1、1,面向对象与可视化 程序设计 -Visual C+ 编程 主讲教师： 唐 龙教授 （计算机科学与技术系） 黄维通博士 （计算机与信息管理中心） 清 华 大 学 2001年2月,2,第四章 Windows的 图形设备接口 及绘图,3,内容提要,Windows图形设备接口 绘图工具和颜色 常用绘图函数 应用实例,4,4.1. Windows图形设备接口 (GDI),5,1.GDI的基本概念,GDI是Windows的重要组成部分 与设备无关的图形设备接口 GDIGraphice Device Interface 就是操作系统屏蔽了硬件设备的差异 用户编程时无需考虑特殊的硬件设置 实现系统与用户或绘
2、图程序之间的信息交换； 控制在输出设备上显示图形或文字；,6,Windows,支持与设备无关的图形,开发人员只要建 立与输出设备的 关联，让系统加 载相应的设备驱 动程序即可,1.GDI的基本概念（续）,用GDI和设备驱动程序支持图形的输出,GDI和 设备驱动程序,7,Win系统,外设,用户,直接访问,不允许,统一的设备环境(DC),提供,使应用程序与设备相连,1.GDI的基本概念（续）,设备描述表设备环境的属性的集合 应用程序通过设备描述表的句柄，建立与设备的联系，实现图形操作。,8,设备描述表属性及其相关函数,9,应用程序,设备描述表及其属性,设备描述表的句柄 （间接地存取）,应用程序每一
3、次图形操作均参照设备描述表中的属性执行,10,2.图形刷新,绘图中必须考虑的重要问题，包括： 刷新请求； 对刷新请求的响应； 刷新方法。 出现如下情况时，系统发送WM_PAINT消息作为刷新请求: 窗口大小的调整； 窗口移动； 被覆盖后的恢复。,11,2.图形刷新（续）,对三种不同刷新请求的响应 窗口移动后的刷新 用户区移动或显示 用户窗口大小改变 程序通过滚动条滚动窗口 被覆盖区域的刷新 被另一个窗口覆盖的恢复 对象穿越后的刷新(系统自动完成) 光标或图标拖过用户区,12,应用程序在窗口中 绘制了一个椭圆， 颜色列表框覆盖椭圆的一部分,关闭颜色选框后， 应用程序需要恢 复被覆盖部分的颜色和形
4、状,2.图形刷新（续）,13,窗口被另一个窗口覆盖的区域称为无效区域。Windows系统为每个窗口建立一个PAINTSTRUCT结构，其中含有包围无效区域的一个最小矩形的结构RECT，程序可据此矩形执行刷新操作。,Typedef struct tagPAINTSTRUCT HDC hdc; /设备环境句柄BOOL fErase; /一般取真值，表示擦除无效矩形的背景RECT rcPaint; /无效矩形标识BOOL fRestore; /系统保留BOOL fIncUpdate; /系统保留BYTE rgbReserved16；/系统保留PAINTSTRUCT;,rcPaint 为标准的RECT
5、数据结构，标识无效矩形，（包含左上角和右下角的坐标）,14,2.图形刷新（续）,常用的刷新方法 保存副本。刷新时将副本拷贝到相应的窗口中。 记录事件。刷新时重新执行这个曾经发生的事件。 重新绘制。将图形绘制处理程序放在消息WM_PAINT响应模块中，刷新时重绘图形。,15,(1)调用BeginPaint函数响应WM_PAINT消息进行图形刷新时，调用BeginPaint函数获取设备环境hdc=BeginPaint(hwnd,&ps)；/ps为PAINTSTRUCT类型结构,系统获取设备环境的 同时填写ps结构，以 标识无效矩形区,由BeginPaint获取的设备环境要用EndPaint函数释放
6、 void EndPaint(HWND hwnd, PAINTSTRUCT &ps),3.获取设备环境的方法,16,(2)调用GetDC函数如果绘图工作并非由WM_PAINT消息驱动，则调用GetDC函数获取设备环境。 hdc=GetDC(hwnd);,由GetDC获取的设备环境须用ReleaseDC释放void ReleaseDC(HWND hwnd);,17,18,4. 映像模式,映像模式定义了将逻辑单位转化为设备的度量单位，以及x和y方向； 程序员可在一个统一的逻辑坐标系中操作，不必考虑输出设备的坐标系情况。 窗口对应逻辑坐标系上所设定的区域； 视口对应实际输出设备上所设定的区域。,19
7、,4. 映像模式（续）,坐标系统 逻辑坐标系统 设备坐标系统：以象素点来为单位 屏幕整个屏幕坐标区为坐标系统 窗口应用程序的窗口为坐标区（含边界） 用户区窗口中的工作区为坐标系统,20,4. 映像模式（续）,21,4. 映像模式（续）,映像模式的设置 应用程序可获取设备环境的当前映像模式 nMapMode=GetMapMode(hdc); / nMapMode为映像模式的整型标识符。 根据需要设置映像模式 SetMapMode(hdc,nMapMode);,22,窗口区域的定义函数： BOOL Set WindowExtEx ( HDC hdc, int nHeight,nWidth, /窗口
8、高宽，以逻辑单位表示。LPSIZE lpSize /原窗口区域尺寸的SIZE结构地址 );,视口区域的定义函数： BOOL Set ViewportExtEx (HDC hdc, int nHeight,nWidth, /新视口高宽，以物理设备单位表示LPSIZE lpSize );,只有在映射模式为 MM_ANISOTROPIC 和MM_ISOTROPIC 时才有意义,23,视口和窗口的原点坐标 缺省值均为（0，0）。 可调用函数SetWindowOrgEx设定窗口原点。 可调用函数SetViewportOrgEx设定视口原点。SetWindowOrgEx函数的原形为： BOOL SetWi
9、ndowOrgEx (HDC hdc,int X,Y， /以逻辑单位表示的窗口原点坐标LPPOINT lpPoint /函数调用前原点坐标的POINT结构的地址 );,只有在映射模式为 MM_ANISOTROPIC 和MM_ISOTROPIC 时才有意义,24,4.2. 绘图工具和颜色,25,WHITE_PEN BLACK_PEN DC_PEN NULL_PEN,1. 画笔,画笔的操作 创建画笔 将画笔选入设备环境 删除画笔 画笔的创建使用前必须先定义一个画笔句柄。形式如下： HPEN hP;Windows系统定义的四种画笔调用函数GetStockObject获取一种画笔，如：hP=GetSt
10、ockObject（BLACK_PEN）; /取黑色笔,26,PS_DASH： 虚线 PS_DASHDOT： 点划线 PS_DASHDOTDOT： 双点划线 PS_DOT： 点线 PS_INSIDEFRAME： 实线 PS_NULL： 无 PS_SOLID： 实线,1. 画笔（续）,创建新画笔， 形式如下： hP=CreatePen (int nPenStyle, /确定画笔样式int nWidth, /画笔宽度COLORREF rgbColor /画笔颜色 );,27,1. 画笔（续）,创建画笔后，必须调用SelectObject函数将其选入设备环境。SelectObject(hdc,hP)
11、; /hP为所创建或获取的画笔句柄 不再使用当前画笔时，需删除之，释放内存。DeleteObject(hP);,28,2.画刷,画刷的操作，包括：创建、选入设备环境和删除。 画刷的创建 使用画刷需先定义一个画刷句柄。形式如下：HBRUSH hBr; /hBr为画刷句柄 调用函数GetStockObject获取一种画刷 hBr=（HBRUSH）GetStockObject(nBrushStyle）,29,2.画刷（续）,Windows系统提供的7种画刷样式 BLACK_BRUSH 黑色画刷 DKGRAY_BRUSH 深灰色画刷 GRAY_BRUSH 灰色画刷 HOLLOW_BRUSH 虚画刷 L
12、TGRAY_BRUSH 亮灰色画刷 NULL_BRUSH 空画刷 WHITE_BRUSH 白色画刷,30,HS_BDIAGONAL 45度从左上到右下 HS_DIAGCROSS 45度叉线 HS_FDIAGONAL 45度从左下到右上 HS_CROSS 垂直相交的阴影线 HS_HORIZONTAL 水平阴影线 HS_VERTICAL 垂直阴影线,2.画刷（续）,可调用创建画刷函数： 创建具有指定颜色的单色画刷hBr=CreateSolidBrush(rgbColor); 创建指定阴影图案和颜色的画刷hBr=CreateHatchBrush(int nHctchStyle,COLORREF rg
13、bColor);,31,2.画刷（续）,将画刷选入设备环境 SelectObject（hdc,hBr）； 不使用画刷时，可删除画刷，释放内存 DeleteObject(hBr);,32,Windows使用宏RGB定义绘图的颜色，其形式为:RGB(nRed,nGreen,nBlue),红色:RGB(255,0,0),蓝色:RGB(0,0,255),绿色:RGB(0,255,0),3. 颜色的设置,33,4.3. 常用绘图函数,34,1设置画笔当前位置的函数MoveToExBOOL MoveToEx( HDC hdc,int X,Y, / X、Y分别为新位置的逻辑坐标LPPOINT lpPoint
14、 /存放原画笔位置的POINT结构地址 ),2 从当前位置向指定坐标点画直线的函数LineToEx BOOL LineToEx(HDC hdc,int X,int Y) /X和Y为线段的终点坐标,3 从当前位置开始，依次连接lpPoints中指定的各点的折线 BOOL Polyline( HDC hdc,LPPOINT lpPoints, /各点坐标的POINT结构数组的指针int nCount / nCount为POINT数组中点的个数 ),35,4 绘制椭圆弧线 BOOL Arc ( HDC hdc, int X1,intY1, /边框矩形左上角的逻辑坐标 int X2,int Y2, /
15、边框矩形右下角的逻辑坐标 int X3,int Y3, /椭圆弧起始经线的确定点坐标 int X4,int Y4 /椭圆弧终止经线的确定点坐标 ),36,5 绘制饼图，并用当前画刷填充 BOOL Pie ( HDC hdc, int X1,intY1, /边框矩形左上角的逻辑坐标 int X2,int Y2, /边框矩形右下角的逻辑坐标 int X3,int Y3, /椭圆弧起始经线的确定点坐标 int X4,int Y4 /椭圆弧终止经线的确定点坐标 ),37,6 绘制矩形，并用当前画刷填充 BOOL Rectangle(HDC hdc,int X1,int Y1,int X2,int Y2
16、),(X1，Y1）和(X2，Y2）分别为矩形的左上角和右下角的逻辑坐标,7 绘制圆角矩形，并用当前画刷填充 BOOL RoundRect (HDC hdc,int X1,int Y1,int X2,int Y2,int nHeight, int nWidth),圆角的高度和宽度,38,8. 绘制椭圆，并用当前画刷填充BOOL Ellipse(HDC hdc,intX1,intY1,intX2,intY2),9绘制多边形，并用当前画刷填充BOOL Polygon(HDC hdc,LPPOINT lpPoints,int nCount),包含各点坐标的 POINT数组的地址,多边形点的个数,39,
17、4.4. 应用实例,40,【例4-1】利用绘图函数创建填充区，三个填充图形： 第一个是用深灰色画刷填充带圆角的矩形， 第二个是采用亮灰色画刷填充一个椭圆型图， 第三个是用虚画刷填充饼形图。,使用虚画刷填充时，看不出填充效果!,41,#include #include #includelong WINAPI WndProc (HWND hWnd,UINT iMessage,UINT wParam,LONG lParam );BOOL InitWindowsClass(HINSTANCE hInstance); BOOL InitWindows(HINSTANCE hInstance,int nC
18、mdShow); HWND hWndMain;,42,Int WINAPI WinMain /主函数( HINSTANCE hInstance,HINSTANCE hPrevInstance,LPSTR lpCmdLine,int nCmdShow) MSG Message;if(!InitWindowsClass(hInstance) return FALSE;if(!InitWindows(hInstance,nCmdShow) return FALSE;while(GetMessage( ,43,long WINAPI WndProc(HWND hWnd,UINT iMessage,UI
19、NT wParam,LONG lParam) HDC hDC; /定义指向设备的句柄HBRUSH hBrush; /定义指向画刷的句柄HPEN hPen; /定义指向画笔的句柄PAINTSTRUCT PtStr; /定义指向包含绘图信息的结构变量switch(iMessage) /处理消息 case WM_PAINT: /处理绘图消息hDC=BeginPaint(hWnd, /选择画刷,消息处理函数,44,SelectObject(hDC,hPen); /选择画笔RoundRect(hDC,50,120,100,200,15,15); /绘制圆角矩形hBrush=(HBRUSH)GetStoc
20、kObject(LTGRAY_BRUSH); /亮灰色刷SelectObject(hDC,hBrush); /选择画刷Ellipse(hDC,150,50,200,150); /绘制椭圆hBrush=(HBRUSH)GetStockObject(HOLLOW_BRUSH); /虚画刷SelectObject(hDC,hBrush); /选择画刷Pie(hDC,250,50,300,100,250,50,300,50); /绘制饼形EndPaint(hWnd, ,45,BOOL InitWindows(HINSTANCE hInstance,int nCmdShow)/初始化窗口 HWND hW
21、nd;hWnd=CreateWindow(“WinFill“, /生成窗口“填充示例程序“,WS_OVERLAPPEDWINDOW,CW_USEDEFAULT,0,CW_USEDEFAULT,0,NULL,NULL,hInstance,NULL);if(!hWnd) return FALSE;hWndMain=hWnd;ShowWindow(hWnd,nCmdShow); /显示窗口UpdateWindow(hWnd);return TRUE; ,46,BOOL InitWindowsClass(HINSTANCE hInstance) /定义窗口类 WNDCLASS WndClass;Wnd
22、Class.cbClsExtra=0;WndClass.cbWndExtra=0;WndClass.hbrBackground=(HBRUSH)(GetStockObject(WHITE_BRUSH);WndClass.hCursor=LoadCursor(NULL,IDC_ARROW);WndClass.hIcon=LoadIcon(NULL,“END“);WndClass.hInstance=hInstance;WndClass.lpfnWndProc=WndProc;WndClass.lpszClassName=“WinFill“;WndClass.lpszMenuName=NULL;W
23、ndClass.style=CS_HREDRAW|CS_VREDRAW;return RegisterClass( ,47,【例4-2】编写一个程序，在屏幕上出现一个圆心沿正弦曲线轨迹移动的实心圆，而且，每隔四分之一周期，圆的填充色和圆的周边颜色都发生变化(颜色自己选取)，同时，圆的半径在四分之一周期之内由正弦曲线幅值的0.2倍至0.6倍线性增长 (1) 正弦曲线是此题的基础。在WndMain()函数消息循环前，生成正弦曲线各点的坐标。把正弦曲线一个周期的横坐标分成100个等分点，存储在数组lpSin100中，100个点的坐标计算如下： for(int j=0;j100;j+) /生成正弦曲线
24、的点坐标lpSinj.x=(long)(j*2*Pi/100*60);lpSinj.y=(long)(dfRange*sin(j*2*Pi/100);,48,(2) 动态显示圆在正弦曲线上移动,数组lpSin100的长度为100,设定圆在正弦曲线移动时共有100个位置,数组中每一个值是圆移动时圆心的坐标,每四分之一周期有25个位置,i=25 处于第1个1/4周期，创建红色画笔和画刷；25i50 处于第2个1/4周期，创建绿色画笔和画刷；50i75 处于第3个1/4周期，创建蓝色画笔和画刷；75i100 处于第4个1/4周期，创建黄色画笔和画刷；,49,在消息WM_PAINT处理程序中，调用函数
25、BeginPaint()获得设备环境句柄。由此经过线性差分计算圆半径的大小lRadious，第1个1/4周期的程序代码如下：if(i=25) /第一个1/4周期 hPen=CreatePen(PS_DASH,1,RGB(255,0,0); /红笔 hBrush=CreateHatchBrush(HS_BDIAGONAL,RGB(255,0,0);/红刷/计算半径lRadious=(long)(dfRange*0.2+i%25*dfRange*0.4/25); .,50,画笔和画刷选入设备环境后，调用函数Ellipse()绘制圆形。下面这段代码是动态显示的关键：Sleep(100); /停0.1
26、秒if(i100) InvalidateRect(hWnd,NULL,1);/刷新用户区,i100时调用函数刷新用户区发送WM_PAINT消息,消息发到的 窗口的句柄,代表刷新 整个用户区,代表清除用户区中 所有的显示内容,100代表暂停的时间，使用毫秒作单位。,51,#include #include #include #include #define Pi 3.1415926long WINAPI WndProc(HWND hWnd,UINT iMessage,UINT wParam,LONG lParam); double dfTheta=0,dfRange=100.0; /正弦曲线的角
27、度变量. long i=0,j=0; long lCentreX=0,lCentreY=0,lRadious=(long)(0.2*dfRange);/定义圆心坐标和圆坐标. POINT lpSin100; /定义正弦曲线的点坐标.,52,int WINAPI WinMain(,.) / 填写窗口类属性if(!RegisterClass(.,53,ShowWindow(hWnd,nCmdShow); /显示窗口.UpdateWindow(hWnd); /更新并绘制用户区.for(int j=0;j100;j+) /生成正弦曲线的点坐标.lpSinj.x=(long)(j*2*Pi/100*60
28、);lpSinj.y=(long)(dfRange*sin(j*2*Pi/100);while(GetMessage( ,54,long WINAPI WndProc(HWND hWnd,UINT iMessage,UINT wParam,LONG lParam) HDC hDC; /定义设备环境句柄.HBRUSH hBrush; /定义画刷句柄HPEN hPen; /定义画笔句柄PAINTSTRUCT PtStr;/定义包含绘图信息的结构体变量witch(iMessage)case WM_PAINT: /处理绘图消息hDC=BeginPaint(hWnd, /绘制正弦曲线,55,if(i=2
29、5) /第一个1/4周期. hPen=CreatePen(PS_DASH,1,RGB(255,0,0); hBrush=CreateHatchBrush(HS_BDIAGONAL,RGB(255,0,0);lRadious=(long)(dfRange*0.2+i%25*dfRange*0.4/25);/计算半径 else if(i=50)/第二个1/4周期. hPen=CreatePen(PS_DASH,1,RGB(0,255,0);hBrush=CreateHatchBrush(HS_DIAGCROSS,RGB(0,255,0);lRadious=(long)(dfRange*0.2+i%
30、25*dfRange*0.4/25); else if(i=75)/第三个1/4周期. hPen=CreatePen(PS_DASH,1,RGB(0,0,255);hBrush=CreateHatchBrush(HS_CROSS,RGB(0,0,255);lRadious=(long)(dfRange*0.2+i%25*dfRange*0.4/25); else/第四个1/4周期. hPen=CreatePen(PS_DASH,1,RGB(255,255,0);hBrush=CreateHatchBrush(HS_VERTICAL,RGB(255,255,0);lRadious=(long)(
31、dfRange*0.2+i%25*dfRange*0.4/25); ,56,SelectObject(hDC,hBrush); /选入画刷.SelectObject(hDC,hPen); /选入画笔.lCentreX=lpSini.x; /圆心x坐标.lCentreY=lpSini.y; /圆心y坐标.Ellipse(hDC,lCentreX-lRadious,lCentreY-lRadious,lCentreX+lRadious,lCentreY+lRadious); /画圆i+;DeleteObject(hPen); /删除画笔DeleteObject(hBrush); /删除画刷EndP
32、aint(hWnd, ,57,【例4-3】绘图与刷新。制订一种重新绘制图形的刷新方式，将图形绘制模块放在消息WM_PAINT的处理过程中，当窗口需要刷新时，通知窗口函数重新绘制图形以完成刷新工作。本例要求先使用画笔和画刷绘制一个矩形，然后使用红色网格绘制一个椭圆，再使用绿色点划线绘制椭圆的轴线。,58,#include #include #include #include LRESULT CALLBACK WndProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM); int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInst,L
33、PSTR lpszCmdLine, int nCmdShow) HWND hwnd; MSG Msg; WNDCLASS wndclass;char lpszClassName = “基本绘图“;char lpszTitle= “My_Drawing“;wndclass.style = 0; /填写属性wndclass.lpszClassName = lpszClassName ;,if(!RegisterClass( ,hwnd = CreateWindow(,); ShowWindow(hwnd, nCmdShow) ; UpdateWindow(hwnd); while( GetMess
34、age( ,59,LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd,UINT message,WPARAM wParam,LPARAM lParam) HDC hdc;PAINTSTRUCT ps;HPEN hP; /定义画笔句柄HBRUSH hB; /定义画刷句柄switch(message)case WM_PAINT: /通过响应WM_PAINT消息完成绘图工作hP=CreatePen(PS_DASHDOT,1,RGB(0,255,0);/自定义绿笔/所画线条为点划线，宽度为1hB=CreateHatchBrush(HS_CROSS,RGB(255,0,0);/红色网状
35、hdc=BeginPaint(hwnd,/绘制椭圆，并填充,60,SelectObject(hdc,hP); /更新画笔，选“自定义绿笔”MoveToEx(hdc,100,130,NULL); /使用当前画笔绘制轴线LineTo(hdc,300,130);MoveToEx(hdc,200,30,NULL);LineTo(hdc,200,230);EndPaint(hwnd, ,2019/7/24,61,(第四章) 完,62,第4章课后练习题,编写一个程序，在屏幕上出现一个圆心沿另外一个椭圆轨迹移动的实心圆。要求每隔1/8圆周期，圆的填充色和圆的周边颜色都发生变化(颜色自己选取)，同时，圆的半径的在1/8周期之内由轨迹椭圆短轴长度的0.1倍至0.4倍线性增长。注10月22日前完成,
