Khóa luận Kỹ thuật xây dựng đồ họa 3D dựa trên công nghệ flash dành cho thiết bị nhúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Đinh Anh Thái

KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐỒ HỌA 3D DỰA TRÊN CÔNG

NGHỆ FLASH DÀNH CHO THIẾT BỊ NHÚNG

KỸ THUẬT HIỂN THỊ FLASHVIDEO DỰA TRÊN GNASH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ phần mềm

Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Việt Hà

ThS. Vũ Quang Dũng

HÀ NỘI-2010

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo PGS. TS. Nguyễn

Việt Hà- phó Hiệu trưởng trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN và ThS. Vũ Quang

Dũng- Giảng viên bộ môn Công nghệ phần mềm, khoa Công nghệ thông tin, trường Đại

học Công nghệ, ĐHQGHN. Các thầy đã hướng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình thực

hiện khóa luận cũng như trong suốt năm học vừa qua.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ thông tin,

Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN. Các thầy cô đã tận tình dạy bảo, chỉ dẫn tôi và

luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng tôi học tập trong suốt quá trình học đại học. Các

thầy cô đã tận tình giúp đỡ cho tôi để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.

Tôi xin cám ơn phòng thí nghiệm Công nghệ phần mềm Toshiba-Coltech, mô hình

liên kết giữa trường Đại học Công nghệ và Tập đoàn Toshiba, đã cho tôi những định

hướng nghiên cứu hiện đại, theo kịp xu hướng phát triển của thế giới.

Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên trong phòng thí nghiệm đã cho tôi những ý kiến

đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này.

Cuối cùng tôi xin gửi tới bố mẹ và toàn thể gia đình lòng biết ơn và tình cảm yêu

thương sâu sắc.

Hà Nội, 15 tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Đinh Anh Thái

ii

Tổng quan

Khóa luận này mang tới những hiểu biết, kỹ thuật cơ bản vể cách thể hiện FlashVideo

dựa trên Gnash nhằm hướng tới mục tiêu của dự án tại phòng thí nghiệm Toshiba-Coltech

về "3D Visualization Framework". Trong giai đoạn đầu tìm hiểu của dự án, chúng tôi đã

tìm hiểu về máy ảo ActionScript và một số kỹ thuật khác liên quan tới công nghệ Adobe

Flash, cách thể hiện đối tượng đồ họa 3D thông qua thư viện nguồn mở PaperVision 3D.

Abstract

In this thesis, we present our investigation in Flash technology and its details. This

thesis is a part of jointed project of Toshiba-Coltech laboratory in 3D Visualization

framework, that takes us to approach the technology from learning new techniques of

ActionScript virtual machine and 3D graphics with OpenGLES 2.0 environment. The

first part is to be done by me - Dinh Anh Thai, and the other will be done by Le Viet

Son.

iii

Tóm tắt nội dung

Công nghệ 3D ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến tới người sử dụng, từ

người dùng phổ thông tới những chuyên gia công nghệ. Hiện nay, công nghệ 3D đã và

đang phát triển mạnh nhằm mang tới một thể hiện đồ họa sống động, gần với cuộc sống

thực cho con người. Cùng với sự định hướng của Tập đoàn Toshiba, phòng thí nghiệm

công nghệ phần mềm Toshiba-Coltech cũng hướng tới nghiên cứu công nghệ này- Kỹ

thuật hiển thị đồ họa 3D trên hệ thống nhúng.

Sau quá trình lựa chọn công nghệ để thực hiện đồ họa 3D trên hệ thống nhúng,

chúng tôi hướng tới sử dụng công nghệ Flash- Công nghệ độc quyền cung cấp bởi Adobe

Systems Incorprated. Flash với ưu điểm gọn nhẹ, dễ dàng thực thi trên nhiều nền tảng,

môi trường khác nhau và được sử dụng phổ biến trên rất nhiều hệ thống khác nhau: hệ

thống y tế, PC, thiết bị cầm tay, đồ gia dụng. . .

Adobe Flash( Tên gọi khác: Macromedia Flash) là một công nghệ chứa nền tảng

đa phương tiện được sử dụng để tạo hoạt họa, video, và các tương tác gồm MacroMedia

Flash- Chương trình tạo ra các tập tin Flash, và Flash Player- Ứng dụng có nhiệm vụ chơi

và hiển thị các tập tin Flash. Flash dùng kỹ thuật đồ họa vector và đồ họa điểm(raster

graphics). Flash đi kèm với cùng một ngôn ngữ kịch bản riêng gọi là ActionScript,

ActionScript được sử dụng để tạo các tương tác, các hoạt cảnh, hành động trong phim

Flash.

Trong thời gian thực hiện khóa luận, chúng tôi đã cơ bản nắm được kỹ thuật hiển thị

và thực thi đồ họa, cách xử lý sự kiện để hiển thị các đối tượng trong tệp tin Flash, cách

để chương trình chơi Flash dùng để thực thi tệp tin SWF. Dựa trên một số mã nguồn mở,

tôi đưa ra giải pháp thể hiện 3D trên phần mềm nguồn mở Gnash kết hợp với Tamarin.

Hiện tại, Gnash chỉ hỗ trợ thực thi đồ họa 2D cho tệp tin Flash và Tamarin là máy ảo

ActionScript nguồn mở được Adobe cùng với Mozilla cung cấp cho cộng đồng nhưng

không cung cấp kèm theo cách hiển thị đồ họa cho tệp tin Flash.

Để thực hiện giải pháp, chúng tôi đề xuất mô hình cho việc kết hợp Gnash với

Tamarin và cùng với đó là phương pháp thực thi. Bằng việc thêm máy ảo mới, Gnash sẽ

hỗ trợ tốt hơn cho ActionScript 3 và qua đó sẽ hỗ trợ thực thi hiệu quả những phiên bản

iv

sau của SWF( phiên bản 9 và 10). Trong ActionScritp 3 đã hỗ trợ những đối tượng cơ

bản, hiệu ứng đơn giản cho đồ họa 3D, do đó với mô hình mới này, Gnash sẽ thực thi

được đồ họa 3D. Bằng việc sử dụng thư viện đồ họa 3D hỗ trợ cho ActionScript 3, hoàn

toàn có thể tạo được những hiệu ứng, phim Flash 3D phức tạp.

Trong khóa luận này, tôi đã thực hiện một chương trình để thể hiện kỹ thuật hiển

thị FlashVideo dựa vào Gnash đối với tệp tin SWF và hiển thị tiến trình xử lý các đối

tượng ActionScript.

v

Mục lục

1 Đặt vấn đề

1

2

3

1.1 Thực trạng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Hướng tiếp cận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Phạm vi nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Cơ sở lý thuyết

4

5

6

8

2.1 ActionScript - Flash - SWF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.1 Ngôn ngữ ActionScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2 Công nghệ Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.3 Tệp tin Flash - SWF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 ActionScript Virtual Machine( AVM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Giới thiệu AVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Kiến trúc của AVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3 Bộ dọn dẹp bộ nhớ AVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.4 Bộ xác thực AVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.5 Bộ thông dịch AVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2.6 AVM Just-in-Time Compiler(JIT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 Tamarin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.1 Giới thiệu Tamarin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.2 Mục đích dự án Tamarin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.3 Tamarin central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3.4 Tamarin redux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.4 PaperVision 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

vi

MỤC LỤC

2.4.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.4.2 Đặc điểm PaperVision 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.5 Gnash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.5.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.5.2 Kiến trúc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.5.3 Đặc điểm của Gnash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3 Bài toán

22

3.1 Cơ sở . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2 Giải pháp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2.1 Khái quát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2.2 Nội dung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.3 Kỹ thuật hiển thị Flash Video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.3.1 Cấu trúc dữ liệu lưu trữ đối tượng hiển thị . . . . . . . . . . . . . 24

3.3.2 FlashVideo với các sự kiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.4 Áp dụng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4.1 Thực thi đồ họa 3D trên thiết bị nhúng . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.4.2 Hiển thị 3D trên Gnash dựa trên PaperVision 3D . . . . . . . . . 30

4 Thực nghiệm

31

4.1 Các so sánh, đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.1.1 LightSpark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.1.2 Tamarin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.1.3 Kiểm nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2 Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5 Kết luận

Tài liệu tham khảo

35

36

vii

Danh sách hình vẽ

1.1 Ví dụ về hiển thị trực quan 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.1 Cấu trúc file SWF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Ví dụ các tag có trong tập tin abc sau khi giải mã(Flash-SWF) . . . . . .

2.3 Minh họa cho nội dung tệp tin SWF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Kiến trúc AVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

7

8

9

2.5 Quá trình chuyển mã của công nghệ Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.6 Cơ chế của bộ dọn dẹp bộ nhớ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.7 Các quá trình của AVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.8 Kiến trúc Tamarin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.9 Các thành phần thể hiện đồ họa 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.10 Các thành phần trong Gnash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.11 Quá trình xử lý qua các thành phần Gnash . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1 Cấu trúc của DisplayList . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2 FlashVideo với các sự kiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3 Luồng xử lý đối tượng đồ họa trong Gnash . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4 Sơ đồ kế thừa as_object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5 Mô hình Gnash thực thi đồ họa 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.1 Biểu đồ so sánh kết quả thực thi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.2 Luồng xử lý Video của Flash- Gnash Player . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

viii

Bảng từ viết tắt

Từ viết tắt

3D

Từ hoặc cụm từ

3 Dimension(ba chiều)

ActionScript Byte Code

ActionScript(Ngôn ngữ kịch bản của công nghệ Flash)

Anti-Grain Geometry(Engine thể hiện đồ họa 2D)

Application Programming Interface

ActionScript Virtual Machine( Máy ảo ActionScript)

Graphics User Interface(Giao diện người dùng đồ họa)

Low-Level Intermediate Representation

Low-Level Virtual Machine

Macromedia Intermidiate Representation

Open Graphics Library(Thư viện đồ họa 2D và 3D)

abc

AS

AGG

API

AVM

GUI

LIR

LLVM

MIR

OpenGL

OpenGLES OpenGL Embeded Systems(Thư viện đồ họa OpenGL cho hệ thống nhúng)

PC

Personal Computer( Máy tính cá nhân)

PaperVision 3D (Thư viện Flash 3D)

Just-in-time

PP3D

JIT

SWF

VM

ZCT

Small Web Format hoặc Shockwave Flash

Virtual Machine( Máy ảo)

Zero Count Table

Bảng 1: Bảng từ viết tắt

ix

CHƯƠNG 1

Đặt vấn đề

1.1 Thực trạng

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật công nghệ, thiết bị điện tử

đã trở thành công cụ hỗ trợ hữu ích trong công việc của con người. Những thiết bị này

được sản xuất, sử dụng trong hầu khắp các lĩnh vực của xã hội, từ sản xuất công nghiệp

tới sản xuất nông nghiệp và cung cấp dịch vụ. Các thiết bị điện tử làm cuộc sống con

người trở nên đơn giản, thuận tiện hơn, tăng năng suất, hiệu quả.. . Những thiết bị điện tử

này, từ những thiết bị lớn như robot trong công nghiệp, những siêu máy tính. . . tới những

thiết bị nhỏ bé, gắn bó với từng cá nhân như máy tính cá nhân, PDA.. . đã hỗ trợ cho

người sử dụng một cách hiệu quả. Do nhu cầu của con người luôn luôn thay đổi, những

thiết bị này cũng thay đổi không ngừng, liên tục đổi mới, đưa ra những đặc điểm mới để

hỗ trợ cho nhu cầu đó.

Thiết bị điện tử hỗ trợ cá nhân được sản xuất với mục đích cung cấp cho số lượng

lớn người dùng, và trong số này phần lớn là người dùng phổ thông. Vì vậy, thiết bị đó

phải dễ sử dụng, với giao diện thân thiện. Trong những năm gần đây, kỹ thuật nền tảng

sử dụng đồ họa 2D đã có những bước tiến mới với sự xuất hiện của đồ họa 3D đã mang

đến những thiết bị đầu tiên sử dụng đồ họa 3D được sử dụng rộng rãi như Tivi 3D, điện

thoại di động 3D... Sự phát triển của công nghệ này nhằm nhằm mang tới sự thỏa mãn

nhu cầu ngày càng cao của người dùng về thẩm mỹ, về chức năng. . . của sản phẩm.

Một vấn đề đối với thiết bị hỗ trợ cá nhân nói riêng và thiết bị nhúng nói chung:

năng lực hạn chế của bộ xử lý, dung lượng lưu trữ của bộ nhớ và bộ nhớ thực thi. . . Những

ứng dụng thực thi trên PC nhưng không thể thực thi trên thiết bị nhúng nên những kỹ

thuật xử lý hình ảnh thông thường từ 2D sang 3D áp dụng cho PC có thể sẽ không được

áp dụng đúng đắn với hệ nhúng. Những đặc điểm này dẫn đến nhu cầu phát triển hệ

thống đồ họa không phụ thuộc nền tảng( hệ điều hành, năng lực xử lý.. . ) và đặc biệt là

tính gọn nhẹ, đơn giản và có khả năng tạo những hiệu ứng 3D một cách mềm mại, uyển

1

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

chuyển. Trước nhu cầu đó, chúng tôi đã lựa chọn công nghệ Flash, một công nghệ hiện

nay được sử dụng rất phổ biến vì tính trực quan, tính gọn nhẹ và có khả năng hỗ trợ khá

tốt đồ họa 3D.

1.2 Hướng tiếp cận

Trong khuôn khổ hợp tác giữa trường Đại học Công nghệ- ĐHQGHN và tập đoàn

Toshiba, trung tâm công nghệ phần mềm thuộc tập đoàn đã đưa ra bốn mô hình sử dụng

các kỹ thuật đồ họa 3D khác nhau: Compiz Fusion( C/C++), Flash, Qt và Wide Studio.

Sau khi so sánh các đặc điểm, ưu và nhược điểm của từng kỹ thuật, trung tâm đã thống

nhất dùng Flash để thực thi đồ họa 3D với sự hỗ trợ của PaperVision 3D[1].

Với mục đích định hướng nghiên cứu bắt kịp với trình độ thế giới, được sự hỗ trợ

từ trung tâm, chúng tôi tiến hành nghiên cứu kỹ thuật xây dựng 3D cho thiết bị nhúng,

đây là xu hướng mới đang được phát triển khá mạnh trên thế giới trong thời điểm này.

Mục đích của quá trình nghiên cứu là xây dựng một chương trình khung¹hiển thị

giao diện người dùng đồ họa 3D dựa trên công nghệ Flash, được thực thi bởi chương

trình chơi Flash²hỗ trợ OpenGLES 2.0. Hướng nghiên cứu này còn bao gồm thuật toán

hiển thị 3D trực quan dựa trên những thư viện 3D và thư viện hiển thị trực quan trên

công nghệ Flash đã có sẵn( PP3D[1], Flare[2]. . . ). Cùng với đó, dự án cần nghiên cứu

việc phân tích dữ liệu để hiển thị trực quan 3D dựa trên phương pháp ước lượng. Mục

tiêu cần đạt được của dự án là cung cấp một chương trình khung cho việc hiển thị dữ liệu

trực quan 3D dựa trên Flash, cùng với những hiệu ứng sinh động, chạy mượt mà trên hệ

thống nhúng sử dụng OpenGLES, thực thi bởi chương trình chơi Flash.

Hình 1.1: Ví dụ về hiển thị trực quan 3D

Nhiệm vụ

¹Framework

²Flash Player

2

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

Đối với thiết bị nhúng việc tạo ra giao diện đồ họa 3D từ OpenGLES 1.1/2.0 trực

tiếp là rất phức tạp, vì lẽ đó chúng ta cần phải xây dựng một chương trình khung để giảm

thiểu sự phức tạp này. Ngoài ra, một vài sản phẩm được cung cấp bởi Toshiba đã được

cài đặt ứng dụng Flash như điện thoại di động, tivi số, một số ứng dụng phân tích dữ

liệu. . .

Nhưng các thiết bị của Toshiba, những ứng dụng được cài đặt chỉ mới hỗ trợ hoạt

họa 2D và cần phải được cải tiến để thực thi 3D trên Flash Lite. Toshiba đã có một số

ứng dụng về phân tích dữ liệu trực quan và bây giờ cần phải cải tiến để phù hợp với công

nghệ Flash.

Trong thời gian nghiên cứu hiện tại, chúng tôi hướng tới mục tiêu xây dựng một hệ

thống máy ảo riêng để thực thi Flash và có hỗ trợ 3D, nhằm hướng tới mục tiêu thực thi

trên thiết bị nhúng. Để tiến tới mục đích này, chúng tôi tiến hành tìm hiểu chương trình

chơi Flash mã nguồn mở Gnash, thư viện Flash 3D: Papervision 3D và đưa ra giải pháp

cho việc thực thi trên thiết bị nhúng.

Để thực hiện được mục đích trên, nhằm hướng tới mục tiêu xây dựng đồ họa 3D

cho thiết bị nhúng, trong khuôn khổ khóa luận này tập trung chủ yếu vào việc xác định,

tìm hiểu và đưa ra kỹ thuật hiển thị Flash trước mắt là trên hệ thống PC, và sau đó sẽ là

hệ thống nhúng dựa trên bộ xử lý ARM.

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Trong giai đoạn tìm hiểu đầu, chúng tôi cần phải tìm hiểu chương trình chơi Flash

nguồn mở- Gnash đưa lên trên thiết bị nhúng và can thiệp vào chương trình này sao cho

có thể thực thi hầu hết các phiên bản của ngôn ngữ ActionScript( tương ứng là các phiên

bản của SWF) và xử lý đồ họa 3D trên thiết bị nhúng.

Trong khuôn khổ khóa luận này, tôi có nhiệm vụ tìm hiểu kỹ thuật hiển thị FlashVideo,

luồng xử lý trong Gnash, cơ chế thực thi phim Flash và đưa ra giải pháp thực hiện đồ họa

3D vào Gnash cũng như chuyển chương trình chơi Flash lên hệ thống nhúng. Nhiệm vụ

còn lại tìm hiểu cách thức xây dựng đối tượng Flash 3D, nghiên cứu biện pháp để Gnash

thực thi Flash 3D dựa vào PaperVision 3D được giao cho bạn Lê Viết Sơn.

Do đây là một vấn đề phức tạp liên quan đến nhiều lĩnh vực: đồ họa máy tính, kỹ

thuật xử lý Flash, công nghệ chạy run-time, bộ thông dịch.. . , thời gian thực hiện khóa

luận này là không đủ nên kết quả đạt được chưa được như mong đợi của mục tiêu đề ra.

Trong thời gian tiếp theo, tôi sẽ tiếp tục hoàn thiện đề tài này để đạt được kết quả mong

muốn.

3

CHƯƠNG 2

Cơ sở lý thuyết

Flash được biết đến chủ yếu trên các trang Website với các thể hiện như: quảng cáo,

chiếu phim trực tuyến, tạo các thành phần cho trang Web cũng như tạo các game tương

tác. . . bởi sự gọn nhẹ, tính linh hoạt và sinh động. Flash là một công nghệ được phát triển

bởi Macromedia và hiện nay được biết tới như một sản phẩm của Adobe Systems. Với

Flash, Macromedia và Adobe đưa ra một số kỹ thuật được áp dụng cho công nghệ này

như máy ảo, ngôn ngữ kịch bản hành động( ActionScript), tệp tin SWF, chương trình

chơi Flash( Flash Player)...

Do đặc điểm đó, Flash có những kỹ thuật riêng để thể hiện đối tượng đồ họa, đặc

biệt là đồ họa 3D. PaperVision 3D là một thư viện hỗ trợ đồ họa 3D cho Flash. Với những

cơ sở lý thuyết được giới thiệu, chúng tôi tiến tới xây dựng một hệ thống riêng độc lập

với công nghệ Adobe Flash( gồm máy ảo AS, quá trình biên dịch và thực thi) trong thời

gian tới.

2.1 ActionScript - Flash - SWF

2.1.1 Ngôn ngữ ActionScript

ActionScript[3] là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng¹với các đối tượng như

class, interface và packages được dùng như lệnh kịch bản(script) cho các phim dùng

Adobe Flash.

• ActionScript là ngôn ngữ kịch bản dựa trên ECMAScritpt[4]. ActionScript được sử

dụng chính cho mục đích phát triển các thành phần trên Website và thi hành trên

ứng dụng Adobe Flash Player( Tệp tin Flash- phần mở rộng có dạng SWF là một

dạng được sử dụng trên các trang web).

¹Object-oriented programming language

4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

• ActionScritpt được thiết kế để điều khiển những hiệu ứng hình ảnh vector 2D đơn

giản được tạo bởi AdobeFlash. Những phiên bản sau này có thêm chức năng cho

phép tạo trò chơi trên web và vô vàn những ứng dụng Internet với dữ liệu media như

âm thanh và hình ảnh.

• ActionScript bắt đầu là một ngôn ngữ kịch bản cho công cụ Macromedia Flash và

hiện tại được phát triển bởi Adobe Systems như là Adobe Flash. Những phiên bản

ban đầu của Flash chỉ cung cấp giới hạn những đặc điểm tương tác như những hành

động đơn giản gồm play, stop, getURL, gotoAndPlay

• Từ phiên bản Flash 4 được phát hành năm 1999, tập hợp những hành động đơn giản

trở thành ngôn ngữ kịch bản nhỏ với những khả năng mới như cho phép khai báo

biến, phương thức, câu lệnh rẽ nhánh, lặp.

2.1.2 Công nghệ Flash

Flash[5] là một công nghệ nền đa phương tiện thường được sử dụng để tạo hoạt

họa, video, tương tác với các trang web, và để phát triển những ứng dụng trên Internet(

trò chơi, quảng cáo... ). Flash sử dụng kỹ thuật đồ họa vector và đồ họa điểm để tạo hoạt

họa cho chữ, hình vẽ, ảnh, hỗ trợ thực thi luồng âm thanh, video. Nó chứa bên trong một

ngôn ngữ hướng đối tượng gọi là ActionScript. Để hiển thị nội dung Flash, chúng ta phải

sử dụng một số phần mềm chơi Flash như Adobe Flash Player hoặc Flash Lite trên thiết

nhúng.

Flash được giới thiệu lần đầu vào năm 1996 bởi Macromedia và hiện tại là Adobe

Systems. Tiền thân của ứng dụng Flash là SmartSketch- Một ứng dụng cho máy tính

dùng bút chạy trên hệ điều hành Penpoint OS phát triển bởi Jonathan Gay, sau đó được

đưa vào phát triển trên hệ điều hành Microsoft Windows và Mac OS.

Cho đến khi Internet trở nên phổ biến SmartSketch được biết tới với tên gọi mới là

FutureSplash. Năm 1995, SmartSketch được thay đổi với đặc điểm hoạt họa frame-by-

frame ²với tên gọi mới là FutureSplash Animator.

Năm 1996, Macromedia đưa ra tên gọi mới là Flash, sự viết tắt của "Future" và

"Splash". Tệp tin Flash được gọi với tên Shockwave Flash và có phần mở rộng là .swf.

Flash là một công nghệ đóng hoàn toàn, được độc quyền sở hữu 100% bởi Adobe

Systems, một công ty công nghệ lớn của Mỹ với những sản phẩm nổi tiếng như: Adobe

PhotoShop, Adobe Reader, Adobe Creative Suite. . . Các công nghệ của hãng được sử

dụng rộng rãi trên toàn thế giới như chương trình đọc tài liệu Adobe Reader - đọc tệp

tin .pdf³, chương trình chơi Flash được bổ sung vào trình duyệt web như Adobe Flash

²Khung hình nối tiếp khung hình

³Portable Document File, một định dạng tài liệu rất phổ biến trên Internet

5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Player tới những sản phẩm chuyên dụng như Adobe Creative Suite.. .

Do được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới, Adobe phổ biến với số lượng khá lớn

các tài liệu hướng dẫn sử dụng, hướng dẫn thi hành, cơ chế.. . Tuy nhiên, những tài liệu

này chủ yếu hướng tới đối tượng là người sử dụng cuối cùng( người dùng sản phẩm của

hãng) và không hướng tới mục đích cung cấp tài liệu đặc tả kỹ thuật cho những người

phát triển dựa trên công nghệ này. Việc một sản phẩm được phổ biến một cách rộng rãi

không đồng nghĩa với việc đó là công nghệ mở. Nhất là khi những sản phẩm này được

kiểm soát hoàn toàn và chỉ được giới thiệu bởi một mình Adobe. Họ có quyền quyết định

tới tương lai của công nghệ này. ..

2.1.3 Tệp tin Flash - SWF

SWF( ShockWave Flash)[6] hoặc tên gọi khác là Small Web Format hay Flash

movies hoặc Flash games. Tệp tin Flash có phần mở rộng là .swf và có thể được sử dụng

như một thành phần thêm vào trên web.

SWF có thể được tạo ra từ một vài sản phẩm của Adobe như Flash, FlexBuilder(

hoặc dạng MXMLC). Mọi tệp SWF đều bắt đầu bằng phần Header, với 3 byte dấu tiếp

theo là những tag chứa các thông tin như định dạng, định nghĩa dữ liệu, các hằng. . . được

đặc tả chi tiết trong tài liệu mô tả SWF[6]. Thuộc tính FileAttributes chỉ cần thiết cho

SWF8 và các phiên bản sau( hình vẽ 2.1).

Hình 2.1: Cấu trúc file SWF

Trong file SWF, các tag có thể có là tag điều khiển(Control Tag) và tag định

nghĩa(Defination Tag).

• Tag định nghĩa định nghĩa một đối tượng được biết đến như là đặc điểm của đối

tượng được lưu trữ trong danh sách thuật ngữ.

• Tag điều khiển chứa nhiều đặc điểm và cách điều khiển luồng của file, quản lý một

vài mặt tổng thể của files, frames và playback của files SWF như setBackground-

Color, FrameLabel.

• Flash Player xử lý tất cả các tags của file SWF cho đến khi một tag gọi là ShowFrame

được gọi tới. Tại thời điểm này, danh sách hiển thị được chuyển tới màn hình và

Flash Player tiếp tục gọi frame tiếp theo để xử lý.

6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình vẽ 2.2 là các tag có trong tập tin SWF sau khi được phân tích thành dạng

XML⁴. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy cấu trúc của tệp tin SWF bao gồm tuần tự các

tag nối tiếp nhau bao gồm các thuộc tính, các giá trị.. . Ví dụ đối với thẻ Header có các

thuộc tính định nghĩa cho phim Flash: số lượng Frame( Frame count), tỉ lệ Frame( Frame

rate), tiếp đó là một danh sách các tag nối tiếp nhau như File Attributes( các thuộc tính

của file SWF: chứa ABC tag hay DoAction tag, chứa dữ liệu Meta: hasMetaData... ).

Với ví dụ này ta có thể thấy đây là tệp tin được sinh ra từ AS 3 vì chứa DoABC tag,

tiếp theo đó là các thông tin định nghĩa các đối tượng hằng( chuỗi, số nguyên.. . ), các

QName⁵- định nghĩa một định danh và thuộc tính mới, định nghĩa các đối tượng, các

phương thức trong AS...

Hình 2.2: Ví dụ các tag có trong tập tin abc sau khi giải mã(Flash-SWF)

Hình vẽ 2.3 thể hiện một phần của nội dung tệp tin nhị phân SWF ứng với mô hình

được mô tả trong hình vẽ 2.1.

⁴Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng

⁵qualified name

7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3: Minh họa cho nội dung tệp tin SWF

Qua quá trình phân tích này, chúng ta dễ dàng nhận thấy sự tương đồng của hình 2.3 với

hình 2.1.

2.2 ActionScript Virtual Machine( AVM)

Để tệp tin Flash có thể thực thi trên mọi nền tảng khác nhau mà không phụ

thuộc vào hệ điều hành( Windows, Linux, Solaris, MacOS. . . ) cũng như kiểu PC(Mac,

Solaris. . . ), Flash đưa ra giải pháp dùng máy ảo ActionScript( ActionScript Virtual

Machine- AVM). Cũng giống như công nghệ Java của Sun với máy ảo Java, máy ảo

ActionScript thực thi qua hai giai đoạn: dịch mã trung gian và thông dịch thành mã thực

thi trên máy vật lý.

2.2.1 Giới thiệu AVM

AVM cài đặt bên trong một cơ chế gọi là run-time compiler⁶để chuyển những

chỉ lệnh từ AVM tới những chỉ lệnh xử lý đặc biệt của bộ vi xử lý(processor-specific

intructions).

Máy ảo AVM được thiết kế để thực thi mã và những phương thức thân chứa khái

niệm của những thông tin về phương thức(method infomation), vùng dữ liệu cục bộ(a

local data area), vùng chứa những hằng số, vùng heap với cơ chế non-premititve cho đối

tượng dữ liệu được tạo ra trong lúc thực thi và một môi trường thực thi run-time( hình vẽ

2.4[7]).

2.2.2 Kiến trúc của AVM

Đầu vào của máy ảo ActionScript là file có phần mở rộng là abc⁷, sau khi qua quá

trình phân tích của tệp tin .swf. Quá trình .abc parser để phân tích những thành phần

của file .abc thành những mã bytecode để truyền vào cho quá trình tiếp theo là xác thực

bytecode(Bytecode Verifier). Tại đây sẽ được chuyển sang quá trình chạy JIT nếu mã

bytecode còn chứa những chỉ lệnh phức tạp và quá trình thông dịch khi mã bytecode chỉ

⁶Biên dịch lúc chạy

⁷Dùng abcdump để tạo file .abc

8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.4: Kiến trúc AVM

chứa những chỉ lệnh đã có sẵn. Kết thúc quá trình này, máy ảo sẽ chuyển sang quá trình

thực thi đối tượng trên hệ thống thật(Runtime System), chuyển toàn bộ chỉ lệnh từ máy

ảo sang chỉ lệnh cho bộ xử lý máy thật và được quản lý bởi trình quản lý bộ nhớ và bộ

dọn dẹp bộ nhớ.

Để một chương trình Flash được thực thi trên thiết bị sử dụng, chúng phải qua một

quá trình chuyển mã gồm nhiều giai đoạn( hình vẽ 2.5). Ban đầu, người phát triển mã

hóa chương trình dưới dạng AS, sau đó chương trình biên dịch FlexSDK cho ra mã trung

gian chứa trong file .abc và MIR. Các mã trung gian với mục đích chính để chương trình

được sinh ra không phụ thuộc môi trường, phương thức thực thi cũng như vận chuyển

dễ dàng giữa các môi trường như truyền qua mạng, các hệ thống Windows, Linux, Mac

OS. . . Từ các mã trung gian này, máy ảo với bộ biên dịch JIT mới bắt đầu sinh ra mã thật

tùy thuộc vào hệ thống đang cài đặt bộ biên dịch này.

MIR⁸là một dạng mã được dùng cho máy ảo Flash, mã này độc lập với mã máy

tính vật lý. Ưu điểm của MIR là đơn giản, gần với mã máy vật lý, là thành phần trung

gian giữa bytecode và JIT, là đầu vào của JIT. MIR được thiết kế để tối ưu quá trình biên

dịch giữa mã chương trình với mã máy, với MIR, người lập trình không cần quan tâm tới

môi trường thực thi của chương trình cuối cùng.

File .abc được xử lý trong AVM qua bốn bước chính là nạp, liên kết, xác thực và

thi hành [8].

⁸Mã máy Macromedia trung gian

9

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.5: Quá trình chuyển mã của công nghệ Flash

• Trong quá trình nạp, file .abc được đọc vào trong bộ nhớ và giải mã, phân tích.

• Trong quá trình liên kết, một vài tên được tham chiếu từ vùng riêng của cấu trúc file

ABC để được xử lý và sau đó trả lại kết quả là một cấu trúc dữ liệu phức tạp hơn rất

nhiều liên kết các đối tượng cùng nhau.

• Quá trình xác thực là tương đối giữa các đối tượng, tên đối tượng được nhắc đến

phải rõ ràng, kết quả theo tập hợp phải được mạch lạc . . .

• Quá trình thực thi, thể hiện mã bytecodes biên dịch trong file ABC và chạy thông

dịch suốt quá trình thực hiện tính toán. Trong quá trình này, việc xác thực xảy ra

liên tục với luồng chỉ lệnh và nội dung thực thi chứa trong stack: chỉ lệnh không

được bên ngoài mảng dữ liệu bytecode đã có, chỉ lệnh phải chứa một kiểu phương

thức chính xác. ..

• Quá trình xác thực liên tục được thực hiện ở mỗi bước, ở bước nào có lỗi, AVM sẽ

đưa ra một thông điệp là VerifyError và thông điệp này có thể được bắt trong quá

trình thực thi bởi chương trình.

Dựa vào kiến trúc AVM và mục tiêu của dự án, với mục đích chính là thực thi Flash

3D trên thiết bị nhúng, tôi đặc biệt quan tâm tới các quá trình: chuyển tệp SWF sang dạng

.abc, chuyển từ .abc vào quá trình .abc parser và đặc biệt là quá trình JIT Compiler vì

nó liên hệ trực tiếp tới quá trình chuyển sang mã máy của hệ thống nhúng.

Mã máy( Bytecode) được lưu trữ trong dạng nhị phân có phần mở rộng là SWF,

được thông dịch bởi Virtual Machine của Flash Player. Mã máy chứa các kiểu để định

nghĩa những thành phần như: dữ liệu hằng, chuỗi, số. . . , định nghĩa không gian tên(

namespace), định nghĩa phương thức, định nghĩa kiểu, ngoài ra mã máy còn cần có khả

10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

năng mô tả kiểu, phương thức được định nghĩa lại từ những kiểu cơ bản đã có sẵn. Trong

đó điều không thể thiếu là bảng ngoại lệ, một cơ chế để xử lý và trả lại cho chương trình

những hành động không phù hợp với máy ảo. Mã máy được đọc vào và lưu trữ trong một

ngăn xếp định hướng( Stack orientd abstract machine). Ngoài ra trong mã máy còn chứa

các mã như tạo đối tượng, truy cập địa chỉ( slot access), tìm kiếm thuộc tính( property

search).

Cơ chế biên dịch thời gian chạy đó là cơ chế xác thực lại quá trình thực thi, thông

dịch⁹và sau đó là 2 quá trình biên dịch JIT( gồm dịch từ mã máy ảo và dịch mã máy ảo

tới mã máy thật vật lý) và đi cùng với cơ chế này là cơ chế dọn dẹp bộ nhớ( Garbage

Collector)- cơ chế thu hồi bộ nhớ, con trỏ lạc, không còn được sử dụng.

2.2.3 Bộ dọn dẹp bộ nhớ AVM

AVM Garbage Collector[7] một cơ chế quản lý tự động thu hồi bộ nhớ khi tham

chiếu không còn được dùng đến, giải phóng tài nguyên cho hệ thống khi đối tượng không

còn được sử dụng. Nhiệm vụ chính của bộ dọn dẹp bộ nhớ là tìm kiếm những đối tượng

trong chương trình có thể không được sử dụng tiếp ở các lần chạy tiếp theo và thu hồi tài

nguyên được sử dụng bởi những đối tượng này.

• Thư viện sử dụng lại(Reusable library)

– Chỉ thu hồi rác

– Thêm mới, xóa (Không quản lý bộ nhớ)

– Gỡ lỗi

• Đặc điểm

– Kế thừa những kỹ thuật chính được sử dụng trong Java như: sử dụng Heap, cơ

chế xóa bộ nhớ khi đối tượng không còn được sử dụng, cách kiểm tra đối tượng

còn được sử dụng, đếm tham chiếu. . .

– Sử dụng thuật toán làm chậm tham chiếu đếm¹⁰: Chỉ duy trì RC¹¹cho heap này

tới heap khác, bỏ qua các Stack và các thanh ghi, đặt biến đếm Zero trong Zero

Count Table(ZCT), quét Stack khi ZCT là đầy, xóa các đối tượng trong ZCT

khi không tìm thấy trong stack

– Tập gia tăng¹²: mỗi 30ms là giới hạn cho việc làm mới tập hợp, tập hợp cung

cấp con trỏ thông minh, sự gia tăng của tập hợp có thể bị ngắt một cách trực

tiếp( incremental = interruptible)

⁹leaner interpreter

¹⁰DRC: Deferred Reference Counting

¹¹Reference Counter: Bộ đếm tham chiếu con trỏ

¹²Incremental Collection

11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khi một vùng nhớ được cấp phát, với thuật toán RC¹³mỗi một vùng nhớ mới sẽ có

một biến đếm đi kèm với nó. Tùy vào đối tượng này được cấp phát có quan hệ với những

đối tượng khác mà bộ đếm gắn cho một biến đếm khác nhau. Sau đó, đối với những đối

tượng được gán nhãn cao nhất- khi không được sử dụng nữa( không được tham chiếu bởi

đối tượng khác) thì GC sẽ sử dụng cơ chế xóa để xóa đối tượng này. Garbage Collection

không thể biết vùng nào còn trống để có thể cấp phát bởi nó được quản lý bởi Hệ điều

hành do đó GC chỉ có nhiệm vụ giải phóng vùng này để trao lại quyền quản lý cho hệ

điều hành. Chi tiết được thể hiện dưới hình 2.6.

Hình 2.6: Cơ chế của bộ dọn dẹp bộ nhớ

2.2.4 Bộ xác thực AVM

AVM Verifier là một cơ chế xác thực hành động, mã máy có trong kiến trúc AVM.

Hành động xác thực không xảy ra tất cả cùng một lúc. Mã xác thực được đặt vào máy

ảo cho đến khi hành động thực sự diễn ra như một số đối tượng phụ thuộc được tải vào

máy ảo và sau đó tham chiếu được chuyển tiếp nếu còn tiếp tục hoặc trả lại kết quả cho

quá trình thông dịch tiếp sau. Để thực hiện cơ chế này, những đặc điểm chính của bộ xác

thực như sau:

• Cấu trúc tổng thể, nhiệm vụ

– Đảm bảo nhãn hoạt động đúng với chỉ lệnh

– Không bị sai lạc ở cuối của mã

– Tham chiếu tới tài nguyên một cách chính xác, đúng đắn

• Kiểu an toàn(Type safety)

– Dataflow phân tích tĩnh

– Ràng buộc kiểu

¹³Reference Counting

12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

– Làm giảm tốc độ xử lý

• Thêm lựa chọn việc tạo mã MIR( Macromedia Intermediate Representation) để tạo

chỉ lệnh( IR¹⁴) trong khi xác thực và có thể chạy độc lập quá trình gồm: xác thực và

tạo IR.

2.2.5 Bộ thông dịch AVM

AVM Interpreter là cơ chế thực thi mã sau khi qua quá trình xác thực dữ liệu .abc

trong file SWF, giá trị được tạo ra là 32 bit( hình 2.7).

• Ngăn xếp định hướng

– Không phân luồng

– Mã hóa 32bit

– Thực thi trực tiếp từ bộ đệm kiếm chứng(verified buffer)

– Không có sự sửa mã bytecode

2.2.6 AVM Just-in-Time Compiler(JIT)

Một hệ thống để chuyển một ngôn ngữ bậc cao hoặc mã máy tới ngôn ngữ tự nhiên

ngay lập tức trước khi chuyển tới quá trình xử lý thực sự của mã máy vật lý. Just-In-Time

là một cơ chế chính được cài đặt cho công nghệ máy ảo như Microsoft .NET và Java. Sử

dụng MIR là mã gián tiếp để chuyển mã máy ảo sang máy thật( hình 2.7).

• Lần chạy đầu tiên

– Trình bày trực tiếp(MIR) những hành động xảy ra đồng thời với việc kiểm

chứng

– Liên kết cùng nhau

– Hằng gấp(Constant folding)

– Copy và truyền hằng(copy and constant propagation)

– Loại bỏ những biểu hiện con chung(common sub-expression elimination (CBE))

• Lần chạy thứ 2

– Sinh mã gốc

– Lựa chọn chỉ lệnh

¹⁴Intermediate Representation

13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

– Đăng ký, cấp phát

– Loại bỏ mã không còn dùng nữa(Dead code elimination (DCE))

Hình 2.7: Các quá trình của AVM

2.3 Tamarin

Trong năm 2006, Adobe phân phối công cụ(engine) AS 3 như là một dự án mã

nguồn mở cho cộng đồng cùng với dự án Mozilla. Tên của dự án mới này là Tamarin.

Kiến trúc của dự án này đã thay đổi, phát triển theo thời gian, các đặc điểm chính của

những phương pháp tiếp cận khác nhau được mô tả ngắn gọn như dưới đây.

2.3.1 Giới thiệu Tamarin

Mục đích của dự án Tamarin là cung cấp mã nguồn mở với hiệu năng cao cho ngôn

ngữ AS 3. "Tamarin" được cài đặt gồm 2 thành phần: bộ biên dịch JIT với hiệu năng cao

và bộ thông dịch.

Máy ảo Tamarin được sử dụng trong chương trình Adobe Flash Player và được cho

14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

phép sử dụng trong các dự án bên ngoài Adobe. Bộ biên dịch JIT( thường gọi là "Nano-

JIT") là một sự hợp tác phát triển giữa hai bên: Tamarin và Mozilla TraceMonkey[9].

Hình 2.8: Kiến trúc Tamarin

Trong phần này, chúng tôi chỉ giới thiệu những hiểu biết cơ bản về Tamarin, để

hiểu chi tiết hơn các bạn có thể tìm thấy trong khóa luận "Phương pháp thực thi đồ họa

Flash 3D dựa trên PaperVision 3D"¹⁵.

Dựa vào kiến trúc Tamarin(hình vẽ 2.8) và AVM( hình vẽ 2.4), chúng ta dễ dàng

thấy rằng đầu vào của Tamarin là file .abc còn đầu vào của một chương trình chơi Flash là

tệp tin SWF. Tamarin có thành phần chính là gói core chứa AVMCore và thành phần biên

dịch JIT, bộ quản lý bộ nhớ MMgc¹⁶. Tệp tin .abc sau quá trình phân tích( ABCParser)

được đưa vào máy ảo qua AVMCore. Sau đó, giống như kiến trúc AVM, Tamarin đưa ra

những mã máy của máy vật lý.

Tamarin là máy ảo chỉ dùng cho những tệp tin được sinh ra từ AS 3. Trong quá

trình phân tích tệp tin ABCparser, Tamarin đưa ra những thuộc tính, những tag, hàm

theo chuẩn AS 3( vì ngôn ngữ AS 3 có nhiều thay đổi so với AS 1, 2 trước đó). Tệp

tin AS 3 chứa tag mới như DoABC, DoABCDefine. . . trong khi với AS 1, 2 chứa tag

DoAction, DoInitAction...

Bộ biên dịch ActionScript là một thành phần có trong bộ công cụ phát triển Flash:

Flex SDK[10].

2.3.2 Mục đích dự án Tamarin

Mục đích chính của dự án Tamarin là hỗ trợ đa nền tảng của phần cứng, bao gồm

cả ARM cho hệ thống nhúng và X64 cho hệ điện toán 64 bit ngoài hệ thống x86 thông

thường. Việc phát triển Tamarin không ngoài mục đích:

• Cải tiến hiệu năng thực thi thời gian thực(run-time)

¹⁵Khóa luận của bạn Lê Viết Sơn

¹⁶Macromedia Garbage Collector

15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

• Phát triển bộ biên dịch thời gian thực(run-time compiler)

2.3.3 Tamarin central

Tamarin central là phiên bản ổn định của bộ công cụ. Được Adobe phân phối chính

thức với sự cộng tác của Mozilla, nó bao gồm một kiến trúc cơ sở cơ bản và mã đã được

biên dịch ổn định. Công cụ này bao gồm cả bộ thông dịch và bộ công cụ JIT(NanoJIT)-

thành phần trung gian giữa(LIR) và một số nền tảng cụ thể( x86, x86-64, PPC, ARM).

2.3.4 Tamarin redux

Tamarin redux là một sản phẩm mới được phát triển của dự án. Nó được thực hiện

bằng cách cải tiến phiên bản trước( Tamarin central). Điều thú vị nhất của dự án là xuất

hiện mã trung gian Forth- Được sử dụng như là một back-end cho quá trình biên dịch mã

máy AS. Thực tế, công cụ này chứa 2 lần biên dịch. Mã AS đầu tiên được chuyển tới mã

trung gian Forth và sau đó được chuyển tới mã trung gian của NanoJIT- MIR, rồi mới

kết thúc quá trình biên dịch.

Forth bản thân nó là một ngôn ngữ cơ sở ngăn xếp(stack based language).

2.4 PaperVision 3D

PaperVision 3D[11] là một thư viện đồ họa Flash 3D nguồn mở được đưa ra bởi bên

thứ ba, cung cấp giao diện lập trình ứng dụng cho phép người lập trình tạo các chương

trình Flash 3D dựa trên FlexSDK.

Chi tiết hơn về PaperVision 3D được giới thiệu trong khóa luận của bạn Lê Viết

Sơn về "Phương pháp xử lý đồ họa 3D của PaperVision 3D". Trong phần này tôi xin giới

thiệu những hiểu biết cơ bản về PaperVision 3D.

2.4.1 Giới thiệu

PaperVision 3D được hỗ trợ sử dụng trên các công cụ tạo Flash được cung cấp bởi

Adobe như: Adobe Flash, Flex Builder. . . Với việc sử dụng PP3D, tệp tin Flash được tạo

ra có đồ họa bắt mắt, sinh động với nội dung hấp dẫn, lôi cuốn như các game đối kháng,

truyện tranh tương tác có đồ họa phức tạp. . .

PaperVision 3D gồm 2 gói chính là:

16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

• Gói ascollada(AS COLLAborative Design Activity): những kịch bản ActionScript

được thiết kế sẵn để tạo ra file .dae có thể chuyển đỏi được cho ứng dụng tương tác

3D.

• Gói PaperVision 3D: gồm các thành phần tạo 3D và xử lý sự kiện, tương tác người

dùng.

2.4.2 Đặc điểm PaperVision 3D

PaperVision 3D sử dụng các kỹ thuật trong đồ họa máy tính để xây dựng hình ảnh

3D trên màn hình, nó bao gồm các thành phần chính như: Camera, Viewport, Scene,

Render( được thể hiện trong hình vẽ 2.9).

Hình 2.9: Các thành phần thể hiện đồ họa 3D

Scene: là thành phần chứa tất cả các đối tượng của không gian 3D. Các đối tượng

này được lưu trữ trong cấu trúc dữ liệu dạng cây.

Camera: Xác định điểm nhìn mà chúng ta đang xem Scene, được dùng để thay đổi

góc nhìn, hướng, trọng tâm hiển thị. . .

Viewport: là vùng chứa những đối tượng mà Camera có thể nhìn thấy, thể hiện

một phần trong Scene 3D.

2.5 Gnash

GNU[12] với mục đích cung cấp cho cộng đồng một hệ thống những phần mềm

được sử dụng, phân phối tự do, tự do tùy biến phần mềm đã thực hiện kế hoạch tạo

chương trình chơi Flash độc lập với Adobe Flash Player.

17

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.5.1 Giới thiệu

Gnash[13] là một phần mềm ứng dụng mã nguồn mở thuộc dự án GNU[12] dùng

để thực thi các tệp tin Flash một cách độc lập hoặc đóng vai trò là plugin hỗ trợ trình

duyệt web( tương thích với trình duyệt Mozilla, Firefox, Konqueror). Phiên bản Gnash

hiện tại( 0.8.7) hỗ trợ tới phiên bản SWF 9, ActionScript[3] 2.0 và đang tiếp tục phát

triển để hỗ trợ ActionScript 3.0.

2.5.2 Kiến trúc

Mã nguồn Gnash gồm các gói: libcore, libbase, backend, GUI, doc, cygnal, libltd,

libamf, libmedia, libnet, libsound, utilities. Dựa vào chức năng của từng gói và mục tiêu

của dự án, tôi đã đặc biệt quan tâm tới các gói: libcore, libbase và backend.

• libcore:

Xử lý, đưa ra cơ chế chủ yếu để thực thi tệp tin Flash:

– Định nghĩa các đối tượng cơ bản của AS trong gói asobj như kiểu nguyên, màu

sắc, hành động, đối tượng. . .

– Các lớp được định nghĩa bởi AS trong gói asobj/flash

– Định nghĩa các tag có trong cấu trúc tệp tin SWF[6] trong gói swf

– Cách thức chuyển dữ liệu từ mã máy nhị phân( tập tin Flash) sang mã máy ảo

AS( AVM) trong gói swf và gói parser

– Xây dựng máy ảo AS(AVM) để thực thi các mã máy(ActionScript Byte Code)-

Tương tự như AVM trong Flash Player của Adobe

– Cách thức chuyển hành động từ AVM sang máy vật lý

– Các quá trình xử lý các đối tượng (asobj), mã bytecode Flash (abc), "decod-

ing",...

• libbase:

Bao gồm các lớp nền tảng: lớp hỗ trợ nhập xuất( từ tệp tin, từ URL), thực thi

tài nguyên của máy vật lý, quản lý bộ nhớ, con trỏ( bộ thu hồi bộ nhớ- Garbage

Collector), các đối tượng đồ họa 2D. . .

• backend:

Bước xử lý trung gian để thể hiện hình ảnh cuối cùng ra màn hình, hỗ trợ AGG,

OpenGL, Cairo. Backend sử dụng các hàm, giao diện(interface) được cung cấp bởi

libcore, libbase,... Tôi quan tâm chủ yếu đến phần hỗ trợ OpenGL của backend.

Do Flash không có các thành phần cơ bản như: đường tròn, hình chữ nhật, tam

18

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

giác,... các đối tượng đều được chuyển về điểm và đường cong trong khi OpenGL

chỉ hiểu các thành phần cơ bản như điểm, đường tròn, tam giác, hình chữ nhật. Mục

tiêu là chỉnh sửa backend để Gnash hỗ trợ OpenGLES.

• gui:

Sử dụng backend và kết quả thực thi từ VM, phân tích( parser trong libcore) để cho

ra hình ảnh trên màn hình hiển thị.

Các gói được sử dụng trong Gnash( hình vẽ 2.10):

Hình 2.10: Các thành phần trong Gnash

Chú thích( các gói chứa trong libcore):

• abc định nghĩa, định dạng các tag, hàm, đối tượng. . . trong các khối mã bytecode(

đơn vị tính theo byte vật lý) theo dạng mã máy AS

• swf định nghĩa các tag trong SWF: control, action, sound. . . các tag này được VM

thực thi

• vm thực thi các tag sau khi được nhận vào mã máy( abc)

• parser đóng vai trò phân tích tệp tin SWF, kết quả cho ra là SWFMovieDefinition

mà phần gui có thể hiểu và hiển thị được

gui sử dụng backend và kết quả nhận được từ parser để hiển thị ra màn hình cuối.

Tuần tự quá trình xử lý( hình vẽ 2.11):

19

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.11: Quá trình xử lý qua các thành phần Gnash

Chú thích:

• Tệp tin SWF chứa 2 thành phần chính là tag điều khiển(control tags) và mã máy(bytecode).

Tag điều khiển có thể có: PlaceObject, RemoveObject, SetBackgroundColor, ShowFrame,

StartSound... tag định nghĩa bao gồm: DefineShape, DefineBitsJPEG2, Define-

Sound, SoundStreamBlock...

• VM chứa các thành phần: JIT compiler, garbage collector, application domains, và

chuyển tới DisplayList

• DisplayList Cấu trúc dữ liệu trung tâm để hiển thị mọi thứ lên trên màn hình

• Renderer: chuyển DisplayList tới bề mặt hiển thị hình ảnh(Màn hình)

Chú ý: Lúc xử lý và có các tags rồi thì VM mới bắt đầu được khởi tạo chứ không khởi

tạo ngay từ đầu.

Trong VM có các hàm để nhận biết phiên bản của SWF và AVM. Ngoài ra, AVM

với chức năng là xử lý mã máy ở dạng .abc và bắt các sự kiện trong lúc thực thi phim

Flash. Khi AVM đọc được tag điều khiển ví dụ như ShowFrame, nó sẽ đưa toàn bộ những

đối tượng, thuộc tính. .. đang được xử lý trong nó sang DisplayList để thể hiện lên trên

màn hình hoặc với tag PlaceObject đọc được từ đầu vào, AVM sẽ thực hiện di chuyển

đối tượng chứa trong tham số của PlaceObject tới vị trí mới có trong mã máy đang đọc

và thể hiện lên màn hình thông qua việc chuyển sang DisplayList.

Với những đặc điểm này, VM có trong Gnash phải sử dụng tới rất nhiều cơ chế để

thực hiện việc kiểm soát dữ liệu vào ra: quản lý bộ nhớ( GarbageCollector), kiểm tra tính

chính xác của mã máy( bộ xác thực), và quan trọng nhất là thực thi mã máy ActionScript

tới mã máy thật thông qua bộ thông dịch và JIT. Với đầy đủ những đặc điểm này, VM đã

thể hiện mình là một máy ảo ActionScript khá hoàn chỉnh cho việc chơi Flash.

Trở lại với ví dụ trong hình 2.2 , với mã bytecode được nạp vào từ tệp tin .abc,

VM đọc lần lượt từng mã vào trong bộ nhớ như Cpool để nạp vào NamingPool và đặt

20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

những namespaces vào trong VM, sau đó tới lượt các phương thức được nạp vào như:

getlex, callpropvoid, getproperty, pushscope. . . , và mã cuối cùng của đoạn tệp tin abc là

tag showframe, máy ảo sẽ đưa những đối tượng sau khi được xử lý sang danh sách hiển

thị.

2.5.3 Đặc điểm của Gnash

Gnash đơn thuần là chương trình chạy tệp tin Flash, Gnash hỗ trợ việc xử lý tệp tin

trên máy và qua giao thức mạng. Tuy nhiên, phiên bản hiện tại của Gnash chưa hỗ trợ tốt

cho việc xử lý những tệp tin Flash được tạo ra bởi AS 3 do một số lớp, thuộc tính được

định nghĩa trong AS 1/2 đã được xóa bỏ hoặc bị thay đổi, và một số lớp thuộc tính mới

được cung cấp thêm.

Gnash chưa hỗ trợ hiển thị tệp tin Flash có những đối tượng đồ họa 3D với hiệu

ứng phức tạp và những tệp tin định dạng SWF ở phiên bản về sau.

Trong phiên bản AS3, Adobe Systems đã giới thiệu VM mới có tên là AVM 2[7]

để thực thi những mã máy được sinh ra từ AS3. Đi kèm theo đó, đặc tả SWF[6] cũng

thay đổi để phù hợp với VM mới. Mỗi tệp tin SWF chỉ chứa một kiểu duy nhất: khối

ABC(ABC blocks) cho AS 3 hoặc khối DoAction(DoAction blocks) tồn tại trong AS

1/2.

Mục đích chính của khóa luận này là cung cấp cơ sở lý thuyết hướng tới việc thể

hiện một cách trực quan đồ họa 3D trên hệ thống nhúng, trên cơ sở lý thuyết đó để phát

triển hệ thống riêng( gồm máy ảo và hệ thống biên dịch) dành cho hệ thống nhúng. Cung

cấp một số giải pháp toàn diện để thực hiện một cách dễ dàng 3D trên hệ thống nhúng

với hiệu năng cao.

21