使用 Java2D 高效绘制数千个形状？

Question

我在使用 Java2D 绘制可能数十万个矩形时遇到问题。

起初我所做的事情是这样的：

private void render() {
   BufferStrategy bs = getBufferStrategy();
   if (bs == null) {
      createBufferStrategy(3);
      return;
   }

   Graphics g = bs.getDrawGraphics();
   //Draw Graphics here
   g.dispose();
   bs.show();
}

然后我在测试后意识到，当任何超过 500 个矩形时，这非常低效，所以我认为也许将图形绘制到 BufferedImage 然后显示 BufferedImage 会更有效，所以我想出了这个。

private BufferedImage image = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);

private void render() {
   BufferStrategy bs = getBufferStrategy();
   if (bs == null) {
      createBufferStrategy(3);
      return;
   }

   Graphics g = image.createGraphics();
   //Draw Graphics here
   g.dispose();

   Graphics g2 = bs.getDrawGraphics();
   g2.drawImage(image, 0, 0, width, height, null);
   g2.dispose();
   bs.show();
}

但是，这仍然与第一种方法一样低效，我很难想出更好的方法来做到这一点，我宁愿远离 OpenGL 之类的东西。

在 500-1000 个矩形之间，它会变得非常慢，超过此范围的任何东西程序都会很快冻结。

所以看起来碰撞检测似乎是主要问题，而不是 Java2D 渲染。这就是我处理检测的方式，它检查两个矩形是否在任何一侧接触。如果有人对此有更好的方法，我将不胜感激，因为我看到这是多么低效。

public boolean collides(Entity e) {
    Point2D upperLeftIn = new Point2D.Double(bounds.getX() + 1, bounds.getY());
    Point2D upperRightIn = new Point2D.Double(bounds.getX() + 8, bounds.getY());
    Point2D lowerLeftIn = new Point2D.Double(bounds.getX() + 1, bounds.getY() + 9);
    Point2D lowerRightIn = new Point2D.Double(bounds.getX() + 8, bounds.getY() + 9);

    Point2D upperLeftDown = new Point2D.Double(bounds.getX(), bounds.getY() + 1);
    Point2D lowerLeftUp = new Point2D.Double(bounds.getX(), bounds.getY() + 8);
    Point2D upperRightDown = new Point2D.Double(bounds.getX() + bounds.getWidth(), bounds.getY() + 1);
    Point2D lowerRightUp = new Point2D.Double(bounds.getX() + bounds.getWidth(), bounds.getY() + 8);

    Line2D top = new Line2D.Double(upperLeftIn, upperRightIn);
    Line2D bottom = new Line2D.Double(lowerLeftIn, lowerRightIn);
    Line2D left = new Line2D.Double(upperLeftDown, lowerLeftUp);
    Line2D right = new Line2D.Double(upperRightDown, lowerRightUp);

    if (e.bounds.intersectsLine(top)) {
        return true;
    }
    if (e.bounds.intersectsLine(bottom)) {
        return true;
    }
    if (e.bounds.intersectsLine(left)) {
        return true;
    }
    if (e.bounds.intersectsLine(right)) {
        return true;
    }

    return false;
}

Answer 1

虽然我不确定如何处理问题的内容/目标由于编辑而完全改变的事实......

总结一下：正如评论中指出的那样（您似乎已经预料到了），即使是数千个矩形的渲染在 Java2D 中也不应该成为一个大问题。在内部，它正在使用 DirectX 或 OpenGL 的硬件支持，您确实必须将大量抗锯齿文本和复杂、纹理或渐变绘制的形状溢出到屏幕上才能真正减慢它的速度。

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话虽如此，碰撞检测确实不太可能成为这里的瓶颈。

大概您发布的方法在Entity 类中。据推测，e.bounds 是Rectangle2D。在这种情况下，您可以简单地测试与

的交集

public boolean collides(Entity e) {
    return this.bounds.intersects(e.bounds);
}

不清楚你想通过在那里创建Line2D 对象来实现什么，你可能应该用文字解释一下。 （也许在实际边界附近存在某种“阈值”？）。但是您应该记住，intersectsLine 方法的计算成本可能很高，至少与您实际上想要执行的测试相比。您应该尝试将其归结为间隔检查。

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但是，即使您对 collides 方法进行这种（微？-）优化，问题也可能是一个更普遍的问题：从您目前所写的内容来看，您必须假设您正在测试每个实体之间的冲突，并且这个方法在循环中调用，如

for (int i=0; i<allEntities.size(); i++)
{ 
    for (int j=i+1; j<allEntities.size(); j++)
    {
        Entity ei = allEntities.get(i);
        Entity ej = allEntities.get(j);
        if (ei.collides(ej)) handleCollision();
    }
}   

如果是这种情况，实现的优化不会帮助你，因为问题在于渐近复杂性：交集测试的数量（即，对collides-方法的调用次数随着对象的数量二次增长。对于 500 个对象，您必须对方法进行 ~125.000 次调用。这已经很多了，几乎不可能每秒完成 60 次。但是对于 5000 个对象，您不需要 1.250.000 次调用，而是 12.500.000 - 这是 100 倍，当然，在 60 FPS 下是不可能的。

对于这么多对象的（成对）碰撞检测，有复杂的数据结构。不幸的是，这里的“sophisticated”通常意味着“实现起来非常复杂”。 Bounding Volume Hierarchies 可能是一种可以通过合理的努力帮助加速碰撞检测的方法。但是，如果您在“小”空间中有“许多”和“小”对象，则 空间散列 可能是更合适的解决方案。您可以使用此关键字快速找到教程/博客条目和示例代码，其中一个示例位于 Spatial hashing implementation for fast 2D collisions，但还有其他几个。