樂譜繪制系統的方法研究與實現畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 音調的數字記錄信息，而其中大量的信息符號均未被保留下來。于是，人們就 又提出了大量的音樂符號標注，可是因為自身的局限性，都只能流逝在漫長的歷史長河中令人惋惜。所以很多商用的記譜軟件都擁有屬于自己的一套記錄音樂的數據存儲格式，都存在不可避免的局限性和封閉性，只能偏居一隅。然后，一顆彗星以崛起之勢沖向了星海，那就是MusicXML 的誕生。由 Recordare 公司發布的 MusicXML，其優點非常明顯，因為它基于當時已經很成熟的 XML 技術，對于網絡的擴展性做得十分到位。而且 MusicXML 結構清晰，便于閱讀，對于音樂文件的記錄描述也是十分詳盡而規范 [7]。在之后的十幾年發展中， MusicXML 技術已經被很多種應用軟件所支持，其勢態之銳令人振奮。 上面就是對國內外音樂打譜系統及其發展歷史的簡約概述。需要注意的是，對于在線樂譜的線上處理功能其上所有提到的記譜客戶端軟件均不支持，而且在線記譜插件也不允許用戶進行在線編輯繪制，功能較為單一，并不實用 [8]。用另一句話說就是，到目前為止，似乎還不存在這樣一款既能支持用戶在線編輯、可自由導入導出市面上多數文件格式的音樂文件以及支持各種可擴展的音樂打譜軟件，而這正是本文的研究方向。 武漢工程大學 畢業論文 5 項目研究主要內容 本文主要的目標是研究出一種通俗 易用的，既能滿足大多數業余音樂愛好者對平時生活中美妙聲樂的錄制編輯，也能面向專業的音樂教育系統的一個功能非常強大，可在線自由編輯，且用戶可添加自我標注的音樂記譜軟件。其研究的主要內容如下： 1. 對國內外幾家比較知名的音樂學府使用的記譜軟件以及其對樂譜軟件的應用場景和功能需求進行調查和研究，以此作為本文的研究方向，并編寫需求文檔。 2. 根據文檔上面的需求，分析并制作出一部實現上面所有功能的音樂記譜軟件，最低標準是可支持在線播放、在線編輯、在線標注，而且可以支持 MusicXML 文件格式并加以自我擴展。 3. 依據設計的音樂記譜軟件客戶端，實現一種在線的記譜插件，對于音樂教育系統可應用于多種場景。 基本章節安排 本文主要分為五個章節，其余四章節內容如下： 第二章：對項目所運用到的技術進行一定綜述。介紹本文中各項技術的社會背景、應用范圍和發展現狀等，以及將其與類似的技術相互對比，闡述之間的優缺點，最后說明它相對其他技術所特有的優勢。 第三章：系統設計。對比較主流的音樂記譜軟件進行綜合調查和分析后，通過需求文檔設計出系統的整體框架以及相應的功能模塊。 第四章：系統功能實現。以 第三章為基礎，通過已有的設計方案進行功能實現。 第五章：總結與展望。對本文已經實現的功能進行分析總結，并找出存在的一些隱患和缺陷，然后根據樂譜需求提出相應的改進方案，方面日后的多次擴展和改進工作。 武漢工程大學 畢業論文 6 武漢工程大學 畢業論文 7 第二章 相關技術綜述 當今社會技術飛速發展，尤其是數字化技術則是如雨后春筍般涌出，而作為樂譜軟件開發者，選擇更適合該系統的技術顯得尤為重要。該系統設計到的一個對樂譜數據存儲的讀取格式和保存手段，即在原有的格式基礎上進行一定程度上的擴充和自定義，更方便今后的開發工作。本章將對項目 中即將使用到的關鍵技術進行詳細的講述，并對相關技術對比說明。 開發語言及工具 開發語言 本項目所使用的開發語言有 Java、 HTML。 Java 語言是一種面向對象程序設計的開發語言，它具有十分優秀的安全性、高效性、強移植性 [9]。 Java 語言于 1995 年由 Sun Microsystems 公司的 Games Gosling 和他的同事共同研發，后來由于內部因素，于 20xx 年被 Oracle 公司收購。 Java 是由四大基本部分組成： Java 基本語法、 Java 文件格式、 JVM 虛擬機和 Java API[10]。 Java 著名的三大體系有 Java SE、 Java EE、 Java ME，其中 Java SE 屬于標準版， Java EE 為企業版，而最后者是微型版，三者面向的服務對象都有所不同。那么 Java 語言有何特征呢？首先，它的學習成本非常低。 Java 當中拋棄掉了存在于 C 和 C++當中很難讓人理解的特征，比如多繼承、運算符重載之類的，尤其重要的是， Java 語言中沒有出現指針，這對大部分學習者來說不能不是一種福音，并且 Java 也非常人性化的進行內存自我管理，使用者根本不必擔心垃圾堆積導致的內存泄露等問題； Java 是全方位支持面向對象的編程語言。它雖然不支持多繼承，但在另一方面卻發明了接口這種神奇的技術，通過接口，開發者可以間接實現多繼承，并不關心內部代碼的實現情況，使得開發模塊化，自由靈活程度更高，對日后的測試和維護也是大有裨益； Java 語言是很健壯的。由于 Java 程序對于異常的處理做的相當到位，所以錯誤的發生概率也較低，而且由于 Java 語言是強制類型語言，所以系統的執行效率也會更高，避免了很多問題，尤其難得的是 Java 對垃圾回收方面也考慮在內，這些都保證了 Java 程序的健壯性；同時 Java 語言支持多線程， 并且是動態的。 HTML 語言，有人說它是通向 WEB 技術世界的鑰匙，有了它就可通過超文本標簽來實現自己想在網頁上實現的一切功能。我們知道 web 瀏覽器的作用是通過讀取 HTML文檔的內容將其顯示在網頁客戶端，沒有 HTML，那么網頁上很多功能基本就無法實現。所以通過反復思考，最終選擇 Java 和 HTML 作為本次設計的主要語言。 武漢工程大學 畢業論文 8 開發工具 本次設計所使用到的開發工具主要是 MyEclipse 以及 IE 瀏覽器。 MyEclipse 是Eclipse 的組件開發集合，它的功能十分強大，應用十分廣泛和成 熟，特別是對各種開源類產品 的支 持相 當融 洽。 現在 MyEclipse 支 持很 多功 能， 比如有 JSP,Java Servlet,AJAX,Struts， hibernate， spring 以及 JDBC 等。 MyEclipse 從發布到現在的MyEclipse 20xx 版本，經歷了大大小小的改進工作，如今的最新版本已經成功支持HTML jQuery 和 JavaScript 等。伴隨著 MyEclipse 20xx 對 HTML5 的支持，用戶還可以自由的添加音頻、視頻、動態圖等到項目之中，為自己的項目開發出更強大功能更復雜的應用程序出 來。 IE（ Inter Explorer，網絡探索者），是由微軟公司推出的一款網頁瀏覽器。曾經IE 在全球的使用普及率高達百分之九十，后來又被 Google 發布的 Google Chrome 所超越，居于第二。到目前為止，它的最新版本已經到了 Inter Explorer 11，此版本在速度和界面方面有了很大的改善。 技術選擇 樂譜數據格式選擇 對于樂譜來說，最重要的無疑是對音樂數據存儲格式的選擇，這樣才能更好的支持樂譜文件的讀取和保存。在音樂領域，總體來說業內支持率的比較高的 有 MINI 和MusicXML。然后還可重新設計出一種更為實用的格式，但這種方式明顯不利于跨平臺交互，所以基本可忽略。 MINI 和 MusicXML 的開發效率都比較高，而且它們的結構復雜度也比較低。 MINI 格式是作為最基本的對比格式形式存在的，它只支持音高信息，對于符號方面的信息就完全不支持了，所以顯而易見的，并不適合本項目。而 MusicXML是完全基于 XML 技術的，由于 XML 技術在互聯網技術中已經屬于一種新興的高發展技術，其應用市場十分廣泛，其技術也發展的十分成熟，所以 MusicXML，它的開發效率很高，其擴展 性也比較好，尤為重要的是，對于樂譜符號的覆蓋率也非常廣。通過以上對比，本系統終于采用了功能最為強大的 MusicXML 作為最終的樂譜格式存儲和交換。 界面類庫選擇 考慮到本系統使用的開發語言是基于 Java 平臺的，對于設計到的圖形用戶界面開發， JavaADK 給我們提供了兩種版本的開發工具，即 AWT 和 Swing。眾做周知， AWT是最原始的圖形界面開發類庫，它最開始所使用的是基于 Linux 的開發平臺，其內的許多圖形符號只能依托于本地操作系統中，也就是說，開發者所使用的操作系統中有多少圖形符號，那 么開發者就只能通過 AWT 間接獲取到想要使用的符號。想來這種缺陷也武漢工程大學 畢業論文 9 是顯而易見的，一旦本地操作系統中并不包含項目中即將使用到的圖形，那么只能自己手動繪制了，畫坐標，描點，顏色填充之類的，想想就覺得挺麻煩，那么 AWT 就可不做考慮了。最后，考慮到本系統所要開發的軟件是基于用戶客戶端的，并且支持在線編輯等一些列的操作，所以在技術選擇上，一個十分重要的指標就是支持從用戶客戶端到網頁瀏覽器上的兼容度和擴展性。然后我們想到的就是 Flash。 從開發效率上來說， Flash 在圖形用戶界面編程上采用的是可視化控件，就是可 通過控制組件直接操作界面，所以其開發效率比較高。而 Swing 就要相對低一些了，不過由于它是純手工代碼生成，所以其靈活度也是非常好的，另一方面，由于本系統的記譜繁復程度較高，因此主要的工作量并不在圖形界面設計上，而是將重心轉移到邏輯層的設計上邊，這樣此消彼長下，對于開發效率的要求也就不那么高了。 從學習成本和開發成本的角度上講， Swing 的學習成本是最低的，只需要瀏覽器裝有 JRE，便可自主學習；又考慮到本系統的跨平臺性，以 Java 語言為基礎的 Swing 無意識不二選擇。 相關技術綜述 Swing組件 要想了解 Swing 技術，那么先認識一下 AWT 組件是必不可少的。簡單的說， AWT是 Java 最早的用于圖形化可視界面應用程序的開發包，是一種抽象窗口組件工具包。而Swing 是為了解決 AWT 所存在的問題而新開發的包，所以它肯定是以 AWT 為基礎的。 AWT 是 Abstract Window ToolKit(抽象窗口工具包 )的縮寫形式，而這個包就為用戶提供了一套與本地圖形界面之間交互的接口。 AWT 里面的圖形函數和本地操作系統所提供的圖形函數之間有著點對點映射的關系，我們把它稱之為 peers。也就是說當我們在構建圖形用戶界面的時候，我們實際是在利用操作系統當中所存在的圖形庫。由于在不同操作系統中提供的功能是不同的，即在平臺之間的統一性并不協調。為了實現 Java語言當中所宣稱的“一次編譯，處處運行”的偉大理念， AWT 不得不忍痛割愛，只能犧牲掉部分功能來實現其平臺的無關性了，換句話說， AWT 所提供的可視化圖形功能其實是所有通用平臺上系統們的交集，所以局限性是顯而易見的。由于其是依靠本地的方法來實現其功能的，所以我們又往往把 AWT 控件稱之為重量級組件。 而 Swing 則是在 AWT 的基礎上， 自行構建的一套新的可視化圖形界面系統類庫，它提供了 AWT 所提供的所有可使用的方法，并用最純粹的 Java 代碼對 AWT 的功很多能進行了很大規模的擴充。舉個很常見的例子，并非所有的操作系統都會提供用戶對樹形結構控件的支持，而 Swing 里面就利用 AWT 里最基本的作圖方法對樹形結構進行了全方位的模擬和實現。而因為 Swing 控件是純 Java 代碼編寫而成，所以它的移植性非常好，支持多平臺，它完全并不依靠本地方法來實現圖形操作功能，我們通常把 Swing稱之為輕量級控件。 武漢工程大學 畢業論文 10 既然說到 Swing 所提供的內部方法，那么就不 得不提到我們常用的 MVC 設計模式了， Swing 內部就是使用這種模型進行實現的。 MVC，即 Model View Control 的縮寫，它在軟件工程里邊是一種非常常用的設計模式，可用來將業務邏輯、界面展示和核心控制三者分離開來，達到將系統分成各個不同的層面的效果，既可以降低層面與層面之間的耦合性，又可以是我們的開發模塊化，增強程序的靈活性，便于以后的測試和維護等工作。 從字義看來， MVC 模式由三部分組成：模型、視圖和控制。 模型：通常我們稱之為數據模型，其內封裝了大量的數據操作和關于對業務邏輯的一系列操作。比如簡單的登陸功能，我們一般不直接將方法寫到控制層里，而是創建一個接口，在業務邏輯里實現登陸具體方法，最后在控制層中直接調用登陸接口即可，所以大部分情況，模型層接受控制層的命令進行相關邏輯操作。 視圖：顧名思義，就是顯示圖片文字等數據，經常直接與用戶進行交互。 Java 注重的模塊化操作，尊重獨立和靈活，所以一般在視圖層是不會涉及業務邏輯操作的。通常情況下，從視圖層傳出的數據經由控制層調用模型層中的邏輯處理方法來進行操作，當數據變化時，就要通知模型層進行相應的變更。 控制：即控制器，相當于人體大腦的 神經中樞，控制著整個系統的一整套流程走向，它將視圖和模型整合串接起來，響應發生的事件并發出命令。 XML 技術 XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言）是由 W