Стэн Трухильо - Графика для Windows средствами DirectDraw

Аппаратные требования

Вам потребуется компьютер с процессором Pentium и выше. Под Windows NT необходимо иметь 32 Мбайт RAM, а под Windows 95 — не менее 16 Мбайт. Общий принцип остается прежним — чем больше, тем лучше. Также потребуется дисковод CD-ROM.

Наконец, понадобится видеокарта, поддерживаемая библиотекой DirectDraw (на данный момент DirectDraw поддерживают практически все современные видеокарты).

Пора заняться делом. Начнем с краткого курса DirectDraw.

Глава 1. Краткий курс DirectDraw

Полностью рассмотреть в одной главе всю библиотеку DirectDraw было бы нереально. В конце концов, даже о простейших аспектах DirectDraw написаны целые книги. DirectDraw представляет собой мощный и гибкий API, с помощью которого можно создать практически любое графическое приложение Windows. Именно гибкость существенно усложняет любые описания. Следовательно, было бы глупо пытаться рассмотреть все, от начала до конца, в одной главе.

И все же я решил попробовать.

Позвольте мне для начала рассказать о том, чего в этой главе не будет. Несомненно, вам уже приходилось слышать о DirectDraw. Наверняка вы видели демонстрационные программы и игры, написанные на базе этой библиотеки. Я избавлю вас от длинной тирады о светлом будущем графики в Windows. Хорошо написанное приложение DirectDraw говорит само за себя, поэтому мы обойдемся без охов и ахов.

Кроме того, я пропускаю многословные рассуждения о HAL (Hardware Abstraction Layer, прослойка абстрактной аппаратуры), HEL (Hardware Emulation Layer, прослойка эмуляции аппаратуры) и все кошмарные диаграммы, которые встречаются в справочных файлах SDK и некоторых книгах по DirectDraw. Вы читаете эту книгу, чтобы освоить программирование для DirectDraw, а не потому, что собираетесь писать драйверы устройств DirectDraw или изучать тонкости внутреннего устройства библиотеки.

В этой главе мы поговорим о практическом применении DirectDraw с точки зрения программиста. Прежде всего мы разберемся с тем, что же такое DirectDraw, и перейдем к обсуждению DirectDraw API. После этого будут рассмотрены некоторые практические вопросы, несомненно представляющие интерес при программировании для DirectDraw.

Что такое DirectDraw?

Весьма интересное определение DirectDraw можно найти у одного из его самых яростных противников — FastGraph. Графический пакет FastGraph появился уже довольно давно. В настоящее время существует версия FastGraph, которая поддерживает DirectDraw, но скрывает DirectDraw API за своим собственным нестандартным API. Тед и Диана Грубер (Ted and Diana Gruber), создатели и поставщики FastGraph, разместили на своем Web-узле файл, в котором доказывается, что FastGraph лучше DirectDraw.

В числе прочих доводов Груберы заявляют, что DirectDraw представляет собой «просто механизм блиттинга». Такая формулировка оказывается довольно точной, но чрезмерно упрощенной. Правильнее было бы сказать, что DirectDraw — аппаратно-независимый механизм блиттинга, наделенный некоторыми возможностями программной эмуляции. Главная задача DirectDraw как раз и заключается в том, чтобы по возможности быстро и надежно копировать графические изображения в память видеоустройств (блиттинг).

DirectDraw можно рассматривать и с другой точки зрения - как менеджер видеопамяти. DirectDraw распределяет блоки памяти и следит за состоянием каждого блока. Программы могут по своему усмотрению создавать, копировать, изменять и уничтожать такие блоки, причем конкретные подробности этих операций остаются скрытыми от программиста. Такое описание тоже оказывается излишне упрощенным. Во-первых, DirectDraw может использовать не только видеопамять, но и обычную память (RAM). Кроме того, при проектировании менеджеров памяти основное внимание обычно уделяется надежности, а не быстродействию. При проектировании же DirectDraw главной целью было именно быстродействие.

С технической точки зрения DirectDraw представляет собой переносимый API в сочетании с набором драйверов устройств. В своей работе DirectDraw полностью обходит традиционный графический механизм Windows (интерфейс графических устройств, GDI). GDI завоевал дурную славу своим низким быстродействием, поэтому независимость от него крайне важна для достижения оптимальной скорости.

Приняв к сведению все эти описания DirectDraw, давайте познакомимся с некоторыми терминами и концепциями, составляющими неотъемлемую часть используемого жаргона. Мы начнем с простейших, но основных понятий, которые относятся к графике вообще, а затем перейдем к специфике DirectDraw.

Видеорежимом называется набор параметров, поддерживаемый аппаратурой видеокарты (видеоадаптера) и позволяющий организовать вывод графического изображения. Самым известным атрибутом видеорежима является разрешение экрана. По умолчанию в Windows используется видеорежим с разрешением 640×480. Это означает, что на экране выводится 640 пикселей по горизонтали и 480 пикселей по вертикали. Также часто встречаются видеорежимы с разрешением 800×600 и 1024×768. Некоторые видеокарты поддерживают так называемые режимы ModeX. Типичный режим ModeX имеет разрешение 320×200.

Видеорежимы также различаются по глубине пикселей (pixel depth). Этот параметр определяет количество различных значений, принимаемых отдельным пикселем, и, следовательно, количество отображаемых цветов. Например, в видеорежиме с глубиной пикселей в 8 бит каждый пиксель может иметь один из 256 различных цветов. В режимах с 16-битной глубиной пикселей поддерживается отображение до 65536 цветов. Глубина пикселей обычно равна 8, 16, 24 или 32 битам.

Видеорежимы реализуются специальным устройством, установленным на компьютере, — видеокартой. На видеокарте устанавливается отдельная память, не входящая в основную память компьютера. Память, установленную на видеокарте, мы будем называть видеопамятью, а обычную память (RAM) — системной памятью. Объем памяти, необходимой для поддержки определенного видеорежима, определяется разрешением и глубиной пикселей в этом режиме. Например, для видеорежима 640×480×8 (640×480 пикселей, каждый из которых имеет глубину в 8 бит) требуется 307300 байт. Видеорежим 1024×768×16 требует 1572864 байт. Для поддержки видеорежимов используется видеопамять. Следовательно, режимы, поддерживаемые конкретной видеокартой, ограничиваются объемом установленной видеопамяти. Скажем, режим 1024×768×16 не поддерживается видеокартами с 1 Мбайт памяти, потому что для него такой объем памяти недостаточен.

Одна из ключевых возможностей DirectDraw — переключение видеорежимов. Она позволяет приложению DirectDraw обнаружить и активизировать любой режим, поддерживаемый установленной видеокартой. Переключение режимов подробно рассматривается в главе 4.

Основная причина, по которой DirectDraw обеспечивает оптимальное быстродействие, состоит в том, что во всех возможных случаях применяется аппаратное ускорение. Это означает, что видеокарта выполняет некоторые операции с помощью встроенных в нее аппаратных средств. Аппаратное ускорение обладает двумя основными преимуществами. Во-первых, в нем используются средства, спроектированные специально для ускорения графических операций. Тем самым обеспечивается максимальная скорость выполнения всех действий. Во-вторых, аппаратное ускорение освобождает процессор компьютера от необходимости выполнения этих операций, благодаря чему процессор может заняться другими задачами.

Поверхностью (surface) в DirectDraw называется прямоугольная область памяти, обычно содержащая графические данные. Блок памяти, изображающий поверхность, может находиться как в системной, так и в видеопамяти. Хранение поверхностей в видеопамяти обычно повышает скорость работы программы, поскольку большинство видеокарт не может обращаться к системной памяти напрямую.

Поверхности делятся на несколько типов. Простейшими являются внеэкранные (off-screen) поверхности. Внеэкранная поверхность может находиться как в видеопамяти, так и в системной памяти, но не отображается на экране. Такие поверхности обычно используются для хранения спрайтов и фоновых изображений.

Первичная (primary) поверхность, напротив, представляет собой участок видеопамяти, отображаемой на экране. Любая программа DirectDraw, обеспечивающая графический вывод, имеет первичные поверхности. Первичная поверхность должна находиться в видеопамяти.

Первичные поверхности часто бывают составными (complex), или, что то же самое, переключаемыми (flippable). Переключаемая поверхность может участвовать в переключении страниц — операции, при которой содержимое всей поверхности мгновенно отображается на экране с помощью специальных аппаратных средств. Переключение страниц используется во многих графических программах как с поддержкой DirectDraw, так и без, поскольку оно обеспечивает очень гладкую анимацию и устраняет мерцание. Переключаемая первичная поверхность на самом деле состоит из двух поверхностей, одна из которых отображается на экране, а другая — нет. Невидимая поверхность называется вторичным буфером (back buffer). При переключении страниц поверхности меняются местами: та, которая была вторичным буфером, отображается на экране, а та, что ранее отображалась, превращается во вторичный буфер.