游戏编程起源（初学者）Ⅹ - 游戏开发 - 程序设计 - 入门基础

☆ 锁定表面

没什么令人意外的东东，我们将使用的函数是IDirectDrawSurface7::Lock()。让我们仔细看看它：

HRESULT Lock(
    LPRECT lpDestRect,
    LPDDSURFACEDESC lpDDSurfaceDesc,
    DWORD dwFlags,
    HANDLE hEvent
);

一定要检测函数的调用是否成功，否则可能会有大麻烦的：如果锁定失败，而返回的指针指向了一个不正确的内存区域，你若操控该区域，很有可能导致系统的混乱。函数的参数有以下这些组成：
※ LPRECT lpDestRect：是一个指向RECT结构的指针，它描述了将要被直接访问的表面上的矩形区。该参数被设置为NULL，以锁定整个表面。
※ LPDDSURFACEDESC2 lpDDSurfaceDesc：是DDSURFACEDESC2类型的结构变量的地址，它由直接访问表面内存所必需的全部信息进行填充。在该结构中返回的信息表面的基地址、间距和象素格式。
※ DWORD dwFlags：好像没有几个DirectX函数没有这个东东的。下面列出几个最有用的标志常量：
◎ DDLOCK_READONLY：被锁定的表面为只读。（当然就不能写入了）
◎ DDLOCK_SURFACEMEMORYPTR：表面返回一个指向锁定矩形左上角坐标的有效指针；如果没有指定矩形，那么返回表面左上角的坐标。此项为默认且无需显式的输入。
◎ DDLOCK_WAIT：如果其它线程或进程正在进行位转换操作，不能锁定表面内存，则一直等到该表面可以锁定为止或返回错误信息。
◎ DDLOCK_WRITEONLY：被锁定表面为可写。（当然就不能读取了）
由于我们使用锁定去操控象素，你将总会用到DDLOCK_SURFACEMEMORYPTR。即使我们目前还没有学习位块操作，但使用DDLOCK_WAIT总是一个好主意。
※ HANDLE hEvent：没用的东东，设置为NULL好了。

一旦我们锁定了表面，我们需要查看一下DDSURFACEDESC2结构来获取一些表面信息。我们以前介绍过这个结构，但在这里，针对现在的课题，我们只需要它的两个成员。由于它们都很重要，我就再重复一遍：
※ LONG lPitch：这个lPitch成员表示每个显示行的字节数，也就是行间距。例如，对于640×480×16模式，每一行有640个象素，每一个象素需要两个字节存放颜色信息，所以行间距应该为1280个字节，对不对？Well，对于一些显示卡，它的长度大于1280，每行上多于的内存不存放任何的图象数据，但你必须让它存在，因为这种显示卡在某种显示模式下不能创建线性内存模式。的确，这种显示卡的比例很小，但你需要考虑到它。
※ LPVOID lpSurface：这是指向内存中表面的指针。不管你使用何种显示模式，DirectDraw都创建一个线性地址模式，使你能够操控表面上的象素。

这个lpSurface指针是很容易理解的，而行间距是一个需要记住的重要值，因为你将必须使用它去计算特殊象素的偏移量。
我们过一会儿在细说，因为有一件事我们现在必须知道，当对锁定的表面操作完成后，你需要释放这个锁定表面，这个函数IDirectDrawSurface7::Unlock()的原形为：

HRESULT Unlock(LPRECT lpRect);

参数同你传递给Lock（）函数的要保持一致。都准备好了，让我们画一些象素吧！

☆ 绘制象素

首先是确定从Lock（）函数得到的指针类型。逻辑上，我们希望指针的大小同象素的大小要保持一致。所以我们为8-bit色彩深度分配了UCHAR*类型，USHORT*是16-bit的，UINT*是32-bit的。但是24-bit怎么办呢？因为没有与之相对应的数据类型，我们还是使用UCHAR*类型，但具体操作有一些不同。
我们也应该把lPitch成员转换成与指针相同的单位。记得吗，当我们第一次从DDSURFACEDESC2结构得到lPitch时，它是以字节为单位。对于16-bit模式，我们应该把它除以2以适应USHORT，对于32-bit我们应该把它除以4以适应UINT。
在我们进行第二步前先看看实例代码。假设我们在32-bit模式锁定主表面来绘制象素。以下是代码：

// declare and initialize structure
DDSURFACEDESC2 ddsd;
INIT_DXSTRUCT(ddsd);

// lock the surface
lpddsPrimary->Lock(NULL, &ddsd, DDLOCK_WAIT | DDLOCK_SURFACEMEMORYPTR, NULL);

// now convert the pointer and the pitch
UINT* buffer = (UINT*)ddsd.lpSurface;
UINT nPitch = ddsd.lPitch >> 2;

现在让我先一步告诉你象素绘制函数，然后我再解释：

inline void PlotPixel32(int x, int y, UINT color, UINT *buffer, int nPitch)
{
    buffer[y*nPitch + x] = color;
}

All right，让我分别解说。首先，你可能已经注意到了我把它声明为一个inline函数，目的是消除传递所有参数时的辅助操作，例如每次我们想要做些简单的事情（如绘制一个象素）。在函数里，仅用了一行就定位了我们要绘制的点和设置了该点的颜色。注意，颜色仅仅是一个值，不是由红、绿、蓝分别组成的，所以我们需要使用宏RGB_32BIT()来设置这个颜色值。
公式用来定位要绘制象素的具体位置——y*nPitch + x 。nPitch表示行间距，被y乘后就得到了正确的行数，再加上x，就得到了正确的位置。这就是你需要知道的，很简单吧！让我再告诉你在8-bit和16-bit模式下绘制象素的函数，它们都十分相象：

inline void PlotPixel8(int x, int y, UCHAR color, UCHAR* buffer, int byPitch)
{
    buffer[y*byPitch + x] = color;
}

inline void PlotPixel16(int x, int y, USHORT color, USHORT* buffer, int nPitch)
{
    buffer[y*nPitch + x] = color;
}

几个函数间唯一不同的就是参数数据类型的不同。应该还记得对于8-bit色彩深度，间距是以字节表示，对于16-bit，间距是以USHORT类型表示。现在，只剩下一个模式没有说了，就是24-bit模式。由于没有相应的数据类型，我们需要分别传递红、绿、蓝三个值，函数看起来应该如下：

inline void PlotPixel24(int x, int y, UCHAR r, UCHAR g, UCHAR b, UCHAR* buffer, int byPitch)
{
    int index = y*byPitch + x*3;

    buffer[index] = r;
    buffer[index+1] = g;
    buffer[index+2] = b;
}

如你所看到的，它将工作慢一些，因为它多了一次乘法运算，并且有三次内存写操作。你可以用其它方法替换x*3加快一些速度，如(x+x+x)或者(x<<1)+x，但是不会有太大效果的。当然，她还没有到应该放弃的地步。现在你就明白了为什么说24-bit色彩深度有点儿讨厌了吧！

☆ 关注速度

你应该采取一些行动使程序尽可能会的运行。首先，锁定一个表面并不是最快的，所以你要试图锁定表面上你要操作的最小矩形区域。对于很多操作，包括很简单的绘制象素演示程序，你都应该锁定最小的矩形区域。
第二，让我们就640×480×16模式来说，间距总是1280个字节，你应该试图考虑有没有更好的办法表述它。当然，1280个字节你是不能改变的，但我们可以使公式最优化，用位移来替代乘法是一贯的加速方法。我们先前的公式是这样的：
buffer[y*nPitch + x] = color;
如果我们知道nPitch将会是640（由于nPitch是USHORT类型，不是字节），我们就可以加速它（我们本来就知道它是640）。640不是一个理想的位移数字，但512是2的9次幂，128是2的7次幂，你猜到了吧，512＋128＝640。^_^ 很棒吧？我们就可以用下面这个更快的公式取代先前的公式：
buffer[(y<<9) + (y<<7) + x] = color;
多数的解决办法都是分解成2的几次幂，有的需要动一点儿脑筋，如800×600（512＋256＋32＝800），小菜一碟哦！位移是我们应用的最快的运算符。
最后，如果你要使用两个函数—— 一个做乘法运算，一个做位移运算，要将比较判断放到循环的外部，不能象下面这样：

for (x=0; x<1000; x++)
{
    if (nPitch == 640)
        PlotPixelFast16();
    else
        PlotPixel16();
}

判断部分使你的优势殆尽，你应该这样做：

if (nPitch == 640)
{
    for (x=0; x<1000; x++)
        PlotPixelFast16( parameters );
}
else
{
    for (x=0; x<1000; x++)
        PlotPixel16( parameters );
}

有意义吧？无论何时用大的循环，都应该尽量把判断放到循环的外部，没有必要进行上千次同样的比较判断。同理，如果你要绘制象素，形成有规律的图案，如水平线或垂直线，甚至是斜线，你都没有必要每一次都重复确定象素的位置。看看下面的例子，画一条任意颜色的直线：

for (x=0; x<640; x++)
    PlotPixel16(x, 50, color, buffer, pitch);

函数每次都重复计算正确的行，你可以一次就把行指定好。下面是快一点儿的做法：

// get the address of the line
USHORT* temp = &buffer[50*pitch];

// plot the pixels
for (x=0; x<640; x++)
{
    *temp = color;
    temp++;
}

你可能认为节省这么一点点时间意义不大，但当你进行千万次的循环时，意义就很大了。游戏程序员总是想办法提高游戏的速度的。
看看以前的文章，我们已经进行了好长时间的铺垫了。现在，我们知道了怎样绘制象素了，让我们看看能用现在学到的做些什么。

☆ 淡出操作

在游戏中最常用到的屏幕操作就是淡出成黑色，或者从黑色淡入。两种方式是同样的机理：你简单画出你的图象，然后申请一些屏幕转换来改变图象的亮度。对于淡出，你减少亮度从100％——0％；对于淡入，你增加亮度从0％——100％。如果你工作在调色板模式，这很容易做到，你只要改变你的调色板的颜色就可以了。如果你工作在RGB模式下，你得考虑一些其它方法。
现在，我将说一说屏幕淡入、淡出相对好一些的方法。你可以使用Direct3D，它支持α混合，先设定每一帧的纹理，然后设置透明层；或者，更容易的方法，你可以使用DirectDraw的color/gamma控制。但是，如果你仅仅希望屏幕的一部分进行淡入或淡出的操作，或者淡入或淡出一种非黑色的颜色，而且你又不是一个Direct3D的高手——我本人就不是！——那么具体做法的手册就在你眼前。现在，你所需要做的最基本的就是读取每一个你需要控制的象素，然后把它分解成红色、绿色和蓝色，然后你把三个值分别乘以要淡出或淡入的级别，再合成RGB值，把新的颜色值写回缓冲区。听起来很复杂？别害怕，没有想象的那么坏。看看下面这段演示代码，它演示了屏幕左上角200×200区域的淡出效果，是16-bit色彩深度和565格式：

void ApplyFade16_565(float pct, USHORT* buffer, int pitch)
{
    int x, y;
    UCHAR r, g, b;
    USHORT color;

    for (y=0; y<200; y++)
    {
        for (x=0; x<200; x++)
        {
            // first, get the pixel
            color = buffer[y*pitch + x];

            // now extract red, green, and blue
            r = (color & 0xF800) >> 11;
            g = (color & 0x0730) >> 5;
            b = (color & 0x001F);

            // apply the fade
            r = (UCHAR)((float)r * pct);
            g = (UCHAR)((float)g * pct);
            b = (UCHAR)((float)b * pct);

            // write the new color back to the buffer
            buffer[y*pitch + x] = RGB_16BIT565(r, g, b);
        }
    }
}

现在，这个函数有很多不稳妥的地方。首先，计算象素的位置公式不但包含在循环中，而且还出现了两次！你可以在整个程序中只计算它一次，但现在的代码计算了它80000次！^_^ 下面是你应该做的：在函数的开始部分，你应该声明一个USHORT*的变量，让它等于buffer（如USHORT* temp = buffer；）。在内部循环里，增加一个指针使其能得到下一个象素；在外部循环，增加一行（temp＋＝jump；），使其能转入下一行。下面是修改后的代码：

void ApplyFade16_565(float pct, USHORT* buffer, int pitch)
{
    int x, y;
    UCHAR r, g, b;
    USHORT color;
    USHORT* temp = buffer;
    int jump = pitch - 200;

    for (y=0; y<200; y++)
    {
        for (x=0; x<200; x++, temp++) // move pointer to next pixel each time
        {
            // first, get the pixel
            color = *temp;

            // now extract red, green, and blue
            r = (color & 0xF800) >> 11;
            g = (color & 0x0730) >> 5;
            b = (color & 0x001F);

            // apply the fade
            r = (UCHAR)((float)r * pct);
            g = (UCHAR)((float)g * pct);
            b = (UCHAR)((float)b * pct);

            // write the new color back to the buffer
            *temp = RGB_16BIT565(r, g, b);
        }

        // move pointer to beginning of next line
        temp+=jump;
    }
}

这就好一些了吧！jump值是USHORT类型，是表示从200个象素宽的末尾（200个象素没有占满一行）到下一行开始的值。尽管如此，对于浮点运算和提取/还原颜色计算并没有提高速度。应该有办法的，看看这个：

USHORT clut[65536][20];

如果你要求一个DOS程序员把这么大的数组放入他的程序中，他可能痛苦的会哭出声来，甚至当场昏死过去，起码也要加速自然死亡。但在Windows中，如果你需要这样做，不会遇到什么麻烦的。因为你拥有整个系统的可利用内存。如果把整个的内循环替换成下面这一行，是不是很美妙的一件事呢？

*temp = clut[*temp][index];

这样做，又快了一些！^_^ 你可以传递一个0——100间的整数来替代浮点数传递给函数。如果为100，就不需要淡出的操作了，所以就返回“什么事儿也不用做”；如果为0，就用ZeroMemory()函数处理所有的工作好了。另外，把传递的数除以5，作为数组的第二个下标。
如果你对于我知道查询表的尺寸感到好奇，我就告诉你好了，65536是2的16次幂，所以在16-bit模式下，就有65536种颜色。既然我们的颜色值是无符号的值，它们的范围从0——65535，那么我们就用20作为淡出的增量值好了，反正考虑到相关的内存，我觉得挺合适的。
对于24-bit和32-bit模式，你显然不能直接使用颜色查询表，因为数组太巨大了，所以你只有使用三个小一点的数组：

UCHAR red[256];
UCHAR green[256];
UCHAR blue[256];

然后，每当你读取一个象素，就把它分解出的颜色值放入相应的数组，使其形成自己的查询表，经过变化，再组合到一起，得到RGB色彩值。有很多办法可以实现程序的优化，最好的办法是根据你的目的不断地测试哪一种是最适合你的程序的，然后总结经验，记住它。我下面将简单的介绍一下你可能用得着的其它的转换。

☆ 透明操作

把一个透明的图象覆盖在非透明的图象上，你就不能使用颜色查询表了，因为它总共需要有65536个查询表，一台普通的电脑就需要8.6GB的内存来处理这个庞然大物。^_^ 所以你不得不计算每一个象素。我将给你一个基本的思路。假设你要用图象A覆盖图象B，图象A的透明百分比为pct，这是一个0——1之间的浮点数，当为0时是完全不可见的，当为1时是完全可见的。那么，让我们把图象A的象素称作pixelA，相对应，图象B的象素称作pixelB。你将应用下面这个公式：

color = (pixelA * pct) + (pixelB * (1-pct));

基本上，这是一个两个象素颜色的平均值。所以，你实际上看到每个象素有6个浮点乘法运算。你可以用一些小型的查询表降低你的工作量。你真的应该试一试！
你或许想做的另一件事情是建立一个部分透明的纯色窗口。如果你看过了我做的一个RPG游戏的DEMO——地球人（http://www.aeon-software.com/framesok/tn_demo1.html ）你或许明白我的意思。那种效果用一个颜色查询表完全可以达到。因为对于“地球人”，我只需要为屏幕上可能出现的颜色提供蓝色。实际上，我就是用查询表完成的。我将告诉你我实际的意思：

void Init_CLUT(void)
{
    int x, y, bright;
    UCHAR r, g, b;

    // calculate textbox transparency CLUT
    for (x=0; x<65536; x++)
    {
        // transform RGB data
        if (color_depth == 15)
        {
            r = (UCHAR)((x & 0x7C00) >> 10);
            g = (UCHAR)((x & 0x03E0) >> 5);
            b = (UCHAR)(x & 0x001F);
        }
        else // color_depth must be 16
        {
            r = (UCHAR)((x & 0xF800) >> 11);
            g = (UCHAR)((x & 0x07E0) >> 6); // shifting 6 bits instead of 5 to put green
            b = (UCHAR)(x & 0x001F); // on a 0-31 scale instead of 0-63
        }

        // find brightness as a weighted average
        y = (int)r + (int)g + (int)b;
        bright = (int)((float)r * ((float)r/(float)y) + (float)g * ((float)g/(float)y) + (float)b * ((float)b/(float)y) + .5f);

        // write CLUT entry as 1 + one half of brightness
        clut[x] = (USHORT)(1 + (bright>>1));
    }
}

这段代码来源于“地球人”，用查询表创建了一个文本框。为了安全起见，随处都使用了类型修饰。这段代码还能再快一些，但我没有很认真的优化，因为我只在游戏的最开始的部分调用了它一次。首先，红、绿、蓝的亮度值被提取出来，由于是16-bit模式，注意我们用了一个color_depth变量检测了显示卡是555还是565格式。然后，用下面公式计算了象素的亮度：

y = r + g + b;
brightness = r*(r/y) + g*(g/y) + b*(b/y);

这是一个理想的平均值。我不能确定是否颜色亮度值这样得到就正确，但它看起来符合逻辑，并且实际效果很好。在公式的最后我加了一个.5，因为当你把浮点数变为整数时，小数部分被去掉，加上.5使其凑整。最后，我把亮度除以2再加上1，这样不会使文本框太亮，加1使文本框不会全黑。由于16-bit模式的低位是蓝色，我可以只把颜色设置为蓝色，就不用宏了。理解了吗？最后，结束之前，我给你演示怎样创建文本框：

int Text_Box(USHORT *ptr, int pitch, LPRECT box)
{
    int x, y, jump;
    RECT ibox;

    // leave room for the border
    SetRect(&ibox, box->left+3, box->top+3, box->right-3, box->bottom-3);

    // update surface pointer and jump distance
    ptr += (ibox.top * pitch + ibox.left);
    jump = pitch - (ibox.right - ibox.left);

    // use CLUT to apply transparency
    for (y=ibox.top; y<ibox.bottom; y++)
    {
        for (x=ibox.left; x<ibox.right; x++, ptr++)
            *ptr = clut[*ptr];
        ptr += jump;
    }
    return(TRUE);
}

这就是一个查询表，看起来更象淡出操作的代码了，就是查询表的控制值与前面的不一样了。这里用一个计算代替了20。^_^ 顺便说一下，对于查询表的一个声明，象下面这个：

USHORT clut[65536];

使用它，你可以做出更有趣的效果。
在你自己动手前，请先看看针对本章编写的例程代码，它可以从http://www.aeon-software.com/downloads/pixels.zip 下载。你应该试着改动它一下，用象素填满屏幕，然后在上面绘制一个透明的文本框。

☆ 总结

本章是为以象素为基础的图形服务的。下一章，我们将学习位图的知识。不管你信不信，使用位图要比象素简单多了，以后你就知道了。下一章将是学习DirectX基础知识的最后一章，在此之后，我们将编写一个RPG游戏。细节到时候你就知道了。

作者的邮箱：ironblayde@aeon-software.com 要用英文给作者发信哦！
作者的ICQ：53210499
【傻马乱踢：howsee@163.com】
待续。。。。。。