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逻辑坐标,Windows映射形式

发布时间:2019-11-19 04:46编辑:操作系统浏览(69)

    最近在学Win32的编程,看的是《Windows程序设计第5版》一书,这本书是台湾人翻译的,有些译法和大陆不一样,书中还有一些错误的地方,很多时候需要中英文对照阅读,下载请点击

    Windows应用程序绘制图形时使用的是一种逻辑单位,每个逻辑单位的大小由映射模式决定, 这个逻辑单位既可以与设备单位(屏幕或打印机上的一个像素点)相同,也可以是一种物理单 位(如毫米),还可以是用户自定义的一种单位。在Windows应用程序中,只要与输出有关系,都 要使用映射模式。本文的目的是帮助读者了解映射模式的一些基本知识,并对在使用中经常 出现的一些问题提出解决方案。

    一、映射模式基本知识
    当Windows应用程序在其客户区绘制图形时,必须给出在客户区的位置,其位置用x和y 两个坐标表示,x表示横坐标,y表示纵坐标。在所有的GDI绘制函数中,这些坐标使用的是一 种"逻辑单位"。当GDI函数将输出送到某个物理设备上时,Windows将逻辑坐标 转换成设备坐标(如屏幕或打印机的像素点)。逻辑坐标和设备坐标的转换是由映射模式决 定的。映射模式被储存在设备环境中。GetMapMode函数用于从设备环境得到当前的映射模 式,SetMapMode函数用于设置设备环境的映射模式。
    1.逻辑坐标

    好了,下面开始正文:

    逻辑坐标是独立于设备的,它与设备点的大小无关。使用逻辑单位,是实现"所见即所得"的基础。当程序员在调用一个画线的GDI函数LineTo,画出25.4mm(1英寸) 长的线时,他并不需要考虑输出的是何种设备。若设备是VGA显示器,Windows自动将其转化为96个像素点;若设备是一个300dpi的激光打印机,Windows自动将其转化为300个像素点。

    在看到GDI(GDI Graphic Device Interface图形设备接口)映射方式这一节的时候,书中又是逻辑坐标,又是设备坐标,又是视口,窗口,又是视埠什么的,搞得人头都大了。虽然我现在还没有完全读懂,但是我感觉我已经抓住了理解这些东西的主线,下面的东西就当作我的笔记吧:

    2.设备坐标

    1.逻辑坐标和设备坐标

    Windows将GDI函数中指定的逻辑坐标映射为设备坐标,在所有的设备坐标系统中,单位以像素点为准,水平值从左到右增大,垂直值从上到下增大。

       首先,逻辑坐标这个名词就让很多人望而却步,确实,不能“望文生义”地理解的翻译就不是好翻译   ------鲁迅。哈哈,开个玩笑,我们要理解这两个东西,首先要想到如果你要用Win32要绘制一个东西,该怎么做呢?比如绘制一个矩形,假设我们调用的是Rectangle(hdc,30,20,50,80),(这个函数的用法是Rectangle(hdc,left,top,right,bottom),我叫雷锋,不用谢我)。可以看到,跟很多GDI函数一样,这个函数里面使用了很多数字,坐标。让我们回忆一下小学知识,绘制一个东西,不仅应当搞清楚他的长度,还应该搞清楚他的单位,那么这里的30,20,50,80的单位是什么呢?很多人会说,是像素!这个答案是对的,但是又不全对。事实上,Windows默认的映射方式(Mapping Mode,简称就是MM)是MM_TEXT,在MM_TEXT映射方式(TEXT实际上跟文字没有多大关系,是这种映射方式下的坐标方向,从左到右,从上到下,跟文字阅读方式一样)下,这个单位确实是像素。实际上,逻辑坐标和设备坐标的区别就在于他们的单位不一样!

    Windows中包括以下3种设备坐标,以满足各种不同需要:

    下面我们拿出一个公式

    (1)客户区域坐标,包括应用程序的客户区域,客户区域的左上角为(0,0)。

               图片 1

    (2)屏幕坐标,包括整个屏幕,屏幕的左上角为(0,0)。屏幕坐标用在WM_MOVE消息中(对于非子窗口)以及下面的Windows函数中:CreateWindow和MoveWindow(都对于非子窗口)、GetMessage、GetCursorPos、GetWindowRect、WindowFromPoint和SetBrushOrg中。用函数ClientToScreen和ScreenToClient可以将客户区域坐标转换成屏幕区域坐标,或反之。

    要讲上面的公式,就要先说一下视口(Viewport 台湾译作视埠)和窗口(Window 台湾译作视窗)

    (3)全窗口坐标,包括一个程序的整个窗口,包括标题条、菜单、滚动条和窗口框,窗口的左上角为(0,0)。使用GetWindowDC得到的窗口设备环境,可以将逻辑单位转换成窗口坐标。

    首先,不要被这两个名字迷惑了,这两个坐标是跟映射有关的,跟屏幕坐标系,窗口坐标系,客户端坐标系是相对独立的两个知识。

    3.逻辑坐标与设备坐标的转换方式

    其实公式拿出来,学数学的小伙伴是不是就懂了大半了,这个公式非常重要,理解了这个公式,后面的很多东西就能理解,首先,公式中的Window,WinOrg,WinExt,就是带了Win的东西,就是使用的逻辑坐标的值,就跟GDI函数中的一样,逻辑坐标的单位可能是像素(MM_TEXT映射)、毫米(单位是0.1mm,在MM_LOMETRIC映射下)等等等等(看下图).

    映射方式定义了Windows如何将GDI函数中指定的逻辑坐标映射为设备坐标。要继续讨论映射方式我们要介绍Windows有关映射模式的一些术语:我们将逻辑坐标所在的坐标系称为"窗口",将设备坐标所在的坐标系称为"视口"。

    图片 2

    "窗口"依赖于逻辑坐标,可以是像素点、毫米或程序员想要的其他尺度。

    就是说我们在调用Win32函数绘图的时候,要知道自己使用的单位(根据映射模式确定的)。因为绘图函数里的数值,使用的就是这些单位,虽然默认的MM_TEXT映射模式使用的单位就是像素,但是很多时候其他单位也很有用,比如你要做一个屏幕尺子的时候,你要用尺子量一下物体有几厘米。尺子上的刻度就可以用其他的映射模式来画。但是屏幕在显示的时候却不能只知道逻辑坐标几厘米啊,屏幕得知道具体的像素位置才行啊!那这个时候,就需要用到上面的公式转换了。讲到这里,公式里的ViewExt/WinExt是什么意思就很明显了。那就是在当前逻辑坐标系下(比如几厘米,打比方哈),实际上是上面映射模式表格里的单位)对应的设备坐标应该是多少个像素!这样转换过后,得到实际的Viewport,就是该逻辑点在屏幕上的位置。

    "视口"依赖于设备坐标(像素点)。通常,视口和客户区域等同。但是,如果程序员用GetWindowDC或CreateDC获取了一个设备环境,则视口也可以指全窗口坐标或屏幕坐标。点(0,0)是客户区域的左上角。x的值向右增加,y的值向上增加。

    所以说视口和窗口实际上是表示的同一块区域,只不过是因为单位和原点的不同,需要进行映射,逻辑单位就是窗口,就是Window,就是像素,毫米,英寸,就是给人用的单位,就是设备无关的单位,设备单位就是视口,就是Viewport,就只能是像素,就是给设备用的单位,确定的一厘米,在不同的设备上的像素数可能会有区别,所以是设备相关的单位。

    对于所有映射模式,Windows都用下面两个公式将窗口坐标转换成视口坐标:

     

    1. xViewport = (xWindow - xWinOrg) * (xViewExt / xWinExt) + xViewOrg
    2. yViewport = (yWindow - yWinOrg) * (yViewExt / yWinExt) + yViewOrg

    要注意的是在上述的5映射模式下,ViewExt/WinExt的比例都是已经确定了,不能更改的,如果要更改两个值,只能在MM_ISOTROPIC和MM_ANISOTROPIC映射模式下使用SetViewportExtEx()和SetWindowExtEx()更改。而且这两个函数在上面5种映射方式下无效。

    其中,(xWindow,yWindows)是待转换的逻辑点,(xViewport,yViewport)是转换后的设备点。如果设备坐标是客户区域坐标或全窗口坐标,则Windows在画一个对象前,还必须将这些坐标转换成屏幕坐标。

    最后,这些映射模式,视口原点(ViewOrg),窗口原点(WinOrg)等,都是设备内容(DC Device Context,又译作装置内容、设备上下文等)的属性,设备内容其实就是你绘制的区域。有三种BeginPaint(在WM_PAINT时绘制无效区域),GetDC是客户端区域(在更新时绘制整个客户区域),GetWindowsDC是整个窗口区域(可以绘制包括窗口标题栏,菜单栏区域)。这些知识细讲的话又是另一篇博客了

    这两个公式使用了分别指定窗口和视口原点的点:(xWinOrg,yWinOrg)是逻辑坐标的窗口原点;(xViewOrg,yViewOrg)是设备坐标的视口原点。在缺省的设备环境中,这两个点均设置为(0,0),但它们可以改变。此公式意味着,逻辑点(xWinOrg,yWinOrg)总被映射为设备点(xViewOrg,yViewOrg)。

     

    Windows还能将视口(设备)坐标转换为窗口(逻辑)坐标:

     

    1. xWindow=(xViewport-xViewOrg)*(xWinExt/xViewExt)+xWinOrg
    2. yWindow=(yViewport-yViewOrg)*(yWinExt/yViewExt)+yWinOrg

    所以只要牢记开头的公式,得到正确的对应的参数,就可以画出需要的图形。

    可以使用Windows提供的两个函数DPtoLP和LPtoDP在设备坐标及逻辑坐标之间互相转换。

     

    4.映射模式的种类

    Windows定义了表1所列出的8种映射方式。

    映 射 方 式 逻 辑 单 位 X 轴 增 加 Y 轴 增 加 毫 米
    MM_TEXT 像 素 点 与 设 备 有 关
    MM_LOMETRIC 0. 1mm 0.1
    MM_HIMETRIC 0. 01mm 0.01
    MM_LOENGLISH 0. 01英寸 0.254
    MM_HIENGLISH 0.001英寸 0.0254
    MM_TWIPS 1/1440英寸 0.0176
    MM_ISOTROPIC 任 意(x=y) 可 选 可 选 可 设
    MM_ANISOTROPIC 任 意(x!=y) 可 选 可 选 可 设

    注:MM_TWIPS经常在打印机上,单位是1/20磅(1磅=1/72英寸)。

    上述映射模式中又可分成以下3类:

    1. MM_TEXT映射模式这种映射模式被称为"文本"映射方式,不是因为它对 于文本最合适,而是轴的方向与读文本的方向一致。Windows提供了函数SetViewportOrg和SetWindowOrg 用来设置视口和窗口的原点。缺省的窗口原点和视口原点均为(0,0),可以改变;缺省的窗 口范围和视口范围均为(1,1),不可改变。
    2. 度量映射方式MM_LOMETRIC、MM_HIMETRIC、MM_LOENGLISH、MM_HIENGLISH和MM_TWIPS 将1个逻辑单位映射为固定的实际单位,其中1twip等于0.0176mm(1/1440英寸)。其他映射模式对应的物理单位参见表1。设置了映射模式以后,Windows自动设置了窗口及视口的范围,范围本身的值并不重要,但范围比是一个固定的值,对于MM_LOMETRIC,Windows计算范围比xViewExt/xWinExt=0.1mm中水平像素的点数。
    3. 自定义映射模式MM_ISOTROPIC和MM_ANISOTROPIC两种映射模式允许程序员设置自己的窗口和视口范围。MM_ISOTROPIC和MM_ANISOTROPIC的区别是所设置的x轴和y轴的的范围必须相同,而MM_ANISOTROPIC所设置的x轴和y轴的的范围可以不同。isotropi的意思是" 在所有方向相同",anisotropic的意思正相反。自定义映射模式中窗口和视口的原点和范围都可以改变,程序员可以设置自己需要的映射模式。函数SetWindowExt和SetViewportExt 用于改变窗口和视口的范围。下面的代码将1个逻辑单位映射成0.396mm(1/64英寸)。
    SetMapMode(hDC, MM_ISOTROPIC); 
    SetWindowExt(64, 64); 
    SetViewportExt(hdc,GetDeviceCaps(hdc,LOGPIXELSX),GetDeviceCaps(hdc, LOGPIXELSY)); 
    

    二、与映射模式有关的问题的解决
    实际应用中,程序员会遇到一些与显示模式有关的问题。例如OLEServer中映射模式 的设置、如何减少逻辑坐标与设备坐标间相互转换的误差等。下面,笔者就讨论一下这两个 问题的解决方法。
    1.OLEServer中映射模式的设置方法

    开发OLEServer应用程序时,如果程序员直接调用SetMapMode函数将映射模式设置成度量映射方式中的一种后,在Windows95/98上程序会正常运行,但在WindowsNT上对象显示的大小比边框小。经过笔者研究后,发现WindowsNT上OLEServer应使用基于逻辑英寸的映射方式。在讨论如何设置基于逻辑英寸的映射方式前,我们先介绍一下逻辑英寸的概念。

    Windows在显示时以"逻辑英寸"为单位,逻辑英寸比实际的英寸要大。如果Windows程序使用实际英寸,则普通的10磅文本在显示器上就会小到几乎难以辨认,因此Windows使用放大了的"逻辑英寸"来表示文本。逻辑英寸只影响显示,而不影响打印。

    使用GetDeviceCaps函数可得到当前设备的各种能力,其第一个参数nIndex指示要获取信息的类型。当nIndex为HORZSIZE和VERTSIZE时,可得到显示区域的宽度和高度;当nIndex 为HORZRES和VERTRES时,可得到每个水平和垂直方向的像素数即分辨率;当nIndex的值为LOGPIXELSX 和LOGPIXELSY时,可得到水平和垂直方向每逻辑英寸所含像素数。

    在介绍了逻辑英寸的知识以后,很容易将OLEServer设置为基于逻辑英寸的映射模式。如果程序员仅仅调用SetMapMode(hdc,MM_LOENGLISH)来设置映射模式,当前的映射模式为物理英寸,而不是逻辑英寸。设置逻辑英寸必须自定义窗口和视口的范围,使xViewExt/xWinExt =0.01逻辑英寸中水平像素的点数,当xViewExt=LOGPIXELSX,xWinExt=100时,其比值正好满足上述要求。

    以下是设置映射模式的代码。

    intxLogPixPerInch = GetDeviceCaps(hdc, LOGPIXELSX); 
    intyLogPixPerInch = GetDeviceCaps(hdc, LOGPIXELSY); 
    SetMapMode(MM_ANISOTROPIC); 
    SetWindowExt(100, 100); 
    SetViewportExt(xLogPixPerInch, yLogPixPerInch); 
    

    上述代码中调用SetMapMode函数将映射模式设置为自定义的,该调用必须位于SetWindowExt 和SetViewportExt调用之前,否则设置将会无效。
    上述代码实际上将映射模式设置成逻辑MM_LOENGLISH,若程序员需要设置逻辑MM_LOMETRIC、MM_HIMETRIC、MM_HIENGLISH 或MM_TWIPS,只需修改上述代码中的SetWindowExt的参数,该参数实际上是每英寸所包含的各种映射模式下的单位数。根据表1中各映射模式的参数,可得到表2中每英寸所对应的各逻辑单位的个数。

    例如,要设置逻辑MM_TWIPS,函数SetWindowExt中的参数为应1440。

    2.逻辑坐标与设备坐标转换时误差的处理

    表2

    映 射 模 式 每 英 寸 所 对 应 的 逻 辑 单 位 数
    MM_LOENGLISH 100
    MM_HIENGLISH 1000
    MM_LOMETRIC 254
    MM_HIMETRIC 2540
    MM_TWIPS 1440

    当我们将映射模式设置成基于逻辑英寸的MM_LOMETRIC时,窗口的范围设为256,视口的范围设为96(在VGA显示器下LOGPIXELSX的值),约2.6个逻辑单位对应1个像素,这显然会造成不小的误差,它会表现在应用程序的各个方面:客户区的一个部分没有被刷新;对象之间本来没有间距,却显示出有间距;对象在屏幕的不同位置上会缩小或增大一个像素等问题。

    可以采取以下两个步骤避免转换误差。(1)尽量选择窗口范围和视口范围比可以整除的映射方式,例如基于逻辑英寸的MM_TWIPS其窗口范围和视口范围比1440/96,可简化为15/1,从设备坐标转化为逻辑坐标时没有误差,从消除误差角度看,MM_TWIPS比其他几个映射模式都要好。(2)窗口范围和视口范围比不能整除时,也尽量将其简化,例如,当采用0.3900mm 中的将1个逻辑单位映射成1/64英寸的映射方式时,其窗口范围和视口范围比值为64/96,可简化为2/3。如果我们将逻辑单位的值都取为2的倍数,设备单位的值都取为3的倍数,转换后就没有精度的丢失了。

    综上所述,如果我们能够根据映射模式值的特点,逻辑坐标和设备坐标都取经简化的窗口和视口范围值的倍数,则逻辑坐标和设备坐标间的转化将没有误差。

    (作者地址:清华大学科技产业楼401室,100084)

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