渲染可總結為以下三種方式：

（一）軟件處理方式。該方式通過CPU來處理矢量圖形信息，比如韓國HUONE公司的AlexVG[3]。該方式的缺點是在嵌入式平臺上不可能滿足實時性的渲染性能要求。

（二）利用三維圖形處理模塊渲染二維矢量圖形。由于三維圖形渲染技術已經比較成熟，可以通過三維渲染模塊來渲染二維矢量圖形，比如工作于文獻[4]中所介紹的成果。該方法無需開發新的硬件，但是在渲染過程中不僅需要完成普通二維矢量圖形的處理，而且還需要將圖形重新分解成三角形。這無疑增加了渲染的處理復雜度，而且在嵌入式設備中也難以滿足三維引擎的大功率能量消耗要求。

（三）二維矢量圖形硬件渲染引擎。通過專用的硬件加速器來渲染二維矢量圖形，從而滿足實時、低功耗、高質量的渲染要求。目前，國際上只有少數公司能夠獨立開發支持OpenVG標準的片上系統，比如ARM公司的Mali系列，Broadcom的BCM4760， Imagination Tech公司的 VGX150。但是由于二維矢量圖形渲染過程復雜，渲染速度圖形質量有待市場驗證。而且并沒有資料表示上述設計中考慮到矢量圖形的質量對渲染速度的影響。

五、結束語

本文首先介紹二維矢量圖形的基本概念，分析了二維矢量圖形的巨大市場發展前景，通過對國內外該領域渲染技術研究成果的闡述，指出了現有技術中存在的問題，為二維矢量圖形的渲染技術的進一步研究指明了方向。

參考文獻：

[1]http：//cn.khronos.org/openvg/.

[2]B.He，X.Xu，and T.Zhang.Vector Graphics Rendering on Mobile Device. 2009 International Conference on Communications and Mobile Computing，2009.

[3]H.Y.Lee， N.Baek，I.K.Lee.Accelerating OpenVG with multimedia processors on mobile phones. IEICE Electronics Express，Oct，2010（7）：1493-1489.

[4]D.Nehab and H. Hoppe. Random-Access Rendering of General Vector Graphics. ACM Trans. On Graphics， Dec. 2008 vol.27， no.5， Article 135.