Кафедра: Автоматика и Информационные Технологии
ПРОГРАММИРОВАНИЕ В СИ РАБОТА В ГРАФИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ОБЗОР ГРАФИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ3
1.1. Общие сведения
1.2. Инициализация графического драйвера и режима
1.3. Работа с растром точек
1.4. Управление цветом
1.5. Базовые функции доступа к видеопамяти
1.6. Графические примитивы
1.7. Вывод графического текста
2. ПРИЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОГО РЕЖИМА
2.1. Подключение графической библиотеки
2.2. Инициализация графического режима
2.3. Включение драйвера и шрифтов в исполняемый файл
2.4. Рисование геометрических фигур
2.5. Выделение памяти под большие одномерные массивы
2.6. Вывод числовой информации
2.7. Задержка экрана
2.8. Реакция программы на нажатие конкретной клавиши
2.9. Организация ввода числовой информации
2.10.Проверка выхода аргумента функции из ОДЗ
2.11.Графическая и математическая системы координат
2.12.Использование двух видеостраниц
2.13.Рисование изображений в bmp-формате
2.14.Работа с мышью
3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
3.1. Звездное небо
3.2. Снегопад
3.3. Рисование графика функции
3.4. Вращение звезды
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.1. Общие сведения
Графический режим персональных компьютеров является более привлекательным, чем текстовый режим. Серьезные программные приложения, написанные под DOS, как правило, имеют графическую оболочку.
В самых общих чертах работа с дисплеем ПК в графическом режиме может быть представлена следующим образом. Экран дисплейного монитора представляется как набор отдельных точек - пикселей (pixels, от английского picture elements), образующий прямоугольный растр. Число пикселей определяет разрешающую способность (разрешение) графической системы и обычно отражается парой чисел, первое из которых показывает количество пикселей в строке, а второе - число строк. Каждому пикселю экрана ставится в соответствие фиксированное количество битов (атрибут пикселя) в некоторой области адресного пространства центрального микропроцессора ПК. Эта область, называемая видеопамятью, как правило, является частью дисплейного адаптера (видеоадаптера) - специального устройства, управляющего работой монитора. Видеоадаптер, в частности, осуществляет циклическое воспроизведение содержимого видеопамяти на экране монитора. Причем изображение каждого пикселя определяется текущим значением его атрибута. Такой подход получил название битовой карты - bit-mapped graphics. Программе, выполняющейся на ПК в графическом режиме, доступны для чтения и записи все пиксели видеопамяти.
В ряде случаев возможно одновременное существование в видеопамяти двух или более областей одинаковой структуры, каждая из которых содержит атрибуты всех пикселей экрана. Такие области называются страницами. В определенный момент времени любая из страниц может отображаться видеоадаптером на дисплее, занимая при этом весь экран. Наличие страниц позволяет программе быстро менять изображение на экране, просто переключаясь с одной страницы на другую. В частности, это дает возможность проводить всю “черновую работу” по подготовке графического изображения на неотображаемой в настоящий момент времени странице, избегая появления на экране побочных графических эффектов.
Графическое отображение, возникающее на экране монитора, является результатом выполнения следующих действий:
· атрибуты пикселей изображения должны быть загружены в память. Обычно эту работу осуществляют специальные функции DOS или BIOS, однако возможна и прямая работа с видеопамятью;
· специальная схема видеоадаптера обеспечивает периодическое считывание видеопамяти и преобразование значений атрибутов пикселей в последовательность сигналов, управляющих монитором.
В персональных компьютерах используются различные типы дисплейных адаптеров (CGA, EGA, VGA и др.), большинство из которых может работать в различных режимах (текстовых и графических), называемых также видеорежимами (video modes). Графические режимы одного адаптера различаются разрешающей способностью, количеством цветов, количеством страниц видеопамяти и способом их адресации. Установкой графического режима управляет прерывание BIOS с номером 10h.
Поскольку объем страницы видеопамяти ограничен, то количество битов, приходящиеся на один пиксель, находится в обратной зависимости от общего количества пикселей на экране. Обычно атрибут пикселя состоит из 1, 2, 4 или 8 бит, в зависимости от графического режима. Все пиксели, имеющие одинаковое значение атрибута, отображаются на экране одинаковым образом.
Если атрибуту каждого пикселя в видеопамяти отводится только один бит, то графика будет двухцветной, например черно-белой (конкретные цвета зависят от типа монитора). Если каждый пиксель в графическом режиме представляется n битами, то в таком режиме имеется возможность одновременно представить на экране N_pallette=2n оттенков цвета (палитра режима). В некоторых графических системах принято в этом случае говорить о наличии n плоскостей цветов (color planes).
В дисплейных адаптерах с монохромным монитором значение атрибута управляет интенсивностью одного электронного луча, т. е. яркостью точки на экране, а с цветным монитором - интенсивностью трех лучей, составляющих цветовые компоненты изображения пикселя. Как правило, используется разделение цвета на RGB-компоненты - красную, зеленую и синюю. Если каждая компонента имеет N градаций, то общее число цветовых оттенков для такого адаптера составляет N_colors=N3, при этом в число цветовых оттенков включаются черный, белый и градации серого.
Цветной видеоадаптер имеет схему, которая осуществляет во время развертки кадра преобразование значения атрибута каждого пикселя в сигналы управления интенсивностью электронных лучей монитора, отвечающих за RGB-компоненты. Работу схемы можно представить таблицей, по каждому входу которой хранится описание цвета, используемого адаптером при выводе на экран всех пикселей, значения атрибутов которых равны номеру этого входа. Такая схема называется картой или таблицей цветов. Если максимальный размер пикселя в графических режимах, поддерживаемых данным адаптером, представляется m битами, то таблица цветов такого адаптера содержит N_table=2m строк (входов). Все три цветовые компоненты в карте цветов представлены, как правило, двоичными числами одинаковой разрядности. Способ кодирования цвета зависит от типа видеоадаптера.
Программное управление цветами пикселей на экране дисплея может осуществляться без изменений значений атрибутов пикселей в видеопамяти. Для этого нужно загрузить соответствующие значения RGB-компонент в таблицу цветов по входу с номером, равным значению нужного атрибута. Изменения карты цветов немедленно отображаются на экране изменением цвета пикселей.
1.2. Инициализация графического драйвера и режима
Графическая система состоит из ядра и обширной библиотеки графических функций graphics.lib (ее нужно подключать при компоновке программного модуля). При создании программы, обращающейся к графическим функциям, в текст программы нужно включить файл, содержащий прототипы функций, константы, типы данных и различные перечислимые типы:
#include <graphics.h>
Графический интерфейс фирмы Borland International (BGI - Borland Graphics Interface) состоит из двух компонент: постоянного ядра графической системы и набора графических драйверов. Ядро графической системы воспринимает все запросы прикладной программы на выполнение графических функций. Оно не зависит от типа подключенного дисплейного адаптера. Аппаратно-зависимой частью являются графические драйверы, осуществляющие интерфейс между ядром системы и конкретным дисплейным адаптером.
Графические драйверы содержатся в отдельных файлах с расширением .bgi. Каждый файл содержит бинарный образ (binary image) драйвера для одного или нескольких близких по типу адаптеров. Для использования в программе за каждым драйвером закреплен постоянный номер, которому соответствует макроподстановка, например, EGA или VGA.
Графические драйверы поддерживают многие (но не все) графические режимы дисплейных адаптеров, предусмотренные системой BIOS. Для указания в программах графических режимов, как и для драйверов, предусмотрены макроподстановки (EGALO,EGAHI, VGAHI и другие).
Прежде чем обращаться к графическим функциям, программа должна выбрать графический драйвер, соответствующий дисплейному адаптеру, и подключить его к ядру графической системы. Графическая библиотека содержит функцию detectgraph, предназначенную для тестирования аппаратуры и автоматического выбора подходящего драйвера и графического режима. Прототип этой функции -
void far detectgraph(int far *graph_driver,int far *graph_mode);
Данная функция через свои аргументы возвращает номер графического драйвера и номер графического режима, обеспечивающего максимальное для адаптера разрешение. Возвращенные этой функцией значения в дальнейшем могут передаваться функции инициализации графической системы initgraph (но можно для инициализации выбрать и другой режим, поддерживаемый данным драйвером).
Если при тестировании аппаратуры дисплейного адаптера не обнаружено, то функция graphresult возвращает значение -2. Функция graphresult возвращает текущее значение внутренней переменной, содержащей код завершения работы графических функций. Ее прототип
int far graphresult(void);
Отрицательное значение кода завершения, установленное какой-либо графической функцией, хранится во внутренней переменной вплоть до вызова функции graphresult, после чего оно обнуляется.
Имеется возможность получить строку, содержащую описание любого из допустимых кодов завершения графических функций. Для чего существует функция grapherrormsg. Прототип функции -
char far *grapherrormsg(int error_code);
Если этой функции передать значение, возвращаемое функцией graphresult, то можно получить сообщение о коде завершения последней графической функции.
Графический драйвер должен быть помещен в оперативную память до того, как произойдет обращение к какой-нибудь функции графической библиотеки.
Простейшим способом включения драйвера в программу является его автоматическая загрузка при помощи функции initgraph с прототипом
void initgraph(int far *graph_driver,int far *graph_mode,char far *path_to_bgi);
Аргументами данной функции являются указатели на переменные, содержащие номер графического драйвера, номер графического режима и путь к BGI-файлу драйвера. Функция initgraph ищет на диске BGI-файл, содержащий требуемый драйвер, загружает файл целиком в динамически выделяемую память и настраивает ядро системы на работу с этим драйвером. Если инициализация прошла успешно, функция graphresult возвратит нулевое значение GR_Ok, в противном случае - одно из отрицательных значений, определенных в файле graphics.h.
Функция
void far closegraph(void)
прекращает работу графической системы. Она освобождает всю память, выделенную по запросам графических функций, очищает буфер видеоадаптера и восстанавливает текстовый режим, существовавший перед инициализацией графической системы.
Пример автоматической загрузки драйвера и инициализации
системы:
int main(void)
{
int gd,gm,err;
detectgraph(&gd,&gm); /* определение номера драйвера и режима */
err=graphresult(); /* получение кода завершения */
if(err) { printf(“n%s”,grapherrormsg(err)); return 1; }
initgraph(&gd,&gm,”c:orlandcgi”); /* инициализация системы */
err=graphresult(); /* получение кода завершения */
if(err) { printf(“n%s”,grapherrormsg(err)); return 2; }
/* ="left">unsigned upattern;
int thickness;
}
Группа площадных графических функций имеет прототипы:
void far bar(int left, int top, int right, int bottom);
void far bar3d(int left, int top, int right, int bottom, int depth, int top_flag);
void far fillpoly(int num_points, int far *poly_points);
void far fillellipse(int x, int y, int x_radius, int y_radius);
void far pieslice(int x, int y, int start_angle, int end_angle, int radius);
void far sector(int x, int y, int start_angle, int end_angle, int x_ radius, int y_radius);
void far floodfill(int x, int y, int num_color_palette);
Функции bar и bar3d строят прямоугольники, координаты которых заданы первыми четырьмя аргументами функций и закрашивают его внутреннюю область. Функция bar не выводит внешний контур прямоугольника, а функция bar3d дополнительно обрамляет прямоугольник контура и тем же контуром дорисовывает проекцию параллелепипеда, построенного на базе этого прямоугольника. Глубина проекции задается аргументом depth, аргумент top_flag указывает, рисовать (если не нуль) или не рисовать (если нуль) верхние ребра параллелепипеда.
Функция fillpoly получает аргументы аналогично функции drawpoly, рисует контур и заполняет его внутренность. Однако если функция drawpoly допускает незамкнутые контуры, то функция fillpoly всегда соединяет последнюю точку в полученном списке с первой, автоматически замыкая контур.
Функция fillellipse заполняет эллипс с центром в точке (x, y) и радиусами x_radius и y_radius. Кроме того, она рисует контур эллипса.
Функции pieslice и sector похожи тем, что обе закрашивают указанные сектора, только pieslice делает это для кругового сектора, а sector для эллиптического. Аргументы, которые им передаются, те же, что и для функций arc и ellipse соответственно. После того как сектор закрашен, рисуется его контур. В отличие от функций arc и ellipse, функции pieslice и sector строят сектор от меньшего значения угла к большему (а не от start_angle к end_angle). Из-за этого невозможно заставить функции pieslice и sector изобразить сектор, пересекающий положительное направление оси X.
Функция floodfill используется для закрашивания областей, уже существующих на странице. Для правильной работы функции необходимо, чтобы контур был замкнут и состоял из пикселей, имеющих значение атрибута, совпадающее с аргументом num_color_palette (номер входа внутренней палитры). Кроме кода контура, функция floodfill получает точку, от которой начинается заполнение области. Эта точка должна находиться внутри контура.
Все контуры в видеопамяти прописываются пикселями рисующего цвета, который можно изменить функцией setcolor. Желаемый режим изображения контура (например толщина линии) устанавливается так, как это делается для контурных примитивов.
Для управления видом заполнения внутренней области служит функция
void far setfillstyle(int pattern,int num_color_palette);
Данная функция одновременно устанавливает тип двумерного шаблона заполнения и код заполнения (номер входа во внутреннюю палитру). Нужно отметить, что при заполнении области нет возможности выполнять побитовые логические операции между кодами шаблона и атрибутами пикселей области, т. е. всегда происходит копирование в атрибуты пикселей области соответствующих кодов шаблона. Аргумент pattern указывает на тип устанавливаемого шаблона. Существует несколько заранее определенных типов, их символические имена определяются перечислимым типом fill_patterns:
enum fill_pattern
{
EMPTY_FILL=0,SOLID_FILL,LINE_FILL,LTSLASH_FILL,
SLASH_FILL,BKSLASH_FILL,LTBKSLASH_FILL,
HATCH_FILL,XHATCH_FILL,INTERLEAVE_FILL,
WIDE_DOT_FILL, CLOSE_DOT_FILL,USER_FILL
};
Аргумент pattern может принимать любые значения, кроме USER_FILL. Значение этой константы используется только при обработке информации, получаемой функцией getfillsettings (см. далее).
Шаблон условно можно представить в виде матрицы размером 8 х 8 элементов. Элементы матрицы шаблона имеют значения 0 или 1. Если элемент равен 1, то атрибуту соответствующего пикселя области будет присвоено значение num_color_palette, в противном случае атрибут пикселя получит значение кода фона.
Возможно создание дополнительных шаблонов непосредственно в прикладной программе. Для этого следует воспользоваться функцией
void far setfillpattern(char far *user_pattern,int num_color_palette);
Параметр user_pattern указывает на область, содержащую шаблон заполнения, описанный в программе. Второй параметр этой функции аналогичен такому же параметру функции setfillstyle. Данная область состоит из восьми последовательных байтов, цепочка битов каждого байта является соответствующей строкой матрицы шаблона.
Площадные графические примитивы используют параметры заполнения, установленные при последнем вызове функции функций setfillstyle или setfillpatern. Для того чтобы узнать текущие назначения для параметров заполнения областей, предусмотрены две функции
void far getfillsettings(struct fillsettingstype far *fill_info);
void far getfillpattern(char far *user_pattern);
Первая возвращает в область памяти по указателю fill_info информацию о текущем заполнении. Информация заносится в структуру следующего типа:
struct fillsettingstype
{
int pattern;
int color;
};
Элемент структуры pattern указывает тип шаблона (если он равен USER_FILL, то это значит, что шаблон задан пользователем), элемент color содержит код заполнения (номер входа во внутреннюю палитру). Вторая функция по переданному ей адресу записывает матрицу шаблона, установленную пользователем.
1.7. Вывод графического текста
Следующий набор функций предназначен для формирования на страницах видеопамяти текстовых сообщений с использованием специальных шрифтов.
Чтобы воспользоваться предоставляемыми шрифтами в программе, прежде всего необходимо инициализировать знакогенератор графической системы. Инициализацию графического знакогенератора выполняет функция settextstyle.
В Borland C предусмотрена работа в графическом режиме с двумя принципиально различными типами графических шрифтов: матричными (bit-mapped) и векторными (stroked). Первый тип представляется только одним шрифтом, изначально встроенным в BIOS компьютера. Шрифтов второго типа может быть несколько.
Набор символов матричного шрифта включает все 256 допустимых ASCII-кода. Каждый символ шрифта представлен в виде матрицы (битовой карты) размером 8 х 8 пикселей. Так как этот набор символов встроен в BIOS, то не требуется загрузки никакой дополнительной информации для его инициализации.
Другой принципиально отличный тип графических шрифтов подразумевает рисование символов тонкими линиями. Поэтому шрифты данного типа можно назвать векторными. Каждый символ представлен последовательностью управляющих кодов, которые заставляют генератор рисовать отрезки прямых линий, соединяющих характеристические точки символа. Таблицы символов векторных шрифтов поставляются в закодированном виде в специальных файлах шрифтов, имеющих расширение .chr. Далеко не все векторные шрифты имеют полный набор 256-ти кодов. Общими для всех шрифтов являются символы с кодами от 32 до 126. Разные символы одного и того же шрифта могут иметь разные размеры в зависимости от ширины конкретного символа.
Существует перечислимый тип font_names, задающий символические имена для номеров пяти графических шрифтов (один матричный и четыре векторных из минимального набора):
enum font_names
{
DEFAULT_FONT=0, TRIPLEX_FONT, SMALL_FONT, SANS_SERIF_FONT, GOTHIC_FONT
};
Наиболее простым способом инициализации знакогенератора (загрузки определенной таблицы символов) является автоматическая загрузка с использованием функции
void far settextstyle(int font,int directon,int charsize);
Функция устанавливает основные параметры вывода графических текстов (шрифт, направление строк и размер символа). Эти параметры остаются неизменными до следующего вызова функции settextstyle.
Первый параметр font задает номер инициализируемого шрифта. Ему можно присвоить значение одной из констант перечислимого типа font_names. Набор символов матричного шрифта встроен в BIOS, и от функции не требуется дополнительных действий при его загрузке. Для векторных шрифтов при автоматической загрузке производится поиск соответствующего chr-файла. Сначала просматривается директория, указанная аргументом path_to_bgi функции initgraph, затем текущая директория. Если файл шрифта не найден, устанавливается отрицательный код ошибки. Найденный chr-файл считывается в автоматически выделяемую область памяти. При невозможности выделить необходимую память также устанавливается соответствующий код ошибки. При возникновении любой ошибочной ситуации функция settextstyle выполняется до конца, но инициализирует при этом встроенный матричный шрифт вместо заданного векторного шрифта.
Аргумент direction может принимать одно из значений, определенное константами HORIZ_DIR и VERT_DIR. Он задает направление выводимой строки текста: HORIZ_DIR определяет обычное направление (горизонтальная строка, символы идут слева направо), VERT_DIR разворачивает строку на 90 градусов против часовой стрелки. Использование вертикального расположения строки может привести к изменению пропорций выводимых символов - они становятся ниже и шире, чем в горизонтальной строке, что связано с эффектом “неквадратности” пикселя в некоторых дисплеях и никак неустранимо.
Последний аргумент charsize управляет масштабом выводимых символов. Диапазон допустимых значений: от 1 до 10 для всех графических шрифтов и дополнительное значение 0 только для векторных. Положительное значение charsize указывает на одинаковое увеличение символов по обеим осям. Если для векторных шрифтов задать charsize, равный USER_CHAR_SIZE (определена как 0), то при этом определяются два независимых коэффициента масштабирования - для ширины и высоты символа. По умолчанию в этом режиме знакогенератор рисует символы векторного шрифта в базовом варианте в соответствии с описанием из chr-файла. Однако есть возможность изменить масштаб с помощью функции
void far setusercharsize(int mult_x,int div_x,int mult_y,int div_y);
Данная функция устанавливает новые размеры символа, умножая ширину и высоту базового варианта каждого символа на значения выражения ((double)mult_x / div_x) и ((double)mult_y / div_y) соответственно.
Главным недостатком автоматической инициализации знакогенератора при помощи функции settextstyle является то, что она обращается к диску для чтения chr-файла во время выполнения программы. Альтернативой автоматической инициализации знакогенератора является статическое включение в программу таблицы символов векторных шрифтов. Для этого сначала нужно при помощи утилиты bgiobj.exe превратить chr-файлы в объектные файлы c расширением .obj. Затем их можно включить в программу как обычные объектные файлы.
Перед статической инициализацией знакогенератора необходима регистрация нужной таблицы векторных шрифтов, для чего предусмотрена функция, которой нужно передать местоположение в оперативной памяти таблицы символов шрифта:
int registerbgifont(void (*font)(void));
В качестве указателей используются имена, уже определенные в объектных файлах шрифтов. Ниже приведены описания тех имен, которые нужно употреблять для шрифтов из минимального набора:
void triplex_font(void);
void small_font(void);
void sansserif_font(void);
void gothic_font(void);
При успешной регистрации шрифта возвращаемое значение неотрицательно. Далее для инициализации знакогенератора используется функция settextstyle с необходимыми установками для шрифта. Тогда в присутствии на диске chr-файла отпадает всякая необходимость.
Графическая система позволяет позиционировать на странице видеопамяти выводимый текст с точностью до пикселя, для этого функциям вывода текста нужно некоторую опорную точку. Расположением выводимой строки относительно опорной точки управляет функция
void far settextjustify(int horiz,int vert);
Ее аргументы могут принимать значения констант перечислимого типа text_just:
enum text_just
{
LEFT_TEXT=0, CENTER_TEXT, RIGHT_TEXT,
BOTTOM_TEXT, TOP_TEXT
};
В случае ошибки функция settextjustify устанавливает код ошибки, равный -11, и сохраняет предыдущий режим позиционирования.
Позиционирование горизонтальных строк происходит следующим образом. Если представить прямоугольник, в который вписана выводимая строка, то пара аргументов horiz и vert описывают положение опорной точки в прямоугольнике.
При инициализации графического режима опорная точка всех строк располагается в левом верхнем углу прямоугольника, в который вписывается горизонтальная строка.
В позиционировании вертикальных строк имеются некоторые особенности. Нужно помнить, что функция settextjustify управляет размещением относительно опорной точки именно прямоугольника, содержащего текст. Из этого следует, что по отношению к самому тексту (поскольку он повернут на 90 градусов) позиционирование справа и слева от опорной точки определяется аргументом vert, а сверху или снизу - аргументом horiz. Аргумент vert обрабатывается так же, как и для горизонтальной строки. Аргумент horiz ведет себя по-другому. При значениях LEFT_TEXT и RIGHT_TEXT он дает одинаковый результат - текстовый прямоугольник располагается слева от опорной точки.
В графической библиотеке существует функция, позволяющая получить информацию о текущем режиме вывода графических текстовых сообщений:
void far gettextsettings(struct textsettingstype far *texttypeinfo);
Информация заносится в область памяти, выделенную в программе и содержащую следующую структуру:
struct textsettingstype
{
int font,direction,charsize;
int horiz,vert;
};
Для правильного размещения текста на странице необходимо знать размеры занимаемого им пространства, которое зависит от типа шрифта и его масштабирования. Эту информацию выдают функции:
int far textheight(char far *text_string);
int far textwidth(char far *text_string);
Они возвращают высоту и ширину (в пикселях) прямоугольника, в который был бы вписан текст при выводе строки text_string знакогенератором текущего шрифта с учетом установленного в данный момент масштаба шрифта. Сам вывод текста при этом не производится.
При своей работе функции вывода текста создают в видеопамяти рисунок символов строки, используя таблицу выбранного шрифта. Код, который при этом заносится в атрибуты пикселей, есть текущее значение рисующего цвета (номер входа во внутреннюю палитру), устанавливаемое функцией setcolor. Никаких битовых операций с атрибутами пикселей видеопамяти не предусмотрено. Линии, которыми рисуются символы векторных шрифтов, всегда сплошные тонкие, они не могут модифицироваться функцией setlinestyle.
В отличие от текстового режима, фон выводимых символов (цвет прямоугольника, в который вписана строка) не изменяется. Если нужно вывести строку на каком-либо фоне, то фон нужно нарисовать отдельно, например с помощью функции bar. Другим важным отличием графического режима от текстового является отсутствие режима мигания символа. Можно имитировать процесс мигания, управляя внутренней палитрой с помощью функции setpalette.
Функций вывода текста две:
void far outtext(char far *text_string);
void far outtextxy(int x,int y,char far *text_string);
Обе в качестве аргумента получают указатель на выводимую строку символов. Отличие между этими функциями состоит в выборе опорной точки при позиционировании сообщения на странице. Функция outtext использует для этого текущую графическую позицию. Функция outtextxy получает координаты опорной точки через аргументы x и y. Координаты задаются в системе координат текущего графического окна. При установке режима отсечения изображения за пределами окна обе функции также обеспечивают отсечение фрагментов текста, выходящего за пределы графического окна.
2.1. Подключение графической библиотеки
Для подключения графической библиотеки можно использовать один из двух приемов. Во-первых, включить в меню оболочки BC++3.1 опцию Options-Linker-Libraries-Graphics library. Во-вторых, создать проект и включить в него исходные cpp-файлы и библиотеку LIBgraphics.lib.
Графический режим может не работать в оболочке, если не хватает места в динамической памяти. Следует увеличить ее размер в пункте Options-Debugger-Heap size.
2.2. Инициализация графического режима
Простейшую инициализацию осуществляет следующий код
#include <graphics.h>
void main()
{
int gd = DETECT, gm;
initgraph( &gd, &gm, “c:c31gi” );
// работаем в графическом режиме
putpixel(100, 200, WHITE);
// ……….
If(!getch())
getch();
closegraph();
}
2.3. Включение драйвера и шрифтов в исполняемый файл
Для включения графического драйвер egavga.bgi в исполняемый файл необходимо:
а) в командной строке выполнить
C:BC31BGIbgiobj.exe egavga
и получить файл egavga.obj;
б) создать проект в оболочке с помощью команды меню Project-Open и включить в него файл egavga.obj и исходные cpp-файлы;
в) затем в тексте программы записать код
registerbgidriver(EGAVGA_driver);
initgraph(&gd, &gm, “”);
Для включения графических шрифтов (файлов с расширением chr) в исполняемый файл необходимо:
а) в командной строке выполнить
C:BC31BGIbgiobj.exe goth
и получить файл goth.obj;
б) создать проект в оболочке с помощью команды меню Project-Open и включить в него файл goth.obj и исходные cpp-файлы;
в) затем в тексте программы записать код
registerbgifont(GOTHIC_font);
initgraph(&gd, &gm, “c:orlandcgi”);
//…………………
settextstyle(GOTHIC_FONT, HORIZ_DIR, 10);
outtext(“Hello”);
//…………………
2.4. Рисование геометрических фигур
а) Нарисуем красное солнце
setcolor(RED);
circle(100, 100, 50); //красная окружность
setfillstyle(SOLID_FILL, RED);
floodfill(100, 100, RED); /* рисуем красный круг, указывая внутреннюю точку области и цвет контура */
б) Нарисуем в центре экрана квадрат со стороной a, повернутый относительно центра C на угол против часовой стрелки. Пусть С(x0, y0) - математические координаты точки. Тогда вершины неповернутого квадрата имеют координаты
(x0 + (sqrt(2) / 2) · a · cos( /4 + /2 · k),
y0 + (sqrt(2) / 2) · a · sin( /4 + /2 · k)), где k = 0, 1, 2, 3.
При повороте на угол получаем математические вершины
(fk, gk) = (x0 + (sqrt(2) / 2) · a · cos( /4 + /2 · k + ),
y0 + (sqrt(2) / 2) · a · sin( /4 + /2 · k + )),
где k = 0, 1, 2, 3.
В соответствии с данными, приведенными п.2.11, переводим математические координаты (fk, gk) в координаты пикселей (uk, vk). Затем определяем целочисленный массив A координат вершин замкнутого многоуольника
{u[0], v[0], u[1], v[1] , u[2], v[2], u[3], v[3], u[0], v[0] }.
Теперь рисуем квадрат с помощью одной функции
drawpoly(5, A);
2.5. Выделение памяти под большие одномерные массивы
Элементами массивов могут быть структуры большого размера. Если и размер массива значителен, то выделить динамическую память под такой массив одним вызовом функции malloc нельзя. Прототип этой функции
void *malloc( unsigntd int T);
Поэтому максимальный размер блока памяти, который она выделяет, не превосходит 64К.
Предлагается эмулировать одномерный динамический массив двумерным динамическим массивом с использованием массива
указателей.
Например, выделим память под long T=50000l структур
struct comp {
float re, im;
};
Общий размер такого массива равен 50 000 * 8 = 400 000 байт. Выберем размеры двумерного массива
int m = 1000; // количество столбцов выбираем произвольно
int n = (int)((T - 1)/ m) +1; // количество строк, нумерация строк
с нуля
В последней (m-1)-й строке прямоугольной динамической матрицы m n могут содержаться элементы, не принадлежащие исходному одномерному массиву. Поэтому при переборе элементов массива необходима соответствующая проверка.
comp ** A = NULL;
A = (comp **) malloc( m * sizeof(comp *));
// проверка выделения памяти
for(int i=0; i < m; i++)
A[i] = (comp *) malloc(k * sizeof(comp));
// проверка выделения памяти
for( i =0; i < m; i++)
for( int j =0; j < n; j++)
if( (long) i*k+j < T) // работаем только с элементами
// исходного одномерного массива {
A[i][j].re = 0;
A[i][j].im = 0;
}
// работа программы
// освобождение памяти
for( i =0; i < m; i++)
free(A[i]);
free(A);
2.6. Вывод числовой информации
Для вывода форматированных данных используется двухэтапный алгоритм. Вначале данные записываются в строку или, как иногда говорят, в память. Затем строка выводится на графический экран.
Например выведем вещественное число с двумя знаками после запятой.
char buf[5];
float x = 3.1415;
sprintf(buf, “%4.2”, x);
outtextxy(100, 100, buf);
Цифра 4 в форматной строке задает количество байтов в памяти, которые будет занимать выводимая форматированная информация без учета признака конца строки. Прием используется для предотвращения
выхода за диапазон массива. Подобная ошибка возникла бы в случае
x = 13.1415.
2.7. Задержка экрана
Организация задержки экрана не зависит от выбора графического или текстового режима, и реализуется следующим образом
if (!getch())
getch();
Данный код корректно обрабатывает два возможных случая. Во-первых, при нажатии обычной клавиши. При этом с клавиатуры в буфер ввода помещается ненулевой ascii-код символа, соответствующего нажатой клавише. Тогда условие !getch() ложно и второй getch() не вызывается.
Во-вторых, при нажатии клавиши с расширенным кодом (например, функциональные клавиши, стрелки) с клавиатуры в буфер ввода поступают два числа: ноль и scan-код этой клавиши. Тогда условие !getch() истинно, вызывается второй getch(), который считывает scan-код и тем самым очищает буфер.
Другим способом задержки экрана является код
while(!getch())
;
Отметим, что стандартным способом задержки (в учебниках и примерах из справок по функциям) является вызов функции
getch();
Однако этот способ некорректно обрабатывает нажатие клавиши с расширенным кодом. В данном случае в буфере останется один непрочитанный символ, который будет считываться при следующем вводе информации.
2.8. Реакция программы на нажатие конкретной клавиши
В следующем фрагменте выходим из цикла по нажатию клавиши Escape
#define ESC 27
while(1){
if(kbhit()){
char c=getch();
if(c == 0)
{
getch();
continue;
}
else if( c == ESC)
break;
}
//работа цикла
}
2.9. Организация ввода числовой информации
В графических приложениях ввод текстовой и числовой информации реализуется также в графическом режиме. Для этого нельзя использовать функцию scanf, так как она предполагает текстовый режим.
Предлагается следующий алгоритм для ввода целого положительного числа. Данные считываются с клавиатуры посимвольно, сохраняются в памяти и затем распознаются с помощью функции sscanf форматированного ввода из строки. Строка выводится в графическом режиме посимвольно.
#define ENTER 13
main(){
//инициализация графического режима
char c, buf[2], *str=(char *)malloc(1);
int number;
str[0] = ;
buf[1] = `;
while( (c = getch()) != ENTER){
if( c < 0 || c> 9)
continue;
buf[0] = c; // введенный символ оформляем в виде строки
outtext(buf); // и выводим на экран в графическом режиме
str = realloc(str, strlen(str) + 2);
str[strlen(str) + 1] = `;
str[strlen(str)] = c; // запоминаем символ в памяти
}
sscanf(str, “%d”, &number);
}
2.10. Проверка выхода аргумента функции из ОДЗ
Проверку выхода переменной x из области допустимых значений функции f(x) можно реализовать в самом теле функции. В случае выхода из ОДЗ функция взводит глобальный флаг, который проверяется в вызывающей функции.
Например,
int flag=0; //глобальный флаг
// работаем с функцией y = x1/2
float f(float x){
if(x<0){
flag=1;
return 0;
}
else{
flag=0;
return sqrt(x);
}
}
void main(){
float x, y;
scanf(“%f”, &x);
y=f(x);
if(flag==1)
printf(“Выход из ОДЗ. ”);
else
printf(“Нет выхода из ОДЗ. Продолжаем вычисления”);
}
2.11. Графическая и математическая системы координат
Для рисования графика функции программисту удобнее использовать математическую систему координат (МСК), расположенную по центру экрана. Графические функции работают в графической системе координат (ГСК).
а б
Рис. 1. Системы координат: а - математическая; б - графическая
Инициализируем переменные.
int maxx = getmaxx(),
maxy = getmaxy(),
px = 30, // количество пикселей в одной математической единице по оси Ох
py = px * ((float)maxx/maxy); // количество пикселей в одной математической единице по оси Оy.
Соответствие между двумя системами координат представлено
ниже
Соответствие между МСК и ГСК
|
МСК |
ГСК |
|
|
(0, 0) ………………………………. |
(maxx / 2, maxy / 2) |
|
|
(1, 0) ………………………………. |
(maxx / 2 + px, maxy / 2) |
|
|
(0, 1) ………………………………. |
(maxx / 2, maxy / 2 - py) |
|
|
(x, y) ….……………………………. |
(maxx / 2 + x px, maxy / 2 - y py) |
|
|
(x, f(x)) ……………………………. |
(maxx / 2 + x px, maxy / 2 - f(x) py) |
|
Реализуем масштабирование по оси координат Ох так, чтобы график функции y = f(x) на заданном отрезке [a, b] размещался по всей ширине экрана. Для этого найдем коэффициенты u и v линейного отображения g(x) = u x + v, при котором отрезок [a, b] переходит в отрезок [0, maxx]. Из системы линейных уравнений
u a + v = 0
u b + v = maxx
находим u = maxx / (b-a), v = -a maxx / (b-a). Тогда точке (x, f(x)) будет соответствовать пиксель
( (maxx / (b-a)) * x - a * maxx / (b-a) , maxy / 2 - f(x) * py)),
где px = maxx/(b-a). Затем график можно нарисовать с помощью цикла, в котором счетчик является вещественной математической переменной. Например:
for(float x = a; x <= b; x += (b-a) / maxx)
putpixel((maxx / (b-a)) * x - a * maxx / (b-a), maxy / 2- f(x) * py));
Данный цикл при больших a и b может оказаться бесконечным. Это возможно в случае, если шаг цикла (b-a) / maxx будет меньше расстояния между числом a и его ближайшим соседом справа для типа float.
2.12. Использование двух видеостраниц
Для рисования вращающейся звезды (см. задание 3.4) лучше использовать две видеостраницы.
int page=0;
for(double f = 0; f < 2 M_PI-M_PI / 100; f += M_PI / 50) {
otrisovka(X0, Y0, R1, r2, fi0 + f, COLOR); /* рисуем новую звезду на активной странице, которая по умолчанию имеет нулевой номер*/
setvisualpage(page); /* показываем изображение новой звезды*/
page=abs(page-1); /* меняем номер страницы с 0 на 1 или наоборот*/
setactivepage(page); /* меняем активную страницу*/
otrisovka(X0, Y0, R1, r2, fi0 + f-M_PI / 50, getbkcolor()); /* стираем старую звезду на активной странице*/
}
2.13. Рисование изображений в bmp-формате
Для создания фона в задаче о снегопаде можно использовать 16-ти цветный bmp-файл, так как это устраняет проблему самостоятельного рисования фонового изображения средствами языка C++. Для загрузки изображения из файла надо выполнить действия:
1) с позиции 22 в файле прочитать высоту рисунка;
2) вычислить ширину записанного изображения
ширина = (размер_файла - 118) / высота;
3) загрузить сам рисунок, начиная с позиции 118, учитывая, что в одном байте содержится 2 пикселя и то, что изображение в файле записано построчно, причем первая строка записана в конец файла, а последняя - с позиции 118.
// карта замещения цветов для создания визуального эффекта
char map[] = {0,12,2,6,9,5,3,8,7,4,10,14,1,13,11,15};
int y0 = getmaxy();
// Открываем картинку
FILE *f = fopen(fon, "rb");
if(f==NULL)
return 2;
// читаем ширину картинки
fseek(f, 0, 2);
long l = ftell(f)-118;
fseek(f, 22, 0);
int w,h;
fread(&h, 2, 1, f);
w = int(l / h);
// читаем и рисуем картинку
fseek(f, 118, 0);
int x=0;
int y=0;
while(1) {
c = fgetc(f);
if(feof(f))
break;
ch = map[c/16];
cl = map[c%16];
putpixel(2*x+0, y0-y, ch);
putpixel(2*x+1, y0-y, cl);
if(++x==w) {
x=0;
y++;
}
}
fclose(f);
2.14. Работа с мышью
Вызовы BIOS используют программные прерывания. BIOS имеет несколько различных прерываний для разных целей. Для работы с мышью используют прерывание 0x33. Для доступа к этим прерываниям используется функция Си с прототипом в файле <dos.h>
int int86(int num, REGS *in, REGS *out);
где num - номер прерывания. Объединение REGS имеет вид
union REGS{
struct WORDREGS x;
struct BYTEREGS y;
};
struct WORDREGS{
unsigned int ax, bx, cx, dx, si, di, cflags, flags;
};
struct BYTEREGS{
unsigned char al, ah, bl, bh, cl, ch, dl, dh;
};
//Определим глобальную переменную
REGS regs;
//показать курсор
void showcursor(void){
regs.x.ax = 0x01;
int86(0x33,®s,®s);
}
//спрятать курсор
void hidecursor(void){
regs.x.ax = 0x02;
int86(0x33,®s,®s);
}
//получение статуса мыши
void get_mouse_status(int& button,int& x,int& y){
regs.x.ax = 0x03;
int86(0x33,®s,®s);
button = regs.h.bl;
x = regs.x.cx;
y = regs.x.dx;
}
//пример использования мыши
main(){
//инициализация графического режима
int button, x, y;
char str[20];
showcursor();
while(1){
get_mouse_status(button, x, y);
if(x == 0 || y == 0)
break;
sprintf(str, “%d %d”,x, y);
outtext(30, 30, str);
}
hidecursor();
}
3.1. Звездное небо
На экране в непрерывном режиме рисуются звезды (пиксели) в случайном месте и случайным цветом. Распределение случайных величин равномерное. При наложении новой звезды на другую видимую звезду обе стираются. Рисование прекращается нажатием клавиши Escape. Затем происходит подсчет числа видимых звезд, и процент заполнения неба выводится по центру графического экрана с точностью до сотых долей процента. Использовать готический шрифт размером 1 см.
Рисование звезд и их подсчет реализовать в виде отдельных функций. Получить ответ для двух режимов VGAHI и VGALO.
3.2. Снегопад
С верхней части и с боковых сторон экрана в непрерывном режиме падают белые снежинки в форме одного пикселя. Выход из программы по нажатию клавиши Escape. Снежинки пролетают экран и снова появляются. Создать на экране графический фон в виде голубого полумесяца, красивого текста и пр. Фон не содержит белого цвета и не должен перерисовываться.
Плотность снегопада вводится в начале программы в текстовом режиме. Максимальное количество снежинок равно 50 000. Параметры снежинки находятся в пользовательской структуре данных. Для хранения информации о снежинках следует использовать двумерный динамический массив структур.
Смещения снежинок содержат хаотическую составляющую по горизонтали и вертикали. Организовать управление ветром с помощью клавиш-стрелок.
3.3. Рисование графика функции
Нарисовать график функции y = f(x) на отрезке [a, b]. Вещественные границы интервала вводятся с клавиатуры в графическом режиме с возможностью редактирования. График необходимо масштабировать по ширине экрана так, чтобы отрезок [a, b] полностью вписался в экран.
Функция f(x) задается исходным кодом на языке Си. Осуществить проверку выхода переменной x из ОДЗ.
3.4. Вращение звезды
Написать функцию, которая рисует правильную пятиконечную цветную звезду, со следующими параметрами:
· x, y - математические координаты центра;
· R, r - математические радиусы внутренней и внешней окружностей;
· fi - угол между осью x и одним из больших лучей звезды, в радианах;
· col - цвет контура звезды;
· colfill - цвет заливки.
Написать также программу, в которой вращается красная звезда в центре экрана.
| Контрольная работа | Концепция информатизации Российской Федерации |
| Контрольная работа | Причины агрессивного поведения. Методы работы с агрессивными детьми |
| Контрольная работа | Алгоритм выбора и реализации предпринимательской идеи |
| Контрольная работа | Системы управления взаимоотношения с клиентами |
| Контрольная работа | Учет материальных затрат в бухгалтерском учете |
| Контрольная работа | Геополитическое положение России |
| Контрольная работа | Особенности вознаграждения работников в организации |
| Контрольная работа | Виды запасов |
| Контрольная работа | Психоанализ |
| Контрольная работа | Экономико-географическая характеристика Печорского угольного бассейна 2 |
| Контрольная работа | Товароведение продовольственных товаров |
| Контрольная работа | Контрольная работа по Русскому языку и культуре речи 2 |
| Контрольная работа | Картографические проекции |
| Контрольная работа | Основные функции Центрального Банка |
| Контрольная работа | Философия как наука |