Оптимизация вывода графики на экран

1. Описание класса CView
2. Объекты GDI
3. GDI-атрибуты контекста устройства
4. Методы для рисования линий и фигур
5. Пример графической программы с оптимизацией

1. Описание класса CView

Объекты класса CView имеют окно, представляющее собой обычную прямоугольную область экрана, без рамки, меню и других элементов. Вывод в такое окно (в том числе и текста) производится в графическом виде. При работе с этим классом очень важны моменты, рассматриваемые ниже.

Предположим, в окне отображен какой-либо рисунок, который затем перекрыт другим окном, а через некоторое время верхнее окно сдвигается с рисунка. Если перекрывающее окно небольшое, например, окно меню, то при его закрытии перекрытая часть восстанавливается системой Windows. В большинстве же случаев Windows обращается за помощью к владеющему окном приложению и посылает ему сообщение о необходимости восстановить окно. Дело разработчика приложения, реагировать на это сообщение или нет. Если обработка сообщения не предусмотрена, то велика вероятность исчезновения части рисунка из окна.

Итак, для обеспечения корректного отображения информации в окне нужна функция, которая будет перерисовывать содержимое окна всякий раз, когда оно потребуется. Для этого служит метод OnDraw . В качестве параметра этому методу передается указатель на контекст устройства, используя который, можно перерисовать окно.

Работа с графическими устройствами, такими, как принтер, плоттер, дисплей в системе Windows вообще и в Visual C++ в частности является аппаратно-независимой. Это значит, что при программировании под Windows средств прямого доступа к аппаратуре нет. Все взаимодействие с ней производится через функции API (Application Program Interface). При этом для вывода на графические устройства используется один и тот же набор функций.

Для того, чтобы определить, на какое устройство осуществляется вывод, в Windows и в Visual C++ используется понятие контекста устройства (device context). Далее везде будет рассматриваться контекст устройства, реализованный в Visual C++. Контекст устройства - это объект класса CDC, содержащий все методы для построения изображения в окне. Кроме того, он содержит данные о графическом устройстве вывода. Для осуществления вывода создается контекст устройства и тем самым определяется конкретное устройство для вывода. А далее к созданному объекту можно применять все имеющиеся методы класса CDC.

При выводе многие параметры долгое время остаются неизменными, например, цвет линии и другие. Указывать все такие параметры при каждом обращении к методам вывода неудобно. Контекст устройства содержит целый ряд таких параметров, обычно их называют атрибутами контекста устройства. Методы имеют лишь те параметры, что определяют существо их действия, а остальные атрибуты для рисования берутся из контекста устройства. При создании контекста устройства его атрибуты устанавливаются по умолчанию. Затем их можно изменять методами класса CDC.

При работе с окнами обычно "повреждается" только часть окна, так что перерисовывать все окно неэкономно. Поэтому система Windows фиксирует не только необходимость перерисовки, но и информацию о поврежденной области (invalid region). Но более важным является понятие поврежденный прямоугольник (invalid rectangle) - минимальный прямоугольник, покрывающий поврежденную область. Windows и Visual C++ обеспечивают следующие возможности при работе с поврежденным прямоугольником:

Методы GetUpdateRect и GetUpdateRgn класса CWnd позволяют получить описание поврежденного прямоугольника и поврежденной области.

Если производить перерисовку стандартным путем (например, внутри метода обработки сообщения OnDraw), то рисование в окне результативно только в области поврежденного прямоугольника. В этом случае говорят, что поврежденный прямоугольник задает область усечения, вне которой содержимое окна не изменяется.

Если в момент возникновения поврежденной области сформированное ранее системой Windows сообщение WM_PAINT о необходимости перерисовки окна не было обработано приложением и стоит в очереди приложения, новое сообщение WM_PAINT в очередь не добавляется. В качестве поврежденной области берется минимальный прямоугольник, покрывающий одновременно старый и новый прямоугольники.

Методы Invalidate, InvalidateRect и InvalidateRgn класса CWnd позволяют объявить соответственно клиентскую область, некоторые прямоугольник и область окна поврежденными и послать сообщение WM_PAINT в очередь приложения.

Методы ValidateRect и ValidateRgn класса CWnd позволяют отменить объявление некоторого прямоугольника или области поврежденными. Это ведет к корректировке текущего поврежденного прямоугольника.

При создании окна поврежденный прямоугольник устанавливается равным клиентской части окна. Обработчик сообщения Update класса CView также устанавливает поврежденный прямоугольник равным клиентской части окна.

2. Объекты GDI

При рисовании фигур в Visual C++ используются специальные объекты GDI, т.е. объекты интерфейса графического устройства (GDI - Graphics Device Interface) системы Windows.

Как и любые другие объекты в Visual C++, они должны быть созданы соответствующим образом. Создание объекта должно включать в себя и связывание с соответствующим объектом системы Windows. Эта операция осуществляется методом, имя которого начинается с префикса Create. Он может быть выполнен как после создания объекта Visual C++, так и в конструкторе объекта:

CPen Pen1; Pen1.CreatePen(PS_DOT, 5, RGB(0,0,0)); // вариант 1
CPen Pen2(PS_DOT, 5, Rface="Courier New">GB(0,0,0)); // вариант 2

При завершении работы с объектом GDI необходимо обеспечить (вернее, не нарушать) его автоматическое удаление при выходе из соответствующей области видимости.

Перо - объект для рисования линий. При создании пера можно задать его ширину, цвет и тип линии. Для создания пера используются метод CreatePen.

Кисть представляет собой растровое изображение размером 8х8 пикселей для заполнения различных областей. Различают два варианта понятия кисти: логическая и физическая. Объект GDI задает логическую кисть, которая определяет полный набор свойств: цвет, стиль и т.п., - указываемых при ее создании. Возможно, не все эти свойства могут быть реализованы на данном компьютере. Свойства физической кисти реально воспроизводятся физическими устройствами. Они являются наиболее близким реализуемым приближением к свойствам логической кисти.

Различают четыре вида логических кистей, для создания которых используются различные методы:

Для создания сплошной кисти, все пиксели которой одного цвета, используется метод CreateSolidBrush. Стандартные кисти уже имеются в операционной системе (таких кистей 7). Чтобы их создать, используется метод CreateStockBrush. Этот метод на самом деле создает только объект класса CBrush. Сама кисть берется готовой из операционной системы. Штриховые кисти имеют цвет и штриховой рисунок. Имеется 6 видов рисунка. Кисти создаются такими методами CreateHatchBrush и GreateSysColorBrush. Шаблонные кисти могут иметь произвольный рисунок, задаваемый растровым изображением (BMP), либо аппаратно-независимым растровым изображением (DIB). Для создания кисти используются методы CreatePatternBrush, CreateDIBPatternBrush.

Растровое изображение представляет собой объект, инкапсулирующий прямоугольную область, состоящую из пикселов. Создав такой объект, можно затем задавать в этой области любое изображение, а также считывать и записывать ее в файл и производить с ней другие действия.

Палитры появились потому, что многие типы мониторов физически могут воспроизводить очень много цветов, а видеокартам не хватает видеопамяти, чтобы поддерживать все цвета одновременно. Например, монитор воспроизводит сотни тысяч цветов, а видеокарта отводит для одного пиксела байт и тем самым может хранить 256 цветов для окраски одной точки. Для более полного использования возможностей монитора и существуют палитры. Они сопоставляют цвета числам от 0 до 2ⁿ-1, которые могут храниться в ячейке, отведенной для одного пиксела.

В Windows различают понятия физической и логической палитры. Логическая предназначена для работы самого приложения. Программист не ограничен в выборе палитры. Два приложения могут использовать две различные палитры и осуществлять вывод на один и тот же экран. При этом физическая, естественно, может быть установлена только одна.

Когда нужного цвета логической палитры нет в физической, Windows пытается добавить его, а если это невозможно, коммутирует этот цвет логической палитры с наиболее близким цветом физической.

Для создания палитры используются методы CreatePalette и CreateHalftonePalette. Созданную палитру можно изменить методом SetPaletteEntries.

В Windows существует еще один способ управления цветом - макросом RGB. Он задает функцию, возвращающую значение типа COLORREF. У нее три параметра, задающий красный, зеленый и голубой компонент устанавливаемого цвета. Каждый компонент может принимать значения от 0 до 255. Итоговый цвет получается смешением красного, зеленого и синего цветов в соответствующих пропорциях.

3. GDI-атрибуты контекста устройства

Значениями ряда атрибутов контекста устройства являются объекты GDI. Как отмечалось ранее, в вызовах методов, рисующих фигуры на экране, многие параметры не указываются, а берутся из атрибутов контекста устройства. Чтобы эти параметры отличались от установленных в контексте устройства по умолчанию, необходимо:

Сохранить старое значение атрибута. Установить новое. Выполнить необходимые действия. Восстановить старое значение атрибута.

Последовательность этих действий иллюстрируется примером:

void CMyView::OnDraw(CDC* pDC)
{

CPen Pen;
if(Pen.CreatePen(PS_SOLID,2,RGB(0,0,0))
{

// сохранение старого и установление нового значения атрибута
CPen* pOldPen=pDC->SelectObject(&Pen);
// выполнение необходимых действий
pDC->MoveTo(....); pDC->LineTo(....);
// восстановление старого значения атрибута
pDC->SelectObject(pOldPen);

}

}

Метод SelectObject в качестве результата возвращает указатель на текущее перо и делает текущим перо, указанное в качестве параметра метода.

4. Методы для рисования линий и фигур

Для установки цвета пикселя с логическими координатами (x,y) используются метод SetPixel. Получить значение цвета пикселя можно методом GetPixel.

Цвет задается функцией RGB. Как уже отмечалось выше, если в физической палитре нет данного цвета, задаваемого фактическим параметром, Windows устанавливает наиболее близкий цвет. Он-то и возвращается методом SetPixel. Следует также отметить, что, хотя координаты являются логическими, устанавливается цвет только одного пикселя, даже если единица измерения для текущей системы координат иная.

Прежде, чем описывать методы для рисования линий, рассмотрим два важных для них атрибута контекста устройства.

Первый называют текущим пером. Его значением является перо как объект GDI. Любая линия (в том числе и ограничивающая фигуру) рисуется пером. Если метод не содержит явного параметра, задающего перо, то для рисования берется текущее перо, которое можно установить методом SelectObject. Или, если в качестве параметра передать одну из констант BLACK_PEN, NULL_PEN, WHITE_PEN, то методом SelectStockObject

Второй важный атрибут - текущая позиция пера. Чтобы изменить координаты текущей позиции пера, используются метод MoveTo. Чтобы нарисовать прямую линию от текущей позиции пера до нужной точки с логическими координатами (x,y), используется метод LineTo. После выполнения метода LineTo заданная в нем точка становится текущей позицией пера.

Если имеется массив точек и требуется соединить линией каждую следующую точку с предыдущей, можно использовать метод PolyLine, в котором первый параметр - указатель на массив элементов типа POINT, а второй равен количеству точек. При выполнении этого метода текущая позиция пера не изменяется.

Следующий метод аналогичен PolyLine за исключением того, что он устанавливает текущую позицию пера равной последней точке массива - PolyLineTo.

Если же требуется соединить между собой все точки, содержащиеся в массиве, можно вызвать метод PolyPolyline.

В Visual C++ имеются методы для рисования: прямоугольника (Rectangle); эллипса (Ellipse); скругленного прямоугольника (RoundRect); сегмента эллипса (Chord); сектора эллипса (Pie); замкнутого многоугольника; составного замкнутого многоугольника.

Для рисования фигур важен атрибут контекста устройства, называемый текущей кистью. Он задает кисть как объект GDI, с помощью которого производится закрашивание внутренней области фигуры. Текущая кисть устанавливается методом SelectObject или SelectStockObject, если в качестве параметра передать одну из констант: BLACK_BRUSH, DKGRAY_BRUSH, GRAY_BRUSH, HOLLOW_BRUSH, LTGRAY_BRUSH, NULL_BRUSH, WHITE_BRUSH.

5. Пример графической программы с оптимизацией

1. Все графические функции описывабтся в OnPaint().
2. Далее в другом месте программы вызываются функции Invalidate, InvalidateRect или InvalidateRgn.
3. Такой тип построения программы не совсем верен, так как в таком случае обычно всё мигает и это нервирует.
4. Есть немного другой способ работы с графикой и ниже он будет описан.

1. Вся графика рисуется в какой-то функции F().
2. По событию таймера или по другим событиям вызывается F().
3. Эдементы графики рисуются сначала в памяти, а потом выводятся на экран.
4. Предворительные расчёты можно вести как в F() так и в других частях программы.
5. Функция OnPaint() содержит копию функции F(), это нужно только для перерисовки окна при изменении его положения или размера.