Событие. Сообщение. Контекст.

Начнем наш разговор с понятий "событие" и "сообщение".

Очень часто это синонимы одного и того же термина операционной системы, общающейся с приложениями посредством посылки сообщений. Код, написанный в проекте Delphi как обработчик события OnCreate, выполняется при получении приложением сообщения WM_CREATE, сообщению WM_PAINT соответствует событие OnPaint, и т.д..Такие события использует мнемонику, сходную с мнемоникой сообщений.

Как операционная система различает окна для осуществления диалога с ними? Все окна при своем создании регистрируются в операционной системе и получают уникальный идентификатор, называемый "ссылка на окно". Тип этой величины в Delphi - HWND (WiNDow Handle, ссылка на окно).

Ссылка на окно может использоваться не только операционной системой, но и приложениями для идентификации окна, с которым необходимо производить манипуляции. Свойство Handle формы и есть эта ссылка, значение которой форма получает при выполнении функции API CreateWindow - создании окна. Имея ссылку на окно, операционная система общается с окном путем посылки сообщений-сигналов о том, что произошло какое-либо событие, имеющее отношение именно к этому окну.

Если необходимо нарисовать что-либо на поверхности окна, необходимо получить ссылку на это окно.

Функции Windows для воспроизведения нуждаются в специальной величине типа HDC (Handle Device Context, ссылка на контекст воспроизведения), для задания значения которой необходимо иметь величину типа HWND - ссылка на окно, уникальный идентификатор всех зарегистрированных в системе окон.

Графическая система OpenGL, как и любое другое приложение Windows, также нуждается в ссылке на окно, на котором будет осуществляться воспроизведение - специальной ссылке на контекст воспроизведения - величина типа HGLRC (Handle openGL Rendering Context, ссылка на контекст воспроизведения OpenGL). Для получения этого контекста OpenGL нуждается в величине типа HDC (контекст воспроизведения) окна, на который будет осуществляться вывод.

Поэтому в разделе private описания формы:

DC: HDC;

hrc: HGLRC;

А обработчик события OnCreate формы начинается со следующих строк:

DC := GetDC(Handle);

SetDCPixelFormat;

hrc := wglCreateContext(DC);

wglMakeCurrent(DC, hrc);

То есть мы получаем контекст воспроизведения Windows, задаем желаемый формат пикселей, создаем контекст воспроизведения OpenGL и делаем его текущим, чтобы вызываемые функции OpenGL могли работать с этим окном.

Контекст воспроизведения Windows и контекст воспроизведения OpenGL обычно освобождаются приложением. То есть, команды вывода OpenGL обычно обрамляются следующими строками:

dc := BeginPaint(Window, ps);

wglMakeCurrent(DC, hrc);

wglMakeCurrent(0, 0);

EndPaint (Window,ps);

ReleaseDC (Window, dc);

В наших примерах контекст воспроизведения OpenGL мы занимаем сразу же при его получении, в обработчике события OnCreate, а освобождаем в конце работы приложения, в обработчике события OnDestroy.

Содержимое контекста

Ссылка на контекст устройства - величина типа HDC, для получения которой вызываем функцию GetDC. Ссылке на контекст устройства в Delphi соответствует свойство Canvas.Handle формы, принтера и некоторых компонентов.

Win32 Programmer's Reference фирмы MicroSoft о контексте устройства сообщает следующее:

"Контекст устройства является структурой, которая определяет комплект графических объектов и связанных с ними атрибутов, и графические режимы, влияющие на вывод. Графический объект включает карандаш для изображения линии, щетку для краски и заполнения, растр для копирования или прокрутки частей экрана, палитру для определения комплекта доступных цветов, области для отсечения и других операций, и маршрута для операций рисования". Термин "структура", встретившийся здесь, соответствует записи в терминологии Delphi. Контекст устройства Windows содержит информацию, относящуюся к графическим компонентам GDI, контекст воспроизведения содержит информацию, относящуюся к OpenGL, то есть играет такую же роль, что и контекст устройства для GDI. В частности, эти контексты являются хранилищами состояния системы, например, хранят информацию о текущем цвете карандаша.

Формат пикселя

Ссылка на контекст устройства содержит характеристики устройства и средства отображения. Именно он знает, как выводить на конкретно это устройство. Упрощенно говоря, получив ссылку на контекст устройства, мы берем в руки простой либо цветной карандаш, или кисточку с палитрой в миллионы оттенков. Прежде чем получить контекст воспроизведения, сервер OpenGL должен получить детальные характеристики используемого оборудования. Эти характеристики хранятся в специальной структуре, тип которой - TPixelFormatDescriptor (описание формата пикселя). Формат пикселя определяет конфигурацию буфера цвета и вспомогательных буферов.

Смысл структуры PixelFormatDescriptor - детальное описание графической системы, на которой происходит работа.

В процедуре SetDCPixelFormat полям структуры присваиваются желаемые значения, затем вызовом функции ChoosePixelFormat осуществляется запрос системе, поддерживается ли на данном рабочем месте выбранный формат пикселя, и вызовом функции SetPixelFormat устанавливаем формат пикселя в контексте устройства. Функция ChoosePixelFormat возвращает индекс формата пикселя, который нам нужен в качестве аргумента функции SetPixelFormat. Заполнив поля структуры TPixelFormatDescriptor, мы определяемся со своими пожеланиями к графической системе, на которой будет происходить работа приложения, машина OpenGL подбирает наиболее подходящий к нашим пожеланиям формат, и устанавливает уже его в качестве формата пикселя для последующей работы. Наши пожелания корректируются применительно к реальным характеристикам системы. То, что машина OpenGL не позволит нам установить нереальный для конкретной машины формат пикселя, значительно облегчает нашу работу. Предполагая, что разработанное приложение будет работать на машинах разного класса, можно запросить "всего побольше", а уж OpenGL разберется на конкретной машине, каковы параметры и возможности оборудования, на котором сейчас будет происходить работа.

Обратим внимание на поле структуры "битовые флаги" - dwFlags. То, как мы зададим значение флагов, существенно может сказаться на работе нашего приложения, и наобум задавать эти значения не стоит. Тем более, что некоторые флаги совместно ужиться не могут, а некоторые могут присутствовать только в паре с другими. В этом примере флагам я присвоил значение PFD_DRAW_TO_WINDOW or PFD_SUPPORT_OPENGL, то есть сообщаю системе, что я собираюсь осуществлять вывод в окно, и что моя система в принципе поддерживает OpenGL. Я ограничился всего двумя константами из обширного списка, приведенного в модуле windows.pas, по каждой из которых в файле помощи приведено детальное описание. Так, константа PFD_DOUBLEBUFFER включает режим двойной буферизации, когда вывод осуществляется не на экран, а в память, затем содержимое буфера выводится на экран. Это очень полезный режим, если в любом примере на анимацию убрать режим двойной буферизации и все команды, связанные с этим режимом, хорошо будет видно мерцание при выводе кадра. Константу PFD_GENERIC_ACCELERATED имеет смысл устанавливать в случае, если компьютер оснащен графическим акселератором. Флаги, заканчивающиеся на "DONTCARE" , сообщают системе, что соответствующий режим может иметь оба значения, то есть PFD_DOUBLE_BUFFER_DONTCARE - запрашиваемый формат пикселя может иметь оба режима - одинарной и двойной буферизации. Со всеми остальными полями и константами я предоставляю Вам возможность разобраться самостоятельно, только замечу, что поле iLayerType, описанное в windows.pas типа Byte, может, согласно помощи, иметь три значения: PFD_MAIN_PLANE, PFD_OVERLAY_PLANE и PFD_UNDERLAY_PLANE, однако константа PFD_UNDERLAY_PLANE имеет значение -1, так что установить такое значение не удастся.

OpenGL позволяет узнать, какой же формат пикселя он собирается использовать. Для этого необходимо использовать функцию DescribePixelFormat, заполняющую величину типа TPixelFormatDescriptor установленным форматом пикселя. На основе использования этой функции построим несложное приложение, позволяющее детальнее разобраться с форматом пикселя и подобрать формат для конкретного рабочего места.

В примере битовым флагам задаем все возможные значения одновременно, числовым полям задаем заведомо нереальное значение 64, и смотрим на выбор формата пикселя, сделанным OpenGL. Результат, который Вы получите - выбранный формат пикселя, я предсказать не смогу - он индивидуален для каждой конкретной конфигурации машины и текущих настроек. Возможно, Вы получите в результате, что режим двойной буферизации не будет установлен - напоминаю, многие флаги устанавливаются только в комбинации с другими определенными. Наше приложение позволяет менять параметры формата пикселя и устанавливать его заново. Чтобы видеть, что происходит воспроизведение, небольшая площадка на экране при каждом тестировании окрашивается случайным цветом, используя функции OpenGL. Поэкспериментируйте с этим приложением, например, определите комбинацию флагов для установления режима двойной буферизации. Посмотрите значение числовых полей формата при различной палитре экрана - 16, 24, 32 бита, но не 256 цветов. О выводе при палитре экрана в 256 цветов - отдельный разговор. Это приложение, в частности, дает ответ на вопрос - как определить, оснащен ли компьютер графическим акселератором. Повозившись с этим приложением, Вы найдете ответ на вопрос, на который я Вам ответить не смогу - как надо заполнить структуру TPixelFormatDescriptor для Вашего компьютера. Обратите внимание, что в коде я установил несколько проверок на отсутствие контекста воспроизведения, который может быть потерян по ходу работы любого приложения, использующего OpenGL - редкая, но возможная ситуация в штатном режиме работы системы и очень вероятная ситуация если, например, по ходу работы приложения менять настройки экрана.

Минимальная программа OpenGL

Теперь мы знаем все, что необходимо для построения минимальной программы, использующей OpenGL. Я привел два варианта этой программы - одна построена исключительно на функциях Windows API, другая использует библиотеку классов Delphi (проекты каталогов Beginner/1 и Beginner/2 соответственно).

Взглянем на головной модуль второго проекта. При создании формы задаем формат пикселя, в качестве ссылки на контекст устройства используем значение Canvas.Handle формы. Создаем контекст воспроизведения OpenGL и храним в переменной типа HGLRC. При обработке события OnPaint устанавливаем контекст воспроизведения, вызываем функции OpenGL и освобождаем контекст. При завершении работы приложения удаляем контекст воспроизведения. Для полной академичности можно включить строки, проверяющие, получен ли контекст воспроизведения, и не теряется ли он по ходу работы. Признаком таких ситуаций является нулевое значение переменной hrc. В минимальной программе я просто окрашиваю окно в желтоватый оттенок. Получив помощь по команде glClearColor, Вы можете узнать, что аргументы ее - тройка вещественных чисел в интервале [0;1], задающих долю красного, зеленого и синего составляющих в цвете и еще один, четвертый аргумент, о котором мы поговорим чуть позднее. Этому аргументу я в примере задал значение 1.0. Вообще то, аргументы glClearColor, согласно помощи, имеют неведомый тип GLclampf. Для того, чтобы разобраться с этим типом, отсылаю к строке

GLclampf = Single;

модуля opengl.pas. Подробный разговор о типах OpenGL тоже придется пока отложить, чтобы не загрузить чрезмерным обилием информации.

Строку нашей программы

glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);

будем понимать как очистку экрана, фон при этом покрывается заданным цветом.

Проект, построенный только на функциях API, надеюсь, сейчас стал более понятным. Вместо Canvas.Handle используем собственную переменную dc, в обработчике события WM_PAINT реализуем действия, которые Delphi при обычном подходе выполняет за нас. Напоминаю, что для лучшей устойчивости работы обработчик WM_PAINT следовало бы написать так:

dc := BeginPaint (Window, MyPaint);

wglMakeCurrent (dc, hrc);

glClearColor (0.85, 0.75, 0.5, 1.0);

glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);

wglMakeCurrent (dc, 0);

EndPaint (Window, MyPaint);

ReleaseDC (Window, dc);

А в обработчике WM_DESTROY следует перед PostQuitMessage добавить строку:

DeleteDC (dc);

То есть все используемые ссылки необходимо освобождать, а после того, как они стали не нужны - удалять.

Я советую Вам сейчас поэкспериментировать с этой программой, заполните поля формата пикселя найденными значениями, соответствующими Вашей системе, попробуйте удалить строки, соответствующие получению контекста воспроизведения, поменяйте оттенок используемого фона и только после того, как каждая строка кода будет полностью ясна, переходите к дальнейшему материалу.

Во всех своих примерах я приписал рекомендацию не запускать проекты, использующие OpenGL под управлением среды Delphi. Дело в том, что часто в таких ситуациях программа аварийно прерывается, выдавая сообщение "access violation -". Это происходит и в случае самой аккуратной работы с контекстами, и не связано с небрежностью работы программы. Некоторые программисты вину за это возлагают на софтверные драйверы и рекомендуют обновить их. Некоторые утверждают, что дело в Windows 9X, и под NT этого не происходит. Возможно, Вы тоже ничего такого не замечали и не можете взять в толк, о чем я сейчас веду речь. У меня такие окошки вылетают через раз на одном и том же проекте, хотя откомпилированный модуль работает превосходно. Я полагаю, что если драйверы не "глюкуют", когда приложение работает без среды Delphi, дело не только в драйверах.

Вывод на поверхность компонентов

Теоретически функциями OpenGL возможно осуществлять вывод не только на поверхность формы, а и на поверхность любого компонента, если у него имеется свойство Canvas.Handle, для чего при получении контекста воспроизведения необходимо указывать именно его ссылку на контекст устройства, например, Image1.Canvas.Handle. Однако чаще всего это приводит к неустойчивой работе, вывод "то есть, то нет", хотя контекст воспроизведения присутствует и не теряется. Я советую Вам всегда пользоваться выводом исключительно на поверхность окна. OpenGL прекрасно уживается с визуальными компонентами, как видно из примера TestPFD, если же необходимо ограничить размер области вывода, для этого есть стандартные методы, о которых мы обязательно будем беседовать в будущем.

Просто ради интереса приведу пример, когда вывод OpenGL осуществляется на поверхность панели, то есть компонента, не имеющего свойства Canvas. Для этого мы пользуемся тем, что панель имеет отдельное окно, вызываем функцию GetDC с аргументом Panel1.Handle.

Точно также Вы можете выводить на поверхность любого компонента, имеющего свойство Handle, например, на поверхность обычной кнопки. Обязательно попробуйте сделать это.

Для вывода на компонент класса TImage можете записать:

dc := Image1.Canvas.Handle;

и удалить строки BeginPaint и EndPaint, поскольку TImage не имеет свойства Handle, то есть не создает отдельного окна. Однако вывод на такие компоненты как раз отличается полной неустойчивостью, так что я не гарантирую Вам надежного положительного результата.

Вообще, вместо использования Canvas.Handle лучше использовать самостоятельно полученную аналогичную величину, вместо обработки событий лучше использовать свои ловушки сообщений. Такой подход приводит к максимальной скорости и надежности работы приложения.

В конце сегодняшнего разговора я хочу привести еще несколько проектов, появившихся за это время из под моего пера и дополняющих "ЖиЛистую Delphi".

27