SpriteSheet精灵动画引擎

SpriteSheet精灵动画引擎

 

本文介绍Flash中SpriteSheet精灵序列图与其它渲染方式的性能对比、SpriteSheet的原理及注意实现，最后实现了一个精灵序列图的渲染引擎。本文的SpriteSheet引擎及demo可以在github上下载：https://github.com/saylorzhu/SpriteSheet

动画渲染性能对比

Flash中动画制作方式有多种，如矢量动画、位图帧动画、精灵序列图等等。针对不同的制作方式，对同一个角色动画进行如下测试：一个角色在屏幕上显示5个实例，对应呼吸、施法、行走、受伤、普攻状态。

测试运行的环境：

l  Release version of Flash Player 12.0.159.1

l  AMD Phenom(tm) II X4 830 Processor(2800 Mhz)

l  Microsoft Windows 7 专业版 (32位)

得出测试结果如下表所示，为了节约大小资源中所用位图均为png8。

表1：不同动画渲染效率对比（具体测试数据与所使用资源有关）

渲染方式	描述	CPU	内存（KB）	文件大小（KB）
时间轴	矢量	12	6m	24
	矢量+cacheAsBitmap	12	6.2m	24
	位图	2	6.8m	534
	位图+导出类	2	13m	537
位图渲染	SpriteSheet精灵序列图	1	11m	220 png + 31 json/xml

从上表可以得出，精灵序列图消耗CPU最少，并且文件大小适中，但内存消耗较大。对于游戏来说，CPU销毁越小，帧频可以越大，游戏越流畅。

图1：精灵序列图动画效果及帧频、内存信息

可以看出使用精灵序列图帧频和内存都非常稳定，内存没有频繁的gc，gc非常消耗cpu会造成游戏卡顿现象。反观其它渲染方式，会发现内存不稳定，这对游戏性能是一个风险。

图2：矢量动画

图3：矢量+cacheAsBitmap动画

图4：位图动画

图5：位图+导出类

下面详细介绍下精灵序列图的原理及注意事项。

精灵序列图

SpriteSheet精灵序列图是一种大的网格式位图，其中每一格都对应着一个动画截屏，每一动画截屏对应动画的一帧。精灵序列图通常采用PNG格式，这样可以使用Alpha通道。

图6：角色受伤动画序列图

除了大位图之后，还必须有一个对应的数据描述文件，常用的格式有json、json-array、xml。数据描述文件，用来指定每帧动画在大图中的位置（偏移位置、宽、高等等），如json格式如下：

JSON格式描述数据：

{"frames": {   "呼吸0000": {               "frame": {"x":0,"y":0,"w":110,"h":110},               "rotated": false,               "trimmed": false,               "spriteSourceSize": {"x":0,"y":0,"w":110,"h":110},               "sourceSize": {"w":110,"h":110} }, "呼吸0001": {               "frame": {"x":110,"y":0,"w":110,"h":110},               "rotated": false,               "trimmed": false,               "spriteSourceSize": {"x":0,"y":0,"w":110,"h":110},               "sourceSize": {"w":110,"h":110} }, … }, "meta": {               "app": "Adobe Flash CS6",               "version": "12.0.0.481",               "image": "jsonformat.png",               "format": "RGB8",               "size": {"w":1024,"h":1024},               "scale": "1" } }

其中：

Key-"呼吸0000"：表示帧的名字/对应图片文件名（json-array格式中，使用filename字段表示）;

frame: 图片在大图中的偏移位置(左上角为原点)和大小(未旋转前)  需要注意这里的图片大小是图片未旋转前的大小;

rotated:  是否旋转(顺时针方向);

trimmed: 是否有去掉周围多余的透明部分;

spriteSourceSize: x,y表示图片未去掉周围透明部分的偏移量,这是如果需要还原图片原先的大小要用的;

sourceSize: 图片的原始大小,包含透明部分;

渲染机制

精灵序列图使用位块图像传输（bit-blitting，blit = Bit-Block Image Transfer）技术，它涉及到使用位图来渲染最终的显示效果。 将需要显示的效果，像素会绘制到一个已添加到舞台上的位图中。为了表现动画效果，会在一个循环中更新位图的像素。关键步骤如下：

1)     加载动画中需要的Sprite Sheet位图数据（.png文件）

2)     在displayList中添加一个BitmapData目标位图数据(画布)

3)     向画布复制或者擦除游戏（copyPixel vs draw）

4)     根据游戏显示层次顺序将Sprite Sheet复制到画布

5)     在游戏循环中重复第3、4步

copyPixel的效率比draw高，所以一般情况下，使用copyPixel复制图像到画布。

内存占用

在所有动画渲染方式中，精灵序列图对帧频的影响是最小的。因为精灵序列图会预先被缓存到BitmapData实例中，这就可以使渲染速度变得更快。一定要随时注意内存的占用，仔细把控，详尽规划。精灵序列图之所以效率高，是由于位图序列都缓存在内存中从而可被快速调取。但这样也可能会导致巨大的内存开销。

注意：一张图片占用多少内存只取决于图像的尺寸，而与图像文件的类型和图像压缩无关。

位图所占内存（字节）= 位图宽度 x 位图高度 x 4

假设一帧的图片的大小为200x400像素，占用内存312.5KB。如果一个动画18帧，则占用内存约5.5M。如果一个角色包含4个方向或4个动作的动画，则占用内存约22M。同屏在线10个角色，则占用内存约220M。

SpriteSheet工具

现在Flash cs6已经集成了将动画导出为SpriteSheet，如下图所示：

图7：Flash cs6导出SpriteSheet设置

TexturePacker也可以打包图片为SpriteSheet格式。

精灵序列图引擎

前面介绍了精灵序列图的原理及注意事项，下面实现一个精灵序列图动画的引擎，支持Flash Cs6/TexturePacker导出的JSON、JSON-Array、Starling（XML）3种数据格式。

图8：精灵序列图引擎类图

SpriteSheet类

图9：SpriteSheet类

SpriteSheet继承自flash.display.Sprite，包含一个bitmap成员用作画布。使用定时器Timer来驱动动画循环。

SpriteSheet使用类似Movieclip，提供play()、stop()、gotoAndPlay()、gotoAndStop()接口，并支持鼠标事件。

mAnimation成员（Animation实例）用于描述SpriteSheet当前表示的动作，如游戏中一个角色包含呼吸、行走、施法、受伤动作。

mTextureAltas成员（TexureAtlas实例）用于维护整个精灵序列图数据，并负责将特定帧位图复制到画布显示。

TexureAtlas类

TexureAtlas类保存了整个精灵序列图数据，并根据SpriteSheet的当前动作，生成构成动画的所有帧在精灵序列图中的偏移和大小。

Animation类

Animation动画信息类。

l  seqName表示动画序列名(e.g. "walk")

l  delay表示帧间隔

l  loop表示动画是否循环播放

l  arFrames:Vector.<SpriteFrame>;// 帧信息数据

SpriteFrame类

SpriteFrame类表示图片在大图中的偏移位置(左上角为原点)和大小(未旋转前)等等信息，根据数据描述文件生成。

图10：SpriteFra示意

JsonFormat、JsonArrayFormat、XmlFormat类

SpriteSheet序列图数据解析类，分别解析对应格式的描述数据。

Demo实例

SpriteSheet使用非常简单，与原生Movieclip差异不大。下面的例子分别加载JSON、JSON-Array、XML格式的数据及对应的PNG资源，然后创建SpriteSheet实例。

Demo:

package {            import com.as3game.asset.AssetManager;            import com.as3game.spritesheet.SpriteSheet;            import com.as3game.spritesheet.vos.DataFormat;            import flash.display.BitmapData;            import flash.display.Sprite;            import flash.events.MouseEvent;            import flash.filters.ColorMatrixFilter;            import flash.text.TextField;                       /**             * ...             * @author Tylerzhu             */            public class TestSpriteSheet extends Sprite            {                                               public function TestSpriteSheet()                        {                                   SWFProfiler.init(stage, this);                                   AssetManager.getInstance().getGroupAssets("spritesheets-json", ["data/json/jsonformat.json", "data/json/jsonformat.png"], onAnimLoaded);                                   AssetManager.getInstance().getGroupAssets("spritesheets-xml", ["data/xml/xmlformat.xml", "data/xml/xmlformat.png"], onAnimLoadedXML);                                   AssetManager.getInstance().getGroupAssets("spritesheets-jsonarray", ["data/json-array/jsonarrayformat.json", "data/json-array/jsonarrayformat.png"], onAnimLoadedJsonArray);                        }                                                                      private function onAnimLoaded():void                        {                                   var bitmapData:BitmapData = AssetManager.getInstance().bulkLoader.getBitmapData("data/json/jsonformat.png");                                   var sheets:* = AssetManager.getInstance().getContent("data/json/jsonformat.json");                                   var sp:SpriteSheet = new SpriteSheet(bitmapData, sheets, DataFormat.FORMAT_JSON);                                   sp.setAction("呼吸", 14);                                   sp.play();                                   addChild(sp);                        }                                               private function onAnimLoadedXML():void                        {                                   var bitmapData:BitmapData = AssetManager.getInstance().bulkLoader.getBitmapData("data/xml/xmlformat.png");                                   var sheets:* = AssetManager.getInstance().getContent("data/xml/xmlformat.xml");                                   var sp:SpriteSheet = new SpriteSheet(bitmapData, sheets, DataFormat.FORMAT_XML);                                   sp.setAction("呼吸", 15);                                   sp.play();                                   sp.y = 150;                                   addChild(sp);                        }                                               private function onAnimLoadedJsonArray():void                        {                                   var bitmapData:BitmapData = AssetManager.getInstance().bulkLoader.getBitmapData("data/json-array/jsonarrayformat.png");                                   var sheets:* = AssetManager.getInstance().getContent("data/json-array/jsonarrayformat.json");                                   var sp:SpriteSheet = new SpriteSheet(bitmapData, sheets, DataFormat.FORMAT_JSON_ARRAY);                                   sp.setAction("呼吸", 15);                                   sp.play();                                   sp.y = 300;                                   addChild(sp);                        }            } }