基于Android的動態壁紙的設計

【摘 要】本文介紹了手機動態壁紙的設計方法，以及實現的過程。運行的目標平臺為Android，使用OpenGL ES3.0渲染技術。

【關鍵詞】Android;動態壁紙;設計

一、引言

隨著移動互聯網的快速發展，單一的圖片壁紙已經不能滿足用戶的需求，動態壁紙用動態的影像替換了原始古板的靜態壁紙，并且不影響圖標的顯示和應用程序的使用。通過動態壁紙讓桌面顯得更加酷炫、個性，增加手機的魅力。本項目采用的動態壁紙為3D水族館，在該壁紙中有許多自由游動的魚，地面有不斷一張一合的珍珠貝和不斷閃爍的珍珠。還有幾處不斷冒出氣泡，并且這些氣泡隨高度增加而不斷變大。用戶可以單擊地面給魚喂食，也可以左右滑動屏幕，使壁紙跟隨滑動。使用3ds Max對模型進行設計與貼圖，所有相關圖片資源統一放在一個項目文件夾中。采用OpenGL ES3.0渲染技術，使得場景中有很強的立體感，以及非常逼真的光影效果。

二、類的設計

在水族館壁紙的制作中設計了很多類，主要有以下五個方面。（1）壁紙實現類，具體又有壁紙服務類和自定義場景渲染器類。前者是水族館壁紙的基礎類，通過繼承GLWallpaperService類，重寫onCreateEngine方法等來實現壁紙功能;后者是水族館壁紙的核心類，在本類中首先設置使用渲染技術，然后創建需要繪制的所有對象，設置繪制方式，加載各類物體模型以及所需紋理，設置攝像機位置，使用投影矩陣，初始化光源位置等。

（2）繪制類，具體包括群魚控制類、單條魚類、單個魚群類、喂食類、魚食類、氣泡控制類以及珍珠貝類等。群魚控制類定義了群魚列表，存放所有的單條魚對象，創建并啟動魚的移動線程，最后遍歷列表對魚進行繪制。單條魚類定義了魚的所有屬性，包括位置、速度、外力、質量以及旋轉角度等，單個魚群類定義了魚群中每條魚的所有相關屬性。喂食類是食物的控制類，其中的startFeed方法由攝像機與觸控點確定一條與場景地面高度交叉的拾取射線，并計算出交點的坐標。魚食類的作用是創建并啟動線程，繪制魚食。

（3）線程類，具體包括群魚游動線程類、魚食移動線程類和氣泡移動線程類等。群魚游動線程類的作用是通過遍歷群魚列表判斷兩條魚之間的距離，若距離小于閾值，則兩條魚之間產生力的作用。還可以進行碰撞檢測，修改外力、速度和位置等屬性值。魚食移動線程類的主要作用是判斷魚群中的魚與相對位置的距離，若大于閾值就會對該魚產生向心力，并對魚群進行碰撞檢測。氣泡移動線程類的作用是遍歷氣泡列表，判斷氣泡移動方向，然后調用氣泡對象中的bubbleMove方法，實現氣泡的移動。

（4）工具常量類，具體包括常量類、向量類、屏幕拾取類和存儲矩陣狀態類等。常量類是整個壁紙中用到的所有靜態常量的集合，向量類包含了相關向量算法、獲取力的大小等方法。屏幕拾取類通過拾取計算獲得觸控點在攝像機坐標系中的坐標，再乘以攝像機矩陣的逆矩陣，即可得到該點在世界坐標系中的坐標。

（5）輔助繪制類，具體包括背景圖輔助繪制類、氣泡輔助繪制類和珍珠貝輔助繪制類等。以背景圖輔助繪制類為例，它給出背景圖的頂點坐標和紋理坐標，并生成緩沖送進渲染管線，用來繪制背景圖。

三、類的實現

以自定義場景渲染器類為例，介紹動態壁紙相關類的實現。首先清除深度緩沖與顏色緩沖，進行現場保護，依次繪制背景圖、魚食、單條魚魚群以及珍珠貝。相關代碼如下：

GLE30.glClear（GLES30.GL_DEPTH_BUFFER_BIT| GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT）;

if（bg！=null）{bg.drawSelf（back）;}

if（singlefood！=null）{singlefood.drawSelf（）;}

if（fishControl！=null）{fishControl.drawSelf（）;}

…………

重寫onSurfaceChanged方法，設置視窗的尺寸和位置，計算寬高比，產生投影矩陣以及攝像機參數位置矩陣。相關代碼如下：

GLES30.glViewport（0，0，width，height）;

float ratio=（float）width/height;

…………

重寫onSurfaceCreated方法，初始化光源位置，加載紋理，加載BNModel模型，創建魚群、珍珠貝等對象，開啟深度檢測等。相關代碼如下：

MatrixState.setInitStack（）;

MatrixState.setLightLocation（0，9，13）;

dpm=initTexture（MySurfaceView，this，getResources（），”dpm.png”）;

back=initTexture（MySurfaceView，this，getResources（），”background.png”）;

…………

重寫initTexture方法，通過輸入流從assets中加載圖片，生成紋理ID，設置紋理的拉伸方式，設置紋理采樣方式，最后釋放Bitmap。相關代碼如下：

GLES30.glGenTextures（1，textures，0）;

int textureId=textures[0];

GLES30.glBindTexture（GLES30.GL_TEXTURE_2D，textureId）;

back=initTexture（MySurfaceView，this，getResources（），”background.png”）;

…………

bitmapTmp.recycle（）;

四、結語

在軟件設計過程中，重點是著色器的應用，以及魚游動過程中魚與魚之間作用力的變化規律等。動態壁紙的界面和風格還可以繼續改進，使其更加完美。例如水族館背景壁紙、魚的骨骼動畫及紋理圖、珍珠貝的紋理圖都可以進一步完善，從而達到更加理想的效果。本項目將明暗紋理和法向量的計算放在了片元著色器上進行，這樣的處理方式占用資源過多。可以考慮將片元著色器中這部分計算任務轉移到頂點著色器中進行，預期會顯著減少壁紙在運行時對手機GPU資源的消耗。

【參考文獻】

[1] 吳亞峰. Android應用案例開發大全（第4版）[M].北京：人民郵電出版社， 2018.

作者簡介：王曉東（1971—），男，漢族，湖北十堰人，副教授，主要研究方向：軟件開發。