Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения

Подождите немного. Документ загружается.

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

!// File Vesa.h

#ifndef __VESA__

#define __VESA__

// 256color modes

#define VESA_640x400x256 0x100

#define VESA_640x480x256 0x101

#define VESA_800x600x256 0x103

#define VESA_1024x768x256 0x105

#define VESA_1280x1024x2560x107

// 32K color modes

#define VESA_320x200x32K 0x10D

#define VESA_640x480x32K 0x110

#define VESA_800x600x32K 0x113

#define VESA_1024x768x32K 0x116

#define VESA_1280x1024x32K0x119

// 64K color modes

#define VESA_320x200x64K 0x10E

#define VESA_640x480x64K 0x111

#define VESA_800x600x64K 0x114

#define VESA_1024x768x64K 0x117

#define VESA_1280x1024x64K0x11A

// 16M color mode

#define VESA_320x200x16M 0x10F

#define VESA_640x480x16M 0x112

#define VESA_800x600x16M 0x115

#define VESA_1024x768x16M 0x118

#define VESA_1280x1024x16M 0x11B

struct VESAInfo

{

char Sign [4];// 'VESA' signature

int Version; // VESA BIOS version

char far * OEM; // Original Equipment Manufactureer string

long Capabilities;

int far * ModeList; // list of supported modes

int TotalMemory; // total memory on board in 64Kb blocks

char Reserved [236];

};

struct VESAModeInfo

{

int ModeAttributes;

char WinAAttributes;

char WinBAttributes;

int WinGranularity;

int WinSize;

unsigned WinASegment;

unsigned WinBSegement;

void far * WinFuncPtr;

int BytesPerScanLine;

// optional data

int XResolution;

int YResolution;

char XCharSize;

char YCharSize;

char NumberOfPlanes;

char BitsPerPixel;

char NumberOfBanks;

char MemoryModel;

char BankSize;

char NumberOfPages;

char Reserved;

// direct color fields

char RedMaskSize;

char RedFieldPosition;

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

char GreenMaskSize;

char GreenFieldPosition;

char BlueMaskSize;

char BlueFieldPosition;

char RsvdMaskSize;

char RsvdFieldPosition;

char DirectColorModeInfo;

char Resererved2 [216];

};

int FindVESA ( VESAInfo& );

int FindVESAMode ( int, VESAModeInfo& );

int SetVESAMode ( int );

int GetVESAMode ();

void SetVESABank ();

#endif

!// File Vesa.cpp

#include <conio.h>

#include <dos.h>

#include <process.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include "Vesa.h"

#define LOWORD(l) ((int)(l))

#define HIWORD(l) ((int)((l) >> 16))

inline int RGBColor ( int red, int green, int blue )

{

return ( ( red >> 3 ) << 10 ) | ( ( green >> 3 ) << 5 ) | ( blue >> 3 );

}

static int CurBank = 0;

static int Granularity = 1;

static VESAModeInfoCurMode;

int FindVESA ( VESAInfo& vi )

{

#if defined(__COMPACT__) || defined(__LARGE__) || defined(__HUGE__)

asm {

push es

push di

les di, dword ptr vi

mov ax, 4F00h

int 10h

pop di

pop es

}

#else

asm {

push di

mov di, word ptr vi

mov ax, 4F00h

int 10h

pop di

}

#endif

if ( _AX != 0x004F )

return 0;

return !strncmp ( vi.Sign, "VESA", 4 );

}

int FindVESAMode ( int mode, VESAModeInfo& mi )

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

{

#if defined(__COMPACT__) || defined(__LARGE__) || defined(__HUGE__)

asm {

push es

push di

les di, dword ptr mi

mov ax, 4F01h

mov cx, mode

int 10h

pop di

pop es

}

#else

asm {

push di

mov di, word ptr mi

mov ax, 4F01h

mov cx, mode

int 10h

pop di

}

#endif

return _AX == 0x004F;

}

int SetVESAMode ( int mode )

{

if ( !FindVESAMode ( mode, CurMode ) )

return 0;

Granularity = 64 / CurMode.WinGranularity;

asm {

mov ax, 4F02h

mov bx, mode

int 10h

}

return _AX == 0x004F;

}

int GetVESAMode ()

{

asm {

mov ax, 4F03h

int 10h

}

if ( _AX != 0x004F )

return 0;

else

return _BX;

}

void SetVESABank ( int start )

{

if ( start == CurBank )

return;

CurBank = start;

start *= Granularity;

asm {

mov ax, 4F05h

mov bx, 0

mov dx, start

push dx

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

int 10h

mov bx, 1

pop dx

int 10h

}

void WritePixel ( int x, int y, int color )

{

long addr = (long)CurMode.BytesPerScanLine * (long)y + (long)(x<<1);

SetVESABank ( HIWORD ( addr ) );

poke ( 0xA000, LOWORD ( addr ), color );

}

main ()

{

VESAInfo Info;

if ( !FindVESA ( Info ) )

{

printf ( "VESA VBE not found" );

exit ( 1 );

}

if ( !SetVESAMode ( VESA_640x480x32K ) )

{

printf ( "Mode not supported" );

exit ( 1 );

}

for ( int i = 0; i < 256; i++ )

for ( int j = 0; j < 256; j++ )

{

WritePixel ( 320i, 240j, RGBColor ( 0,j,i) );

WritePixel ( 320+i, 240j, RGBColor ( i,j,i) );

WritePixel ( 320+i, 240+j, RGBColor ( j,i,i) );

WritePixel ( 320i, 240+j, RGBColor ( j,0,i) );

}

getch ();

}

При помощи функции FindVESA можно получить информацию о наличии VESA BIOS, а

также узнать все режимы, доступные для данной карты.

Функция FindVESAMode возвращает информацию о режиме в полях структуры

VESAModeInfo.

Укажем наиболее важные поля.

Поле Размер в

байтах

Комментарий

ModeAttributes 2 Характеристики режима: бит 0  режим доступен, бит 1  режим

зарезервирован, бит 2  BIOS поддерживает вывод в этом

режиме, бит 3  режим цветной, бит 4  режим графический

WinAAttributes 1 Характеристики банка А: бит 0  банк поддерживается, бит 1  из

банка можно читать, бит 2  в банк можно писать

WinBAttributes 1 Характеристики банка В

WinGranularity 2 Шаг установки банка в килобайтах

WinSize 2 Размер банка

WinASegment 2 Сегментный адрес банка А

WinBSegment 2 Сегментный адрес банка В

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

BytesPerScanLine 2 Количество байт под одну строку

BitsPerPixel 1 Количество бит, отводимых под один пиксел

NumberOfBanks 1 Количество банков памяти

Приведем программу, выдающую информацию по всем доступным VESAрежимам.

! // File Vesalnfo.cpp

char * ColorInfo ( int bits )

{

switch ( bits )

{

case 4: return "16 colors";

case 8: return "256 colors";

case 15: return "32K colors ( HiColor )";

case 16: return "64K colors ( HiColor )";

case 24: return "16M colors ( TrueColor )";

default: return "";

}

void DumpMode ( int mode )

{

VESAModeInfo mi;

if ( !FindVESAMode ( mode, mi ) )

return;

if ( ( mi.ModeAttributes & 1 ) == 0 ) // not available now

return;

printf ( "\n%4X %10s %4dx%4d %2d %s", mode,

mi.ModeAttributes & 0x10 ? "Graphics" : "Text",

mi.XResolution, mi.YResolution, mi.BitsPerPixel,

ColorInfo ( mi.BitsPerPixel ) );

}

main ()

{

VESAInfo Info;

char str [256];

if ( !FindVESA ( Info ) )

{

printf ( "VESA VBE not found" );

exit ( 1 );

}

_fstrcpy ( str, Info.OEM );

printf ( "\nVESA VBE version %d.%d\nOEM: %s\nTotal memory: %dKb\n",

Info.Version >> 8, Info.Version & 0xFF, str, Info.TotalMemory * 64 );

for ( int i = 0; Info.ModeList [i] != 1; i++ )

DumpMode ( Info.ModeList [i] );

}

Непалитровые режимы адаптеров SVGA

Ряд SVGAкарт поддерживают использование так называемых непалитровых режимов 

для каждого пиксела вместо индекса в палитре непосредственно задается его RGBзначение.

Обычно такими режимами являются режимы HiColor (15 или 16 бит на пиксел) и

TrueColor (24 бита на пиксел).

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

Видеопамять для этих режимов устроена аналогично 256цветным режимам SVGA  под

каждый пиксел отводится целое количество байт памяти (2 байта для HiColor и 3 байта для

TrueColor), и все они расположены подряд и сгруппированы в банки.

Наиболее простой является организация режима TrueColor (16 миллионов цветов)  под

каждую из трех компонент цвета отводится по одному байту.

Несколько сложнее организация режимов HiColor, где под каждый пиксел отводится по 2

байта и возможны два варианта:

• под каждую компоненту отводится по 5 бит, последний бит не используется (32 тысячи

цветов);

• под красную и синюю компоненты отводится по 5 бит, под зеленую  6 бит (64 тысячи

цветов).

Ниже приводится простая программа, иллюстрирующая работу с режимом HiColor 32

тысячи цветов.

! // File HiColor.cpp

#include <conio.h>

#include <dos.h>

#include <process.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include "Vesa.h"

#define LOWORD(l) ((int)(l))

#define HIWORD(l) ((int)((l) >> 16))

inline int RGBColor ( int red, int green, int blue )

{

return ( ( red >> 3 ) << 10 ) | ( ( green >> 3 ) << 5 ) | ( blue >> 3 );

}

static int CurBank = 0;

static int Granularity = 1;

static VESAModeInfoCurMode;

int FindVESA ( VESAInfo& vi )

{

#if defined(__COMPACT__) || defined(__LARGE__) || defined(__HUGE__)

asm {

push es

push di

les di, dword ptr vi

mov ax, 4F00h

int 10h

pop di

pop es

}

#else

asm {

push di

mov di, word ptr vi

mov ax, 4F00h

int 10h

pop di

}

#endif

if ( _AX != 0x004F )

return 0;

return !strncmp ( vi.Sign, "VESA", 4 );

}

int FindVESAMode ( int mode, VESAModeInfo& mi )

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

{

#if defined(__COMPACT__) || defined(__LARGE__) || defined(__HUGE__)

asm {

push es

push di

les di, dword ptr mi

mov ax, 4F01h

mov cx, mode

int 10h

pop di

pop es

}

#else

asm {

push di

mov di, word ptr mi

mov ax, 4F01h

mov cx, mode

int 10h

pop di

}

#endif

return _AX == 0x004F;

}

int SetVESAMode ( int mode )

{

if ( !FindVESAMode ( mode, CurMode ) )

return 0;

Granularity = 64 / CurMode.WinGranularity;

asm {

mov ax, 4F02h

mov bx, mode

int 10h

}

return _AX == 0x004F;

}

int GetVESAMode ()

{

asm {

mov ax, 4F03h

int 10h

}

if ( _AX != 0x004F )

return 0;

else

return _BX;

}

void SetVESABank ( int start )

{

if ( start == CurBank )

return;

CurBank = start;

start *= Granularity;

asm {

mov ax, 4F05h

mov bx, 0

mov dx, start

push dx

РАБОТА С ОСНОВНЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ

int 10h

mov bx, 1

pop dx

int 10h

}

void WritePixel ( int x, int y, int color )

{

long addr = (long)CurMode.BytesPerScanLine * (long)y + (long)(x<<1);

SetVESABank ( HIWORD ( addr ) );

poke ( 0xA000, LOWORD ( addr ), color );

}

main ()

{

VESAInfo Info;

if ( !FindVESA ( Info ) )

{

printf ( "VESA VBE not found" );

exit ( 1 );

}

if ( !SetVESAMode ( VESA_640x480x32K ) )

{

printf ( "Mode not supported" );

exit ( 1 );

}

for ( int i = 0; i < 256; i++ )

for ( int j = 0; j < 256; j++ )

{

WritePixel ( 320i, 240j, RGBColor ( 0,j,i) );

WritePixel ( 320+i, 240j, RGBColor ( i,j,i) );

WritePixel ( 320+i, 240+j, RGBColor ( j,i,i) );

WritePixel ( 320i, 240+j, RGBColor ( j,0,i) );

}

getch ();

}

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НА ПЛОСКОСТИ И В ПРОСТРАНСТВЕ

Хотя время и причисляют к непрерывным величинам,

однако оно, будучи незримым и без тела, не целиком подпадает

власти геометрии, <...> точка во времени должна быть

приравнена к мгновению, а линия имеет сходство с

длительностью известного количества времени <...>, и если

линия делима до бесконечности, то и промежуток времени не

чужд такого деления.

Леонардо да Винчи

Вывод изображения на экран дисплея и разнообразные действия с ним, в том числе и

визуальный анализ, требуют от пользователя известной геометрической грамотности.

Геометрические понятия, формулы и факты, относящиеся прежде всего к плоскому и

трехмерному случаям, играют в задачах компьютерной графики особую роль. Геометрические

соображения, подходы и идеи в соединении с постоянно расширяющимися возможностями

вычислительной техники являются неиссякаемым источником существенных продвижений на

пути развития компьютерной графики, ее эффективного использования в научных и иных

исследованиях. Порой даже самые простые геометрические методики обеспечивают заметные

продвижения на отдельных этапах решения большой графической задачи. С простых

геометрических рассмотрении мы и начнем наш рассказ. Заметим прежде всего, что

особенности использования геометрических понятий, формул и фактов, как простых и

хорошо известных, так и новых более сложных, требуют особого взгляда на них и иного

осмысления.

Аффинные преобразования на плоскости

В компьютерной графике все, что относится к двумерному

случаю, принято обозначать символом (2D) (2dimension).

Допустим, на плоскости введена прямолинейная

координатная система. Тогда каждой точке М ставится в

соответствие упорядоченная пара чисел (х, у) ее координат

(рис. 1). Вводя на плоскости еще одну прямолинейную

систему координат, мы ставим в соответствие той же точке М

другую пару чисел  (х*, у*).

Переход от одной прямолинейной координатной системы на

плоскости к другой описывается следующими соотношениями:

х*=ах+bу+λ.,

у*=ух+bу+λ ,(*)

где а, В, у, λ, и  произвольные числа, связанные неравенством

.0≠

δγ

βα

Замечание

Формулы (*) можно рассматривать двояко: либо сохраняется точка и

изменяется координатная система (рис. 2) ? в этом случае

произвольная точка М остается той же, изменяются лишь ее

координаты

(x, y) | (x*, y*) ,

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НА ПЛОСКОСТИ И В ПРОСТРАНСТВЕ

либо изменяется точка и сохраняется координатная система (рис. 3) ? в этом случае формулы (*)

задают отображение, переводящее произвольную точку М(х, у) в точку М*(х *, у *), координаты

которой определены в той же координатной системе.

В дальнейшем мы будем рассматривать формулы (*) как правило, согласно которому в

заданной системе прямолинейных координат преобразуются точки плоскости.

В аффинных преобразованиях плоскости особую роль играют несколько важных частных

случаев, имеющих хорошо прослеживаемые геометрические характеристики. При

исследовании геометрического смысла числовых коэффициентов в формулах (*) для этих случаев

нам удобно считать, что заданная система координат является прямоугольной декартовой.

А. Поворот (вокруг начальной точки на угол ϕ) (рис. 4)

описывается формулами

х* = х cosϕ  у sinϕ ,

у* = х sinϕ + у cosϕ .

Б. Растяжение (сжатие) вдоль координатных осей можно задать

так:

х* = ах, y* = 5у,

а > 0, 5 > 0 .

Растяжение (сжатие) вдоль оси абсцисс обеспечивается при

условии, что а > 1 (а < 1) На рис. 5 а = 8 > 1.

В. Отражение (относительно оси абсцисс) (рис. 6) задается при

помощи формул

х* = х,

y* = y.

Г. На рис. 7 вектор переноса ММ* имеет координаты λ и µ.

Перенос обеспечивают соотношения

X* = x + λ,

у* = у + µ.

Выбор этих четырех частных случаев определяется двумя

обстоятельствами.

1. Каждое из приведенных выше преобразований имеет

простой и наглядный геометрический смысл (геометрическим

смыслом наделены и постоянные числа, входящие в приведенные

формулы).

2. Как доказывается в курсе аналитической геометрии, любое

преобразование вида (*) всегда можно представить как

последовательное исполнение (суперпозицию) простейших

преобразований вида А, Б, В и Г (или части этих преобразований).

Таким образом, справедливо следующее важное свойство

аффинных преобразований плоскости: любое отображение вида (*)

можно описать при помощи отображений, задаваемых формулами

А, Б, В и Г.

Для эффективного использования этих известных формул в задачах компьютерной графики

более удобной является их матричная запись. Матрицы, соответствующие случаям А, Б и В,

строятся легко и имеют соответственно следующий вид: