アニメーションプログラミング
				報告者：HAL

[目的]
アニメーションを行うプログラムの仕組みを考察し実装する。

[作成するサンプルプログラム]
１．画面の左端にボールがある。
２．一定の速さで右に進む。


[プログラム１（失敗）]
#define WIDTH 128 /*画面の横幅*/

/*ボール構造体*/
struct _ball{
	int x,y;/*座標*/
	int speed;/*速度*/
}ball;

int main(){
	/*初期化*/
	ball.x=0;
	ball.y=10;
	ball.speed=4;

	while(TRUE){
		ball.x += ball.speed;
		DispBall(ball.x,ball.y);/*ボール描画関数（引数のx,y座標にボールを描画）*/
		if(ball.x > WIDTH)break;/*ボールが画面の端に行くとループを抜ける*/
	}

	return 0;
}

[失敗の理由]
１．このプログラムを実行した場合、ボールのX座標は、
    ０，４，８，１２，・・・と飛び飛びの値となり、滑らかなアニメーションにならない。

２．さらに、CPUの処理速度が速いと、ボールの移動が一瞬で完了してしまう。
    つまり、動作させる機種によってアニメーション速度が変わってしまう。
   （注：ゲーム機のように機種が定まっている場合はこのままでもよい）

[プログラム２（失敗）]
#define WIDTH 128

struct _ball{
	float x,y;/*float型にした*/
	float speed;
}ball;

int main(){
	ball.x=0;
	ball.y=10;
	ball.speed=0.01f;

	while(TRUE){
		ball.x += ball.speed;
		DispBall((int)ball.x,(int)ball.y);
		if(ball.x > WIDTH)break;
		Sleep(10);/*10ミリ秒停止する*/
	}

	return 0;
}

[解説]
・ボールの座標、速度をfloat型とした。
・ボールのX座標は０，１，２，３，・・・と更新されるようになり、滑らかなアニメ
  ーションとなった。
・Sleep(10);というところで、どの機種でも10ミリ秒停止させられるようになった。

[失敗の理由]
Sleep(10);というところで10ミリ秒停止するが、その前の
		ball.x += ball.speed;
		DispBall((int)ball.x,(int)ball.y);
		if(ball.x > WIDTH)break;
という処理の実行速度は機種によって異なる。結果、whileループを一周する時間が機種
によって変わってしまう。


[プログラム３（成功）]
struct _ball{
	float x,y;
	float speed;
}ball;

int main(){
	unsigned long frame_time,wait_time;

	ball.x=0;
	ball.y=10;
	ball.speed=0.01f;

	wait_time = GetTime();/*現在の経過時間（ミリ秒）を取得*/

	while(TRUE){
		frame_time = GetTime() - wait_time;/*１ループするミリ秒を計算*/
		wait_time = GetTime();/*現在の経過時間（ミリ秒）を保持*/
		if(frame_time == 0){frame_time=1;}/*０の場合だと処理が行われなくなるので１に強制*/

		ball.x += frame_time * ball.speed;/*frame_timeを掛ける*/

		DispBall((int)ball.x,(int)ball.y);
		if(ball.x > WIDTH)break;
	}

	return 0;
}


[解説]
frame_timeにはwhile文を一周する時間が入る。処理内容によってframe_timeの値は毎回異なる。
ボール移動の文
		ball.x += frame_time * ball.speed;/*frame_timeを掛ける*/
について説明する。

仮にframe_timeが4とする。この時、while文を一周した時間は４ミリ秒である。
1000ミリ秒＝１秒だから、この文は１秒間で1000÷4=250回実行される。
ボールの移動量は１周あたりframe_time*ball.speed = ４×0.01＝0.04である。
１座標移動するには１÷0.04＝25周分である。
１秒間で250周するので25÷250＝0.1。つまり、ボールは大体0.1秒で１座標分を移動することになる。

同様に仮にframe_timeが2とする。この時、while文を一周した時間は２ミリ秒である。
1000ミリ秒＝１秒だから、この文は１秒間で1000÷2=500回実行される。
ボールの移動量は１周あたりframe_time*ball.speed = ２×0.01＝0.02である。
１座標移動するには１÷0.02＝50周分である。
１秒間で500周するので50÷500＝0.1。つまり、ボールは大体0.1秒で１座標分を移動することになる。

よって、ボールの移動速度は機種に依存しないことが証明された。


[プログラム４（処理速度考慮）]
前回はボールの座標、速度共にfloat型を用いたが、float型はint型に比べて処理速度
が遥かに遅い（参考１参照）。また、float型が使えない機種もある。（例：iアプリ）
よって、int型のみで実装したプログラムを作成する。

#define WIDTH 128
#define DIVIDE 1024 /*２の累乗にするほうが速い*/

struct _ball{
	int x,y;
	int speed;
}ball;

int main(){
	unsigned long frame_time,wait_time;

	ball.x=0;
	ball.y=10*DIVIDE;
	ball.speed=5;

	wait_time = GetTime();

	while(TRUE){
		frame_time = GetTime() - wait_time;
		wait_time = GetTime();
		if(frame_time == 0){frame_time=1;}

		ball.x += frame_time * ball.speed;

		DispBall(ball.x/DIVIDE,ball.y/DIVIDE);
		if(ball.x/DIVIDE > WIDTH)break;
	}

	return 0;
}

[解説]
frame_timeが４であった場合、ball.xは20,40,80,120,..と増えていく。
その値をそのまま表示させずに、ある値で除算して表示させる。
例えば、100で除算した場合は、0.2,0.4,0.8,1.2,...となり、
整数部分のみ適応されるので、0,0,0,1,1,1,2,...と増えていくことになる。
よってアニメーションとなる。
また、除算する数は２の累乗の数（64、128等）のほうが処理速度が遥かに速い（参考１参照）。

補足：シフト演算子を使えば、除算よりも速度は速くなるが（参考１参照）、
ball.xが負の場合に、シフト演算の結果は処理系に依存するので省略した。


[参考１．処理速度の比較をするプログラム（C言語）]
#define WAIT 50
#include<stdio.h>
#include<windows.h>

/*
  補足：switchで分岐すれば数行のプログラムになるのだが、
  switch文で処理時間がかかるのでうまく測定できない。
*/

/* int型とfloat型 */
void result1(){
	int i;
	float f;
	unsigned long count;
	DWORD t1,t2;

	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(i=0;i<10000;i++){}
		count++;
	}
	printf("int=%ld,",count);

	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(f=0;f<10000;f++){}
		count++;
	}
	printf("float=%ld\n",count);
}

/* 10で割る場合、64（２の累乗）で割る場合、シフト演算 */
void result2(){
	int i;
	int temp;
	unsigned long count;
	DWORD t1,t2;

	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(i=0;i<10000;i++){temp=i/10;}
		count++;
	}
	printf("/10=%ld,",count);

	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(i=0;i<10000;i++){temp=i/100;}
		count++;
	}
	printf("/100=%ld,",count);

	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(i=0;i<10000;i++){temp=i/64;}
		count++;
	}
	printf("/64=%ld,",count);

	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(i=0;i<10000;i++){temp=i/256;}
		count++;
	}
	printf("/256=%ld,",count);


	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(i=0;i<10000;i++){temp=i>>6;}
		count++;
	}
	printf(">>6=%ld,",count);

	count=0;
	t1 = GetTickCount();
	while(TRUE){
		t2 = GetTickCount();
		if(t2 > t1 + WAIT)break;
		for(i=0;i<10000;i++){temp=i>>10;}
		count++;
	}
	printf(">>10=%ld\n",count);
}

int main(){
	int i;

	for(i=0;i<10;i++){
		result1();
	}

	for(i=0;i<10;i++){
		result2();
	}
	return 0;
}


[実行結果]
int=834,float=455
int=968,float=396
int=891,float=467
int=896,float=382
int=912,float=476
int=1011,float=448
int=1002,float=445
int=933,float=484
int=911,float=485
int=931,float=439
/10=140,/100=127,/64=644,/256=665,>>6=724,>>10=788
/10=130,/100=140,/64=606,/256=668,>>6=658,>>10=743
/10=140,/100=128,/64=654,/256=652,>>6=723,>>10=803
/10=129,/100=138,/64=569,/256=653,>>6=669,>>10=743
/10=137,/100=128,/64=608,/256=715,>>6=738,>>10=801
/10=130,/100=137,/64=656,/256=651,>>6=785,>>10=710
/10=130,/100=116,/64=525,/256=675,>>6=723,>>10=742
/10=140,/100=126,/64=658,/256=546,>>6=759,>>10=782
/10=131,/100=139,/64=592,/256=687,>>6=765,>>10=729
/10=132,/100=124,/64=622,/256=568,>>6=742,>>10=801