Графический интерфейс GDI в Microsoft Windows

2.2. Выбор режима отображения

Напомним, что режим отображения - это атрибут контекста отображения, влияющий на используемую функциями GDI систему координат. Для обеспечения независимости приложений от аппаратного обеспечения приложения Windows работают с логическими координатами, которые отображаются в физические. Приложения Windows (в отличие от программ MS-DOS) могут не знать номер используемого видеорежима и соответствующее ему разрешение по вертикали и горизонтали в пикселах, определяя размеры элементов формируемого изображения в миллиметрах или дюймах. Хотя в качестве единицы измерения можно использовать и пиксел, если выбрать соответствующий режим отображения.

Из уроков геометрии в школе и институте вы знаете, что существуют различные системы координат, каждая из которых удобна в том или ином случае. Мы не будем описывать все возможные системы координат, ограничившись доступными в Windows версии 3.1 (в операционной системе Windows NT набор систем координат немного расширен).

Изучение режимов отображения Windows версии 3.1 мы начнем с определения основных понятий и терминов, имеющих отношение к системам координат и преобразованию логических координат в физические.

Основные определения

Прежде всего необходимо определить понятия "физические координаты " и "логические координаты ".

Физические координаты, как это следует из названия, имеют непосредственное отношение к физическому устройству вывода. В качестве единицы измерения длины в системе физических координат всегда используется пиксел. Если устройством вывода является экран монитора, физические координаты обычно называют экранными координатами.

Логические координаты передаются функциям GDI, выполняющим рисование фигур или вывод текста. Используемые единицы измерения зависят от режима отображения.

При отображении GDI преобразует логические координаты в физические. Способ преобразования зависит от режима отображения и других атрибутов контекста отображения, таких как расположение начала системы координат для окна, расположение начала системы физических координат, масштаб осей для окна и масштаб осей физических координат.

Физическая система координат

На рис. 2.1 показана физическая система координат для экрана видеомонитора.

Рис. 2.1. Физическая система координат для экрана видеомонитора

Начало этой системы координат располагается в левом верхнем углу экрана. Ось X направлена слева направо, ось Y - сверху вниз. В качестве единицы длины в данной системе координат используется пиксел.

Для того чтобы определить физическое разрешение устройства вывода (например, размер экрана в пикселах по вертикали и горизонтали), следует использовать функцию GetDeviceCaps , которую мы рассмотрели в 11 томе "Библиотеки системного программиста". Если передать в качестве второго параметра этой функции значения VERTRES и HORZRES , она в любом режиме отображения вернет, соответственно, размер экрана в пикселах по вертикали и по горизонтали. Параметр hdc должен указывать информационный контекст или контекст отображения, связанный с экраном монитора:

HDC  hdc;
int iVertRes, iHorzRes;
hdc = CreateDC("DISPLAY", NULL, NULL, NULL);
iVertRes = GetDeviceCaps(hdc, VERTRES);
iHorzRes = GetDeviceCaps(hdc, HORZRES);
DeleteDC(hdc);

Физическая система координат "привязана" к физическому устройству вывода, поэтому при ее использовании для вывода изображения следует учитывать особенности видеоконтроллера. В 11 томе "Библиотеки системного программиста" в разделе, посвященном метрикам операционной системы Windows, мы подробно рассказали об использовании функции GetDeviceCaps для исследования пространственных характеристик монитора. Для удобства мы воспроизведем приведенную в этом томе таблицу некоторых метрик для видеомониторов различных типов.

Параметр функции GetDeviceCaps	CGA	EGA	VGA	SVGA 800 x 600	8514/A	SVGA 1024 x 768
HORZRES	640	640	640	800	1024	1024
VERTRES	200	350	480	600	760	768
HORZSIZE	240	240	208	208	280	208
VERTSIZE	180	175	156	152	210	152
ASPECTX	5	38	36	36	10	36
ASPECTY	12	48	36	36	14	36
ASPECTXY	13	61	51	51	14	51
LOGPIXELSX	96	96	96	96	120	96
LOGPIXELSY	48	72	96	96	120	96

Из этой таблицы видны недостатки физической системы координат.

Во-первых, вертикальное (VERTRES) и горизонтальное (HORZRES) разрешение зависит от типа видеоконтроллера.

Во-вторых, физические размеры пикселов (ASPECTX и ASPECTY ), и, что самое главное, отношение высоты и ширины пиксела также зависят от типа видеоконтроллера.

Если приложению требуется нарисовать, например, окружность или квадрат, при использовании физической системы координат придется учитывать форму пикселов, выполняя масштабирование изображения по одной из осей координат. В противном случае вместо окружности и квадрата на экране появятся эллипс и прямоугольник.

Логическая система координат

Приложения Windows могут использовать одну из нескольких логических координат , устанавливая соответствующий режим отображения в контексте отображения. При этом, как мы уже говорили, можно использовать любое направление координатных осей и любое расположение начала координат. Например, возможна система координат, в которой задаются положительные и отрицательные координаты по любой оси (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Одна из возможных систем координат

Для установки режима отображения, непосредственно определяющего направление осей и размер логической единицы системы координат, используется функция SetMapMode :

int WINAPI SetMapMode(HDC hdc, int nMapMode);

Для контекста отображения hdc эта функция устанавливает новый режим отображения, заданный параметром nMapMode, возвращая номер режима отображения, который был установлен раньше.

Параметр nMapMode может принимать одно из следующих значений.

Режим отображения	Направление оси X	Направление оси Y	Размер одной логической единицы
MM_TEXT	Вправо	Вниз	1 пиксел
MM_LOMETRIC	Вправо	Вверх	0,1 мм
MM_HIMETRIC	Вправо	Вверх	0,01 мм
MM_LOENGLISH	Вправо	Вверх	0,01 дюйм
MM_HIENGLISH	Вправо	Вверх	0,001 дюйм
MM_TWIPS	Вправо	Вверх	1/1440 дюйма
MM_ISOTROPIC	Можно выбирать	Можно выбирать	Произвольный, одинаковый для осей X и Y
MM_ANISOTROPIC	Можно выбирать	Можно выбирать	Произвольный, может быть разный для осей X и Y

Как видно из этой таблицы, в режиме отображения MM_TEXT, выбранном в контекст отображения по умолчанию, используется нестандартное (для геометрии, математики и физики) направление оси Y - вниз от начала координат. Мы уже говорили, что такое направление оси Y удобно для отображения текста, поэтому этот режим отображения иногда называют текстовым.

Нетрудно заметить, что в режиме MM_TEXT логическая единица длины полностью соответствует физической, поэтому при рисовании геометрических фигур возможны искажения формы. Эти искажения связаны с тем, что форма пиксела для некоторых видеоконтроллеров может быть отличной от квадратной. Режим MM_TEXT неудобен для рисования фигур.

В режимах MM_LOMETRIC, MM_HIMETRIC, MM_LOENGLISH, MM_HIENGLISH, MM_TWIPS используется более привычное направление осей координат и единицы длины, не зависящие от аппаратного обеспечения устройства вывода.

В режиме MM_ISOTROPIC вы можете выбирать произвольное направление осей координат и произвольный (но одинаковый) масштаб для осей X и Y. Заметим, что произвольное направление координат в нашем случае не подразумевает их произвольного расположения относительно вертикальной и горизонтальной осей - ось X может располагаться только горизонтально, ось Y - только вертикально.

Режим MM_ANISOTROPIC еще более универсален. Он позволяет устанавливать произвольное направление осей координат, произвольный масштаб для осей координат, причем для каждой оси можно установить свой собственный масштаб.

Во всех режимах отображения, кроме MM_TEXT и MM_ANISOTROPIC с разным масштабом для осей X и Y, приложение может не заботиться о "квадратуре пиксела", так как масштаб по осям координат одинаковый и не зависит от особенностей устройства вывода.

Сделаем небольшое пояснение относительно режима отображения MM_TWIPS. В этом режиме используется единица длины twip (от twentieth of a point - двадцатая часть точки, или, в терминах полиграфии, двадцатая часть пункта). Размер одного пункта приблизительно равен 1/72 дюйма, следовательно размер единицы длины twip равен 1/1440 дюйма.

С помощью функции GetMapMode приложение может в любой момент времени определить номер режима отображения, выбранный в контекст отображения hdc:

int WINAPI GetMapMode(HDC hdc);

Преобразование координат

Теперь немного математики (не волнуйтесь, совсем немного).

Приложение, вызывая для рисования функции GDI, указывает логические координаты. Перед выводом GDI преобразует их в физические с использованием следующих формул:

В этих формулах используются следующие обозначения.

Переменные xWindow и yWindow обозначают, соответственно, логические координаты по оси X и Y. Физические координаты обозначаются как xViewport и yViewport. Таким образом, логические координаты (xWindow,yWindow) преобразуются в физические координаты (xViewport,yViewport).

С помощью переменных xViewOrg и yViewOrg можно изменить расположение начала физических координат. По умолчанию в контексте отображения значения атрибутов, соответствующих этим переменным, равны 0. Приложение может сместить начало координат, изменив значения переменных xViewOrg и yViewOrg.

Для перемещения начала логической системы координат приложение может изменить значения переменных xWinOrg и yWinOrg, которые также определены как атрибуты контекста отображения. По умолчанию в этих переменных находятся нулевые значения.

Переменные xViewExt, yViewExt, xWinExt и yWinExt (вернее, их отношения) задают масштаб, который используется в процессе преобразования координат. Этот масштаб зависит от установленного режима отображения. Приложения могут изменить его только в режимах MM_ISOTROPIC и MM_ANISOTROPIC , для остальных режимов отображения используются фиксированные значения.

Обратные преобразования (из логических координат в физические) выполняются с использованием следующих формул:

Для выполнения подобных вычислений удобна функция MulDiv , определенная в программном интерфейсе Windows:

int WINAPI MulDiv(
  int nMultiplicand, // множимое
  int nMultiplier,   // множитель
  int nDivisor);     // делитель

Эта функция выполняет умножение 16-разрядного параметра nMultiplicand на 16-разрядный параметр nMultiplier, а затем делит полученное 32-разрядное произведение на 16-разрядный параметр nDivisor. В случае переполнения или при нулевом значении делителя функция возвращает отрицательное значение 32768.

Однако есть специальные функции, предназначенные для преобразования логических координат в физические и физических в логические. Это функции LPtoDP и DPtoLP.

Функция LPtoDP выполняет преобразование логических координат в физические , причем одновременно можно преобразовать несколько пар координат, что ускоряет работу приложения за счет сокращения количества вызовов функции:

BOOL WINAPI LPtoDP(
  HDC hdc,         // идентификатор контекста отображения
  POINT FAR* lppt, // указатель на массив структур POINT
  int cPoints);    // размер массива структур POINT

Параметр hdc указывает контекст отображения, для которого требуется выполнить преобразования. В процессе преобразования используются атрибуты контекста, такие как смещение и масштаб осей координат.

Через параметр lppt передается указатель на массив структур POINT, в котором находятся преобразуемые координаты. Размер массива определяется значением параметра cPoints. Структура POINT определена в файле windows.h следующим образом:

typedef struct tagPOINT
{
   int x;
   int y;
} POINT;

После успешного выполнения преобразования функция возвращает значение TRUE. При возникновении ошибки возвращается FALSE.

Обратное преобразование (физических координат в логические ) выполняется функцией DPtoLP :

BOOL WINAPI DPtoLP(
  HDC hdc,         // идентификатор контекста отображения
  POINT FAR* lppt, // указатель на массив структур POINT
  int cPoints);    // размер массива структур POINT

Назначение параметров функции DPtoLP и возвращаемое ей значение аналогично назначению параметров и возвращаемому значению функции LPtoDP.

Есть еще две функции, предназначенные для преобразования координат - ClientToScreen и ScreenToClient.

Функция ClientToScreen выполняет преобразование координат в системе координат, связанной с внутренней областью окна, в экранные координаты:

void WINAPI ClientToScreen(HWND hwnd, POINT FAR* lppt);

Параметр hwnd содержит идентификатор окна, для которого выполняется преобразование.

Параметр lppt содержит указатель на структуру типа POINT, в которую перед вызовом функции следует записать преобразуемые координаты.

Функция ScreenToClient имеет аналогичные параметры, но выполняет обратное преобразование:

void WINAPI ScreenToClient(HWND hwnd, POINT FAR* lppt);

Режимы отображения

Теперь, после того как мы рассказали о физических и логических координатах, а также о преобразованиях координат, займемся подробным описанием каждого режима отображения .

Режим MM_TEXT

Режим отображения MM_TEXT устанавливается в контексте отображения по умолчанию. Для этого режима формулы преобразования координат упрощаются:

xViewport = (xWindow - xWinOrg) + xViewOrg
yViewport = (yWindow - yWinOrg) + yViewOrg

Соответствующая система координат представлена на рис. 2.3 (начало системы координат расположено точно в левом верхнем углу внутренней области окна, рисунок иллюстрирует только направление координатных осей).

Рис. 2.3. Система координат в режиме отображения MM_TEXT

Так как в формуле преобразования не присутствуют переменные xViewExt, yViewExt, xWinExt и yWinExt, в данном режиме преобразования невозможно изменить масштаб осей координат. Поэтому логическая единица длины в режиме отображения MM_TEXT равна физической, т. е. одному пикселу.

Тем не менее, приложение может изменить смещение физической или логической системы координат, изменив, соответственно, значение пар переменных (xViewOrg, yViewOrg) и (xWinOrg,yWinOrg). Для установки смещения можно использовать функции SetViewportOrg и SetWindowOrg.

Функция SetViewportOrg устанавливает смещение физической системы координат:

DWORD WINAPI SetViewportOrg(
  HDC hdc,       // контекст отображения
  int nXOrigin,  // новое значение для xViewOrg
  int nYOrigin); // новое значение для yViewOrg

Для контекста отображения hdc эта функция устанавливает новое расположение начала физической системы координат. Младшее и старшее слово возвращаемого значения содержат, соответственно, предыдущие x- и y-координаты начала физической системы координат.

С помощью функции SetWindowOrg вы можете установить начало логической системы координат:

DWORD WINAPI SetWindowOrg(
  HDC hdc,       // контекст отображения
  int nXOrigin,  // новое значение для xWinOrg
  int nYOrigin); // новое значение для yWinOrg

По своему смыслу параметры nXOrigin и nYOrigin являются логическими x- и y-координатами верхнего угла окна, используемого для отображения (так как в формуле они используются со знаком минус).

Как правило, приложения изменяют либо начало физических координат, вызывая функцию SetViewportOrg, либо начало логических координат, вызывая функцию SetWindowOrg, хотя, в принципе, вы можете изменить и то, и другое (если не боитесь запутаться в координатных "сетях").

В программном интерфейсе Windows версии 3.1 есть новые варианты описанных выше двух функций, которые называются SetViewportOrgEx и SetWindowOrgEx . Они отличаются более удобным способом передачи старых координат начала соответствующей системы координат:

BOOL WINAPI SetViewportOrgEx(
  HDC hdc,          // контекст отображения
  int nXOrigin,     // новое значение для xWinOrg
  int nYOrigin,     // новое значение для yWinOrg
  POINT FAR* lppt); // указатель на структуру POINT

BOOL WINAPI SetWindowOrgEx(
  HDC hdc,          // контекст отображения
  int nXOrigin,     // новое значение для xWinOrg
  int nYOrigin,     // новое значение для yWinOrg
  POINT FAR* lppt); // указатель на структуру POINT

В структуру, адрес которой передается через параметр lppt, записываются старые координаты начала системы координат. Обе функции возвращают TRUE в случае успеха и FALSE при возникновении ошибки.

В любой момент времени вы можете определить расположение начала физических или логических координат, если воспользуетесь функциями GetViewportOrg и GetWindowOrg (или их более новыми аналогами - GetViewportOrgEx и GetWindowOrgEx).

Функция GetViewportOrg возвращает x- и y-координаты начала физической системы координат для контекста отображения hdc:

DWORD WINAPI GetViewportOrg(HDC hdc);

Младшее и старшее слово возвращаемого значения содержат, соответственно, предыдущие x- и y-координаты начала физической системы координат.

Функция GetWindowOrg возвращает x- и y-координаты начала логической системы координат:

DWORD WINAPI GetWindowOrg(HDC hdc);

Новые функции, появившиеся в Windows версии 3.1, с именами GetViewportOrgEx и GetWindowExtEx записывают координаты начала координат в структуру, адрес которой передается через параметры lppt и lpSize:

BOOL WINAPI GetViewportOrgEx(HDC hdc, POINT FAR* lppt);
BOOL WINAPI GetWindowExtEx(HDC hdc, SIZE FAR* lpSize);

Структура SIZE определена для Windows версии 3.1 и описана в файле windows.h следующим образом:

typedef struct tagSIZE
{
  int cx;
  int cy;
} SIZE;

Определены также разнообразные указатели на структуру SIZE:

typedef SIZE*       PSIZE;
typedef SIZE NEAR* NPSIZE;
typedef SIZE FAR*  LPSIZE;

Метрические режимы отображения

Режим MM_LOMETRIC , наряду с режимами MM_HIMETRIC , MM_LOENGLISH , MM_HIENGLISH и MM_TWIPS, относится к метрическим режимам. Эти режимы отображения позволяют использовать привычные единицы измерения, такие как миллиметры и дюймы.

В метрических режимах отображения используются полные формулы преобразования координат, приведенные выше в разделе "Преобразование координат". В этих формулах приложение может изменять переменные, определяющие смещение начала физической или логической системы координат xViewOrg, yViewOrg, xWinOrg и yWinOrg.

Приложение не может изменить значения переменных xViewExt, yViewExt, xWinExt и yWinExt, от которых зависит масштаб по осям координат. Отношения xViewExt/xWinExt и yViewExt/yWinExt имеют фиксированное значение для каждого из метрических режимов отображения.

Заметим, что для этих режимов отношение yViewExt/yWinExt имеет отрицательный знак, в результате чего ось Y оказывается направленной снизу вверх.

Обратим ваше внимание на одно важное обстоятельство, связанное с использованием метрических режимов отображения.

Сразу после переключения в метрический режим отображения система координат примет достаточно странный вид (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Ориентация осей сразу после переключения в метрический режим отображения

Ось X, как и следовало ожидать, окажется направленной слева направо, а ось Y - снизу вверх. Точка с координатами (0,0) будет находиться в верхнем левом углу экрана, поэтому для того чтобы нарисовать что-нибудь в такой системе координат, вам придется для y-координаты графических объектов использовать отрицательные числа. Для того чтобы система координат приняла более удобный вид, можно переместить начало физических координат в нижний левый угол окна или в центр окна.

Прежде, чем выполнять перемещение начала координат, следует определить размеры внутренней области окна. Это можно сделать при обработке сообщения WM_SIZE :

static short cxClient, cyClient;
....
case WM_SIZE:
{
  cxClient = LOWORD(lParam);
  cyClient = HIWORD(lParam);
  ....
  return 0;
}

Для того чтобы расположить начало координат в левом нижнем углу окна, следует вызвать функцию SetViewportOrg, передав ей новые координаты начала физической системы координат (0,cyClient):

SetViewportOrg(hdc, 0, cyClient);

Полученная в результате система координат показана на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Метрическая система координат, начало координат находится в левом нижнем углу окна

Аналогичным образом можно расположить начало системы координат в середине окна (рис. 2.6), обеспечив возможность использования положительных и отрицательных координат вдоль оси X и Y:

SetViewportOrg(hdc, cxClient/2, cyClient/2);

Рис. 2.6. Метрическая система координат, начало координат находится в центре окна

Режимы MM_ISOTROPIC и MM_ANISOTROPIC

Режимы отображения MM_ISOTROPIC (изотропный) и MM_ANISOTROPIC (анизотропный) допускают изменение направления осей X и Y, а также изменение масштаба осей координат. В изотропном режиме отображения MM_ISOTROPIC масштаб вдоль осей X и Y всегда одинаковый (т. е. для обоих осей используются одинаковые логические единицы длины). Анизотропный режим MM_ANISOTROPIC предполагает использование разных масштабов для разных осей (хотя можно использовать и одинаковые масштабы).

Для изменения ориентации и масштаба осей предназначены функции SetViewportExt, SetViewportExtEx, SetWindowExt и SetWindowExtEx.

Функция SetWindowExt устанавливает для формулы преобразования координат значения переменных xWinExt и yWinExt:

DWORD WINAPI SetWindowExt(
  HDC hdc,       // идентификатор контекста отображения
  int nXExtent,  // значение для xWinExt 
  int nYExtent); // значение для yWinExt

Функция SetViewportExt должна использоваться после функции SetWindowExt. Она устанавливает для формулы преобразования координат значения переменных xViewExt и yViewExt:

DWORD WINAPI SetViewportExt(
  HDC hdc,       // идентификатор контекста отображения
  int nXExtent,  // значение для xViewExt 
  int nYExtent); // значение для yViewExt

Обе функции возвращают в младшем и старшем слове предыдущие значения соответствующих переменных для оси X и Y.

Приведенные выше формулы можно использовать для установки отношений xViewExt/xWinExt и yViewExt/yWinExt, определяющих масштаб и направление осей координат (направление осей координат зависит от знака этих отношений).

Функции SetWindowExt передаются значения, соответствующие логическому размеру логического окна, в которое будет выполняться вывод, а функции SetViewportExt - реальные ширина и высота реального окна.

Например, нам надо создать систему координат, в которой начало отсчета расположено в левом нижнем углу окна, ось X направлена слева направо, а ось Y - снизу вверх. Высота и ширина должны изменяться от 0 до 32767 (максимально возможное значение, так как для координат используются 16-разрядные числа).

Если требуется получить одинаковый масштаб по осям X и Y, нужно использовать изотропный режим отображения MM_ISOTROPIC.

Приведем фрагмент кода, создающий необходимый режим отображения.

SetMapMode(hdc, MM_ISOTROPIC);
SetWindowExt(hdc, 32767, 32767);
SetViewportExt(hdc, cxClient, -cyClient);
SetViewportOrg(hdc, 0, cyClient);

В изотропном режиме отображения при изменении размеров окна Windows настроит систему координат таким образом, чтобы масштаб по осям X и Y был одинаковый.

Если ширина окна больше высоты, масштаб по горизонтальной оси настраивается таким образом, что логическое окно будет расположено в левой части внутренней области окна (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Изменение масштаба по горизонтали при увеличении ширины окна в изотропном режиме

Если же высота окна больше его ширины, при использовании изотропного режима отображения логическое окно окажется в нижней части внутренней области окна (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Изменение масштаба по горизонтали при увеличении высоты окна в изотропном режиме

При использовании анизотропного режима отображения MM_ANISOTROPIC настройка масштаба не выполняется, поэтому логическое окно будет занимать всю внутреннюю поверхность окна при любом изменении размеров этого окна (рис. 2.9 и 2.10).

Рис. 2.9. Изменение масштаба по горизонтали при увеличении ширины окна в анизотропном режиме

Рис. 2.10. Изменение масштаба по горизонтали при увеличении высоты окна в анизотропном режиме

В программном интерфейсе Windows версии 3.1 есть новые функции, предназначенные для изменения масштабов осей. Это функции SetViewportExtEx и SetWindowExtEx :

BOOL WINAPI SetViewportExtEx(
  HDC hdc,       // идентификатор контекста отображения
  int nXExtent,  // значение для xViewExt 
  int nYExtent,  // значение для yViewExt
  SIZE FAR* lpSize); // указатель на структуру SIZE

BOOL WINAPI SetWindowExtEx(
  HDC hdc,       // идентификатор контекста отображения
  int nXExtent,  // значение для xWinExt 
  int nYExtent,  // значение для yWinExt
  SIZE FAR* lpSize); // указатель на структуру SIZE

От функций SetViewportExt и SetWindowExt эти функции отличаются тем, что старые значения переменных, определяющих масштаб преобразования, записываются в структуру SIZE, указатель на которую передается через параметр lpSize.

Изотропный режим отображения удобно использовать в тех случаях, когда надо сохранить установленное отношение масштабов осей X и Y при любом изменении размеров окна, в которое выводится изображение (рис. 2.7 и 2.8).

Анизотропный режим удобен в тех случаях, когда изображение должно занимать всю внутреннюю поверхность окна при любом изменении размеров окна. Соотношение масштабов при этом не сохраняется (рис. 2.9 и 2.10).