移动终端绘图技术趋势探讨

Nokia
虽然桌上型电脑的处理性能大幅领先所有电子产品，但对某些绘图应用而言，口袋大小的移动终端装置却是更为理想且便利的平台。特别在整合了摄影机、运算单元及显示装置之后，未来移动终端运算装置在绘图应用方面的市场佔尽了优势。
在过去数年间拜科技突飞勐进之赐，运算与通讯功能已能够整合于口袋大小般的装置中，而这些装置的视觉显示功能也有相当大幅度的改进。使用者可以运用照相与摄影功能，也可以即时互动传送高品质的彩色影像。
微处理器在电池耗电率、效能及绘图功能等方面虽有大幅度的进步，但桌上型电脑的性能仍旧大幅领先，提供最顶级的多媒体经验。然而，这种态势在未来数年将产生急速的变化。
移动终端绘图应用
哪些绘图应用适合发展于移动终端装置上？根据以往经验显示，游戏、娱乐及电脑辅助设计等驱力可促进桌上型电脑的绘图应用发展。在可预见的未来，由于移动终端装置的人类工程学及运算效能水准并不足以支援此类应用，因此不太可能在新款汽车上针对移动终端装置进行研发与应用。然而，像是游戏、卡通或动画等互动型娱乐应用将会依循着桌上型平台的发展模式，并进一步开发移动终端装置绘图技术。但是，单靠绘图技术并不足以增加游戏的吸引力，还要配合发展更多的趣味性及娱乐性，才能提高其吸引力及临场感。
电源本身就是障碍
尽管移动终端装置在技术方面已有相当大幅度的改进，但在许多方面仍明显落后于桌上型装置。移动终端装置的运作时脉较低、显示器的尺寸与解析度较小，并且用来执行与储存程式的记忆体容量也都比较小，而且装置的使用时间也受到电池续航力的限制。但两者间最根本的差异却在于「电源」：桌上型装置的电源插在电源插座；移动终端装置却必须使用电池。
尽管受限于电源的限制，移动终端终端装置效能依旧不断地进行改良。根据摩尔定律（晶片效能每18个月就会倍增）的推论，业界将不断发展出更高的处理效能、记忆体及储存容量。虽然电池技术的发展脚步与摩尔定律并不一致（每年大约提升10％），但金氏定律（Gene’s Law）预测积体电路的耗电量每18个月就会缩减，呈现指数性的下滑趋势，由此可以推知故电池的续航力在未来将会不断延长。
然而，相较于10年或15年前的家用电脑，现今的移动终端装置在许多方面都有过之而无不及，尤其是在尚处萌芽阶段的电脑绘图功能仍具有相当高的发展潜力。
从过去经验中出发
传统的绘图硬体必须加以调整才能适用于移动终端装置上，但基本上改良幅度仍相当有限。绘图工作站至今已有超过20年的歷史，工程师们有相当充裕的时间学习如何使用相关技术，因此在探索移动终端绘图技术的设计领域时，没有必要进行太大幅度的改变。虽然许多桌上型平台因为体积过大、成本太高及过于耗电等特性不适合移植到移动终端装置，但是其中仍有某些技术能够加以改良并发展成更轻薄短小的版本，以符合移动终端装置的需求。此外，由于桌上型平台的绘图品质已在使用者心中建立了良好的使用经验，因此使用者对移动终端装置的效能期盼也随之升高。
在软体方面，业界已在桌上型装置累积丰富的开发经验，并学会如何善用电脑硬体的每一分效能。然而，在移植到移动终端装置时仍需要更适当的内容、应用及技术标准来推动研发工作，以确保软、硬体的快速发展。因此，业界所採纳的绘图标准必须为业者广泛採纳、容易学习及使用，并进而在未来刺激业者开发各种移动终端应用。
规范技术标准
目前业界针对移动终端绘图的技术开发上拥有多种不同标准，包括应用程式编程介面（Applicaiton Programming Interfaces；API）标准、记录内容资料、影像与动画的档案格式以及两者的综合体。
SVG（Scalable Vector Graphics）
SVG是一种多图层动态2D平面简报的档案格式与播放标准，可支援高品质的2D几何元素（如贝兹曲线）、由这些曲线构成的任意多边形、内含各种属性与样式的线条，并支援后制处理与滤镜的功能。原始版SVG由于档案过于庞大故不适合在移动终端装置上播放，而SVG Basic是针对智慧型手机与PDA所设计的子集合版本，SVG Tiny则是针对3GPP Revision 5的多媒体简讯系统（MMS）所规范的版本。因此，未来将能在移动终端电话上传送与接收2D向量动画简讯。
OpenGL
OpenGL是一套广受欢迎的跨平台3D绘图API，其架构类似绘图工作站与PC上的版本。在过去10年期间，OpenGL虽然不断发展，但仍保留许多现今很少用到，甚至已不被使用的标准功能，包括Nokia与ARM在内的许多厂商正与Khronos合作开发OpenGL ES。这套子集合是针对嵌入型系统所设计，其主要目标是移除非必要且鲜少用到的API元件，并针对移动终端装置的实际应用进行修改，例如缺少专属的浮点运算硬体（除非使用一组ARM向量浮点运算协同处理器）及容量有限的ROM与RAM等记忆体。针对移动终端、低阶与即时模式API制定一套标准规格，能协助业者开发移动终端绘图硬体，提供范围明确的功能组合，并让硬体与驱动程式都能支援。
3D API
低阶绘图API使研发业者能更接近硬体，帮助像是互动型动作游戏能发挥优异的效能。然而，为了使协力研发业者充份发挥API优势，装置的作业系统必须开放给各方使用，以便开发与安装各种新应用软体。以往像是移动终端电话等嵌入型装置大都属于封闭型环境，但随着Symbian OS及Java ME（Micro Edition）等开放性应用平台的持续发展，局势已彻底改变。除了OpenGL ES的发展外，另一个例子就是Symbian OS的绘图API，Nokia现今正率领业者针对Java ME规画一套3D API，这也就是JSR-184。
Java ME
若移动终端装置受到资源上的限制，在Java ME上执行的程式同样也会面临相同的困境。Java ME程式使用的记忆体低于所谓的原生型程式（C、C++或组译语言所开发的程式），因此，不论是在动态、执行阶级或是静态模式，其储存程式所使用的记忆体都比较少。此外，Java程式需要更多的资源才能顺利执行。因此，系统需要扩增更多的函式，例如代表物体结构、外观与摄影机拍摄画面的场景绘图，以及根据其属性所呈现的物体动作机制。高阶API代表唿叫较少的函式，因此在影响速度的内部运算迴圈有较多的执行时间，而这些迴圈是以C语言、组译语言或专属硬体所建构的绘图引擎。此外，由于高阶函式库的高功能性，可使不同应用软体能重复使用，因而应用程式的体积也能缩小。另外，JSR-184是OpenGL ES的辅助方案，其着色模式皆相容，因此，除了用来加速OpenGL ES的专属硬体，也可以用来加速JSR-184。
事实上，许多绘图内容多为绘图专家所设计，而非程式设计者。SVG是一种档案格式也是一种动画播放程式；OpenGL ES则是一种低阶编程API；而JSR-184则为上述两者的综合体。JSR-184标准定义自己为体积较小的二进位档案格式，凡是可以支援这种格式的档皆可载入并显示影像。一般而言，简单的内容仅须少量的编程，但由于Java是一套完整的编程语言，再加上API能提供存取场景绘图元件的管道，故业者可撰写复杂的程式来操控档案中的物体。
移动终端装置的发展优势
相较于桌上型电脑，移动终端装置在效能上明显屈居下风，但移动终端装置同样也有许多重要的优势。移动终端装置能够随身携带使用方便，不会受限于办公室或笨重的公事包。使用者也可以在任何时间利用移动终端装置来玩游戏、浏览网页以藉此打发时间。此外，移动终端装置可以在需要资讯时立即取得，例如导航系统能显示立体的週围地图并指引目的地方向。当在PUB里想要和朋友联手与远方对手来场线上对战时，移动终端装置便可摇身一变成为放松身心的游乐器。
对于某些绘图应用而言，未来的移动终端装置将成为更理想且更便利的平台。例如扩充实境（Augmented Reality）技术将透过改变使用者附近物体的外观来强化使用者的视觉感官。扩充实境应用要达到极高的真实度，支援装置必须和使用者一起移动，而不是处在被动的地位。摄影机、运算单元及显示装置等关键元件皆必须整合在体型精巧的移动终端装置之中。这些技术的演变正是未来移动终端运算装置在绘图应用方面的市场优势与趋势。（本文原载于零组件杂志第154期；作者任职于Nokia）