Графика в Windows API

.

Та часть Windows API, которая служит для работы с графикой, обычно называется GDI (Graphic Device Interface). Ключевое понятие в GDI — контекст устройства (Device Context, DC). Контекст устройства — это специфический объект, хранящий информацию о возможностях устройства, о способе работы с ним и о разрешенной для изменения области. В Delphi контекст устройства представлен классом TCanvas, свойство Handle которого содержит дескриптор контекста устройства. TCanvas универсален в том смысле, что с его помощью рисование в окне, на принтере или в метафайле выглядит одинаково.

То же самое справедливо и для контекста устройства. Разница заключается только в том, как получить в разных случаях дескриптор контекста.
Большинство методов класса TCanvas являются «калькой» с соответствующих (в большинстве случаев одноименных) функций GDI. Но в некоторых случаях (прежде всего в методах вывода текста и рисования многоугольников) параметры методов TCanvas имеют более удобный тип, чем функции GDI. Например, метод TCanvas.Polygon требует в качестве параметра открытый массив элементов типа TPoint, а соответствующая функция GDI — указатель на область памяти, содержащую координаты точек, и число точек. Это означает, что до вызова функции следует выделить память, а потом — освободить ее. Еще нужен код, который заполнит эту область памяти требуемыми значениями. И ни в коем случае нельзя ошибаться в количестве элементов массива. Если зарезервировать память для одного числа точек, а при вызове функции указать другое, программа будет работать неправильно. Но для простых функций работа через GDI ничуть не сложнее, чем через TCanvas. Для получения дескриптора контекста устройства существует много функций. Только для того, чтобы получить дескриптор контекста обычного окна, существуют четыре функции: BeginPaint, GetDC, GetWindowDC и GetDCEx. Первая из них возвращает контекст клиентской области окна при обработке сообщения WM_PAINT. Вторая дает контекст клиентской области окна, который можно использовать в любой момент времени, а не только при обработке WM_PAINT. Третья позволяет получить контекст всего окна, вместе с неклиентской частью. Последняя же дает возможность получить контекст определенной области клиентской части окна.
После того как дескриптор контекста получен, можно воспользоваться преимуществами класса TCanvas. Для этого необходимо создать экземпляр такого класса и присвоить его свойству Handle полученный дескриптор. Освобождение ресурсов нужно проводить в следующем порядке сначала свойству Handle присваивается нулевое значение, затем уничтожается экземпляр класса TCanvas, после этого с помощью подходящей функции GDI освобождается контекст устройства. Пример такого использования класса TCanvas демонстрируется листингом 1.17.
Листинг 1.17. Использование класса TCanvas для работы с произвольным контекстом устройства
var
DC: HDC;
Canvas: TCanvas;
begin
DC := GetDC (...); // Здесь возможны другие способы получения DC
Canvas := TCanvas.Create;
try
Canvas.Handle := DC; // Здесь рисуем, используя Canvas
finally
Canvas.Free;
end;
// Освобождение объекта Canvas не означает освобождения контекста DC
// DC необходимо удалить вручную
ReleaseDC (DC);
end;
Использование класса TCanvas для рисования на контексте устройства, для которого имеется дескриптор, показано в примере PanelMsg на прилагающемся компакт-диске.
Разумеется, можно вызывать функции GDI при работе через TCanvas. Для этого им просто нужно передать в качестве дескриптора контекста значение свойства Canvas.Handle. Коротко перечислим те возможности GDI, которые разработчики VCL почему-то не сочли нужным включать в TCanvas: работа с регионами и траекториями; выравнивание текста по любому углу или по центру; установка собственной координатной системы; получение детальной информации об устройстве; использование геометрических перьев; вывод текста под углом к горизонтали; расширенные возможности вывода текста; ряд возможностей по рисованию нескольких кривых и многоугольников одной функцией; поддержка режимов заливки. Доступ ко всем этим возможностям может быть осуществлен только через API. Отметим также, что Windows NT/2000/XP поддерживает больше графических функций, чем 9x/МЕ. Функции, которые не поддерживаются в 9x/ME, также не имеют аналогов среди методов TCanvas, иначе программы, написанные с использованием данного класса, нельзя было бы запустить в этих версиях Windows.
GDI предоставляет очень интересные возможности по преобразованию координат, но только в Windows NT/2000/XP; в Windows 9x/ME они не поддерживаются. С помощью функции SetWorldTransform можно задать произвольную матрицу преобразования координат, и все дальнейшие графические операции будут работать в новой координатной системе. Матрица позволяет описать такие преобразования координат, как поворот, сдвиг начала координат и масштабирование, т.е. возможности открываются очень широкие. Также существует менее гибкая, но тоже полезная функция преобразования координат — SetMapMode, которая поддерживается во всех версиях Windows. С ее помощью можно установить такую систему координат, чтобы во всех функциях задавать координаты, например, в миллиметрах, а не пикселах. Это позволяет использовать один и тот же код для вывода на устройства с разными разрешениями.
Некоторые возможности GDI, которым нет аналогов в TCanvas, демонстрируются примером GDI Draw.
Для задания цвета в GDI предусмотрен тип COLORREF (в модуле Windows определен также его синоним для Delphi — TColorRef). Это 4-байтное беззнаковое целое, старший байт которого определяет формат представления цвета. Если этот байт равен нулю (будем называть этот формат нулевым), первый, второй и третий байты представляют собой интенсивности красного, зеленого и синего цветов соответственно. Если старший байт равен 1, два младших байта хранят индекс цвета в текущей палитре устройства, третий байт не используется и должен быть равен нулю. Если старший байт равен 2, остальные байты, как и в нулевом формате, показывают интенсивность цветовых составляющих.
Тип TColorRef позволяет менять глубину каждого цветового канала от 0 до 255, обеспечивая кодирование 16 777 216 различных оттенков (это соответствует режиму TrueColor). Если цветовое разрешение устройства невелико, GDI подбирает ближайший возможный цвет из палитры. Если старший байт TColorRef равен нулю, цвет выбирается из текущей системной палитры (по умолчанию эта палитра содержит всего 20 цветов, поэтому результаты получаются далекими от совершенства). Если же старший байт равен 2, то GDI выбирает ближайший цвет из палитры устройства. В этом случае результаты получаются более приемлемыми. Если устройство имеет большую цветовую глубину и не задействует палитру, разницы между нулевым и вторым форматом COLORREF нет.
Примечание
Хотя режимы HighColor (32 768 или 65 536 цветов) не обладают достаточной цветовой глубиной, чтобы передать все возможные значения TColorRef, палитра в этих режимах не используется и ближайший цвет выбирается не из палитры, а из всех цветов, которые способно отобразить устройство. Поэтому выбор нулевого формата в этих режимах дает хорошие результаты.
В Windows API определены макросы (а в модуле Windows, соответственно, одноименные функции) RGB, PaletteIndex и PaletteRGB. RGB принимает три параметра — интенсивности красного, зеленого и синего компонентов и строит из них значение типа TColorRef нулевого формата. PaletteIndex принимает в качестве параметра номер цвета в палитре и на его основе конструирует значение первого формата. Макрос PaletteRGB эквивалентен RGB, за исключением того, что устанавливает старший байт возвращаемого значения равным двум. Для извлечения интенсивностей отдельных цветовых компонентов из значения типа TColorRef можно воспользоваться функциями GetRValue, GetGValue и GetBValue.
В системе определены два специальных значения цвета: CLR_NONE ($1FFFFFFF) и CLR_DEFAULT ($20000000). Они используются только в списках рисунков (image lists) для задания фонового и накладываемого цветов при выводе рисунка. CLR_NONE задаёт отсутствие фонового или накладываемого цвета (в этом случае соответствующий визуальный эффект не применяется). CLR_DEFAULT — установка цвета, заданного для всего списка.
В VCL для передачи цвета предусмотрен тип TColor, определенный в модуле Graphics. Это 4-байтное число, множество значений которого является множеством значений типа TColorRef. К системным форматам 0, 1 и 2 добавлен формат 255. Если старший байт значения типа TColor равен 255, то младший байт интерпретируется как индекс системного цвета (второй и третий байт при этом не учитываются). Системные цвета — это цвета, используемые системой для рисования различных элементов интерфейса пользователя. Конкретные RGB-значения этих цветов зависят от версии Windows и от текущей цветовой схемы. RGB-значение системного цвета можно получить с помощью функции GetSysColor. 255-й формат TColor освобождает от необходимости явного вызова данной функции.
Для типа TColor определен ряд констант, облегчающих его использование. Некоторые из них соответствуют определенному RGB-цвету (clWhite, clBlack, clRed и т.п.), другие — определенному системному цвету (clWindow, clHighlight, clBtnFace и т.п.). Значения RGB-цветов определены в нулевом формате. Это не приведет к потере точности цветопередачи в режимах с палитрой, т.к. константы определены только для 16-ти основных цветов, которые обязательно присутствуют в системной палитре. Значениям CLR_NONE и CLR_DEFAULT соответствуют константы clNone и clDefault. Они служат (помимо списков рисунков) для задания прозрачного цвета в растровом изображении. Если этот цвет равен clNone, изображение считается непрозрачным, если clDefault, в качестве прозрачного цвета берется цвет левого нижнего пиксела.
Везде, где требуется значение типа TColor, можно подставлять TColorRef, т.е. всем свойствам и параметрам методов класса TCanvas, имеющим тип TColor можно присваивать те значения TColorRef, которые сформированы функциями API. Обратное неверно: API-функции не умеют обращаться с 255-м форматом TColor. Преобразование из TColor в TColorRef осуществляется с помощью функции ColorToRGB. Значения нулевого, первого и второго формата, а также clNone и clDefault она оставляет без изменения, а значения 255-го формата приводит к нулевому с помощью функции GetSysColor. Эту функцию следует использовать при передаче значении типа TColor в функции GDI.
Применение кистей, перьев и шрифтов в GDI принципиально отличается от того, как это делается в VCL. Класс TCanvas имеет свойства Pen, Brush, и Font, изменение свойств которых приводит к выбору того или иного пера, кисти, шрифта. В GDI эти объекты самостоятельны, должны создаваться, получать свой дескриптор, «выбираться» в нужный контекст устройства с помощью функции SelectObject и уничтожаться после использования. Причем удалять можно только те объекты, которые не выбраны ни в одном контексте. Есть также несколько стандартных объектов, которые не нужно ни создавать, ни удалять. Их дескрипторы можно получить с помощью функции GetStockObject. Для примера рассмотрим фрагмент программы, рисующей на контексте с дескриптором DC две линии: синюю и красную (листинг 1.18). В этом фрагменте используется то, что функция SelectObject возвращает дескриптор объекта, родственного выбираемому, который был выбран ранее. Так, при выборе нового пера она вернет дескриптор того пера, которое было выбрано до этого.
Листинг 1.18. Рисование разными перьями с использованием GDI
SelectObject (DC, CreatePen (PS_SOLID, 1, RGB (255, 0, 0)));
MoveToEx (DC, 100, 100, nil);
LineTo (DC, 200, 200);
DeleteObject (SelectObject (DC, CreatePen (PS_SOLID, 1, RGB (0, 0, 255))));
MoveToEx (DC, 200, 100, nil);
LineTo (DC, 100, 200);
DeleteObject (SelectObject (DC, SetStockObject (BLACK_PEN)));
Дескрипторы объектов GDI имеют смысл только в пределах того процесса, который их создал, передавать их между процессами нельзя. Тем не менее изредка можно встретить утверждения, что такая передача возможна. Источник этой ошибки в том. что дескрипторы объектов GDI можно было передавать между процессами в старых, 16-разрядных версиях Windows, так что все утверждения о возможности такой передачи просто основываются на устаревших сведениях.
Для хранения растровых изображений в Windows существуют три формата: DDB, DIB и DIB-секция. DDB — это Device Dependent Format, формат, определяемый графическим устройством, на которое идет вывод. DIB — это Device Independent Bitmap, формат, единый для всех устройств. Формат DIB — это устаревший формат, который не позволяет использовать графические функции GDI для модификации картинки, модифицировать изображение можно, только одним способом: вручную изменяя цвета отдельных пикселов. В 32-разрядных версиях появился еще один формат — DIB-секция. По сути дела это тот же самый DIB, но дополненный возможностями рисовать на нем с помощью GDI-функций. Все различия между этими тремя форматами можно прочитать в замечательной книге [1]; мы же здесь ограничимся только кратким их обзором.
Формат DDB поддерживается самой видеокартой (или другим устройством вывода), поэтому при операциях с таким изображением задействуется аппаратный ускоритель графики. DDB-изображение хранится в выгружаемом системном пуле памяти (Windows NT/2000/XP) или в куче GDI (Windows 9x/ME). При этом размер DDB-растра не может превышать 16 Мбайт в Windows 9x/ME и 48 Мбайт в Windows NT/2000/XP. Формат DDB не переносим с одного устройства на другое, он должен использоваться только в рамках одного устройства. Прямой доступ к изображению и его модификация вручную невозможны, т.к. формат хранения изображения конкретным устройством непредсказуем. Модифицировать DDB можно только с помощью функций GDI. Цветовая глубина DDB-изображений определяется устройством.
DIB-секция может храниться в любой области памяти, ее размер ограничивается только размером доступной приложению памяти, функции GDI для рисования на таком изображении используют чисто программные алгоритмы, никак не задействуя аппаратный ускоритель. DIB-секция поддерживает различную цветовую глубину и прямой доступ к области памяти, в которой хранится изображение. DIB-секция переносима с одного устройства на другое. BMP-файлы хранят изображение как DIB.
Скорость работы с изображением в формате DIB-секции зависит только от производительности процессора, памяти и качества реализации графических алгоритмов системой (а они, надо сказать, реализованы в Windows очень неплохо). Скорость работы с изображением в формате DDB зависит еще и от драйвера и аппаратного ускорителя видеокарты. Во-первых, аппаратный ускоритель и драйвер могут поддерживать или не поддерживать рисование графических примитивов (в последнем случае эти примитивы рисует система: то, какие операции поддерживает драйвер, можно узнать с помощью функции GetDeviceCaps). До недавнего времени была характерной ситуация, когда рисование картинки на DDB-растре и вывод такого растра на экран были заметно (иногда — в два-три раза) быстрее, чем аналогичные операции с DIB-секцией. Однако сейчас разница стала существенно меньше, производительность системы в целом выросла сильнее, чем производительность двумерных аппаратных ускорителей (видимо, разработчики видеокарт больше не считают двумерную графику узким местом и поэтому сосредоточили свои усилия на развитии аппаратных ускорителей 3D-графики). На некоторых мощных компьютерах можно даже столкнуться с ситуацией, когда DDB-изображение отстает по скорости от DIB.
Класс TBitmap может хранить изображение как в виде DDB, так и в виде DIB- секции — это определяется значением свойства PixelFormat. Значение pfDevice означает использование DDB, остальные значения — DIB-секции с различной цветовой глубиной. По умолчанию TBitmap создает изображение с форматом pfDevice, но программист может изменить формат в любой момент. При этом создается новое изображение требуемого формата, старое копируется в него и уничтожается.
Со свойством PixelFormat тесно связано свойство HandleType, которое может принимать значения bmDIB и bmDDB. Изменение свойства PixelFormat приводит к изменению свойства HandleType, и наоборот.
Примечание
Если вы собираетесь распечатывать изображение, содержащееся в TBitmap, то вы должны установкой свойств PixelFormat или HandleType обеспечить, чтобы изображение хранилось в формате DIB. Попытка вывести DDB-изображение на принтер приводит к непредсказуемым результатам (чаще всего просто ничего не выводится) из-за того, что драйвер принтера не понимает формат, совместимый с видеокартой.
При загрузке изображения из файла, ресурса или потока класс TBitmap обычно создает изображение в формате DIB-секции, соответствующее источнику по цветовой глубине. Исключение составляют сжатые файлы (формат BMP поддерживает сжатие только для 16- и 256-цветных изображений) — в этом случае создается DDB. В файле Graphics определена глобальная переменная DDBsOnly, которая по умолчанию равна False. Если изменить ее значение на True, загружаемое изображение всегда будет иметь формат DDB.
Примечание
В справке сказано, что когда DDBsOnly = False, вновь создаваемые изображения по умолчанию хранятся в виде DIB-секций. На самом деле из-за ошибки в модуле Graphics (как минимум до 2007-й версии Delphi включительно) вновь созданное изображение всегда хранится как DDB независимо от значения DDBsOnly.
Класс TBitmap имеет свойство ScanLine, через которое можно получить прямой доступ к массиву пикселов, составляющих изображение. В справке написано, что это свойство можно использовать только с DIB-изображениями. Но на самом деле DDB-изображения тоже позволяют использовать это свойство, хотя и с существенными ограничениями. Если изображение хранится в DDB- формате, при обращении к ScanLine создастся его DIB-копия, и ScanLine возвращает указатель на массив этой копии. Поэтому, во-первых, ScanLine работает с DDB-изображениями очень медленно, а во-вторых, работает не с изображением, а с его копией, откуда вытекают следующие ограничения:
1. Копия создаётся на момент обращения к ScanLine, поэтому изменения, сделанные на изображении с помощью GDI-функций после этого, будут недоступными.
2. Каждое обращение к ScanLine создает новую копию изображения, а старая при этом уничтожается. Гарантии, что новая копия будет располагаться в той же области памяти, нет, поэтому указатель, полученный при предыдущем обращении к ScanLine, больше нельзя использовать.
3. Изменения, сделанные в массиве пикселов, затрагивают только копию изображения, но само изображение при этом не меняется. Поэтому в случае DDB свойство ScanLine дает возможность прочитать, но не изменить изображение.
Следует отметить, что TBitmap иногда создает DIB-секции, даже если свойства HandleType и PixelFormat явно указывают на использование DDB. Особенно часто это наблюдается для изображений большого размера. По всей видимости, это происходит, когда в системном пуле нет места для хранения DDB-изображения такого размера, и разработчики TBitmap решили, что в таком случае лучше создать DIB-изображение, чем не создавать никакого. Пример BitmapSpeed на прилагаемом компакт-диске позволяет сравнить скорость выполнения различных операций с DDB- и DIB-изображениями.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.