基于Visual C++的GDI常用坐标系统及应用（一）

在Windows应用程序中，只要进行绘图，就要使用GDI坐标系统。Windows提供了几种映射方式，每一种映射都对应着一种坐标系。例如，绘制图形时，必须给出图形各个点在客户区的位置，其位置用x 和y两个坐标表示，x 表示横坐标，y表示纵坐标。在所有的GDI绘制函数中，这些坐标使用的是一种“逻辑单位”。当GDI函数将结果输出送到某个物理设备上时，Windows将逻辑坐标转换成设备坐标（如屏幕或打印机的像素点）。本文讨论了图形环境中的各个映射模式，包括它们是什么，怎么工作的，以及它们真正的含义。

一、基础知识


（一）逻辑坐标。逻 辑坐标与设备无关，缺省地，一个逻辑单位等于设备中的一个象素。它是实现“所见即所得”的基础。例如，当程序员调用LineTo函数绘制25.4mm(1 英 寸) 长的直线时，他只要使用合适的映射模式，那么就并不需要考虑输出的是何种设备。若设备是VGA显示器，Windows自动将其转化为96个像素点；若设备 是一个300dpi的激光打印机，Windows自动将其转化为300 个像素点。

（二）设备坐标。图形输出时，Windows将GDI函数中指定的逻辑坐标映射为设备坐标，在所有的设备坐标系统中，单位以像素点为准，水平值从左到右增大（正方向向右），垂直值从上到下增大（正方向向下）。Windows中包括以下3 种设备坐标，以满足各种不同需要：

1、客户区域坐标，包括应用程序的客户区域，客户区域的左上角为（0, 0）。GetClientRect取得窗口客户区(不包括非客户区)在客户区坐标系下的RECT坐标,可以得到窗口的大小，而不能得到相对屏幕的位置，因为这个矩阵是在客户区坐标系下（相对于窗口客户区的左上角）的

2、屏幕坐标，包括整个屏幕，屏幕的左上角为（0, 0）。屏幕坐标用在WM_MOVE消息中（对于非子窗口）以及下面的Windows 函数中：CreateWindow 和MoveWindow(都对于非子窗口)、GetMessage、GetCursorPos、GetWindowRect、WindowFromPoint 和SetBrushOrg 中。 用函数ClientToScreen 和ScreenToClient可以将客户区域坐标转换成屏幕区域坐标，或反之。
3、全窗口坐标，包括一个程序的整个窗口，包括标题条、菜单、滚动条和窗口框，窗口的左上角为（0,0）。使用GetWindowDC得到的窗口设备环境，可以将逻辑单位转换成窗口”坐标。

（三）映射。映射方式定义了Windows如何将GDI函数中指定的逻辑坐标映射为设备坐标。在下文中我们将介绍常用的映射方式。

此外，习惯上，我们将逻辑坐标所在的坐标系称为“窗口”；将设备坐标所在的坐标系称为“视口”。“窗口”依赖于逻辑坐标，可以是像素点、毫米或其他尺度。这一点请牢记，这对于下面的有关内容的理解至关重要。

二、默认的坐标系统


当在微软的窗口中进行绘图时，绘图的坐标原点在屏幕的左上角，任何物体在屏幕上定位都要参考这个坐标原点。在笛卡尔坐标系统中这个点被定义为坐标原点（0，0），水平坐标轴的正方向是从该点出发向右延伸，垂直坐标轴的正方向是从该点出发向下延伸。

image

图一、笛卡尔坐标系

这个坐标原点只是操作系统默认的坐标原点，所以如果你调用Ellipse(-100, -100, 100, 100)函数来绘制图形的话，你将得到一个圆，它的圆心位于屏幕的左上角，仅仅只有圆的四分之一部分（270度到360度的部分）显示在屏幕上。代码及效 果图如下

  1. // CGraphicView drawing  
  2.   
  3. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  4. {  
  5.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  6.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  7.     if (!pDoc)  
  8.         return;  
  9.   
  10.     // TODO: add draw code for native data here  
  11.     CPen PenBlue;  
  12.     PenBlue.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,12,255));  
  13.     pDC->SelectObject(&PenBlue);  
  14.     pDC->Ellipse(-100,-100,100,100);  
  15.   
  16. }  

image

图二、代码效果图

按照同样的原理，你可以使用CPaintDC的方法或按照你的要求创建函数来绘制任何几何或非几何图形。例如，下面的代码绘制了两条相互垂直的直线，垂点位与窗口的中心：

  1. // CGraphicView drawing  
  2.   
  3. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  4. {  
  5.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  6.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  7.     if (!pDoc)  
  8.         return;  
  9.   
  10.     // TODO: add draw code for native data here  
  11.       
  12.     CPen PenBlue;  
  13.   
  14.     PenBlue.CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 12, 255));  
  15.     pDC->SelectObject(&PenBlue);  
  16.     pDC->Ellipse(-100, -100, 100, 100);  
  17.   
  18.     CPen PenBlack;  
  19.     PenBlack.CreatePen(PS_SOLID, 1, BLACK_PEN);  
  20.     pDC->SelectObject(&PenBlack);  
  21.     CRect Recto;  
  22.     // retrieve the size of the drawing area  
  23.     GetClientRect(&Recto);  
  24.   
  25.     pDC->MoveTo(Recto.Width() / 2, 0);  
  26.     pDC->LineTo(Recto.Width() / 2, Recto.Height());  
  27.     pDC->MoveTo(0, Recto.Height() / 2);  
  28.     pDC->LineTo(Recto.Width(), Recto.Height() / 2);  
  29.   
  30.   
  31. }  

image

图三、代码效果图

三、更改坐标系统


正如上面所看到的，默认的坐标系统坐标原点位于窗口的左上角，水平轴的正方向向右，垂直轴的正方向向下。为了进一步说明这一点，让我们来绘制一个半径为50个单位，圆心位于（0，0）点，同时绘制一个连接（0，0）（100，100）两点的直线。

  1. // CGraphicView drawing  
  2.   
  3. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  4. {  
  5.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  6.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  7.     if (!pDoc)  
  8.         return;  
  9.   
  10.     // A circle whose center is at the origin (0, 0)  
  11.     pDC->Ellipse(-50, -50, 50, 50);  
  12.   
  13.     // A line that starts at (0, 0) and ends at (100, 100)  
  14.     pDC->MoveTo(0, 0);  
  15.     pDC->LineTo(100, 100);  
  16.   
  17.   
  18.   
  19. }  

image

图四、代码效果图

这种默认的坐标原点在大多数图形操作情况下是适用的，但并不是总适用，有时你需要控制坐标系统的原点，例如，很多CAD（图形辅助设计）应用程序就需要用户来定义坐标系统的原点。

MFC提供了各种函数来处理坐标定位及扩展绘制区域的问题，包括在屏幕上任意位置设置坐标原点的函数。因为你是在一个设备上下文上进行绘图操作，因此，你所需要做的就是调用CDC::SetViewportOrg()函数。这个函数重载了两个版本，这允许你使用X、Y坐标或是一个定义的Point点。这个函数的语法如下：

  1. SetViewportOrg(int　X,　int　Y);  
  2.   
  3. SetViewportOrg(CPoint　Pt);  

用这个函数时只需要简单地说明哪儿是你想定义的坐标原点，如果使用函数的第二个版本，参数可以是一个POINT结构或是一个MFC提供的CPoint类。为了演示这个函数的效果，让我们将上例的坐标原点沿X轴正方向移动400个单位，Y轴正方向移动150个单位(相对屏幕坐标原点)，这时绘制函数如下：

  1. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  2. {  
  3.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  4.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  5.     if (!pDoc)  
  6.         return;  
  7.   
  8.     pDC->SetViewportOrg(400, 150);  
  9.     // A circle whose center is at the origin (0, 0)  
  10.     pDC->Ellipse(-50, -50, 50, 50);  
  11.     // A line that starts at (0, 0) and ends at (100, 100)  
  12.     pDC->MoveTo(0, 0);  
  13.     pDC->LineTo(100, 100);  
  14. }  

image

图五、代码效果图

需要注意的是，你也可以相对于客户区域来指定坐标原点

  1. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  2. {  
  3.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  4.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  5.     if (!pDoc)  
  6.         return;  
  7.   
  8.     CRect Recto;  
  9.     // Retrieve the size of the drawing area  
  10.     GetClientRect(&Recto);  
  11.   
  12.     pDC->SetViewportOrg(Recto.Width() / 2, Recto.Height() / 2);  
  13.   
  14.     // A circle whose center is at the origin (0, 0)  
  15.     pDC->Ellipse(-50, -50, 50, 50);  
  16.   
  17.     // A line that starts at (0, 0) and ends at (100, 100)  
  18.     pDC->MoveTo(0, 0);  
  19.     pDC->LineTo(100, 100);  
  20.   
  21. }  

image
问题:如何进行区分以上两种设置坐标原点的方法?相同的函数,传入的参数的类型也一致啊?

图六、代码效果图

现在你已了解了如何设置坐标原点，让我们来将（380，220）点作为坐标原点，并绘制出笛卡尔的坐标轴：

  1. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  2. {  
  3.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  4.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  5.     if (!pDoc)  
  6.         return;  
  7.     pDC->SetViewportOrg(380, 220);  
  8.   
  9.     // Use a red pen  
  10.     CPen PenRed(PS_SOLID, 3, RGB(255, 0, 0));  
  11.     pDC->SelectObject(PenRed);  
  12.     // A circle whose center is at the origin (0, 0)  
  13.     pDC->Ellipse(-100, -100, 100, 100);  
  14.   
  15.     // Use a blue pen  
  16.     CPen PenBlue(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));  
  17.     pDC->SelectObject(PenBlue);  
  18.     // Horizontal axis  
  19.     pDC->MoveTo(-380, 0);  
  20.     pDC->LineTo(380, 0);  
  21.     // Vertical axis  
  22.     pDC->MoveTo(0, -220);  
  23.     pDC->LineTo(0, 220);  
  24.   
  25.   
  26. }  

image

图七、代码效果图

正如已经看到的，SetViewportOrg()函数可以更改设备上下文的坐标原点，同时，它也用来规定坐标轴的正方向，即水平轴向右，垂直轴向下：

image

为了说明这一点，下面来绘制一条黄色的45度角的直线：

  1. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  2. {  
  3.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  4.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  5.     if (!pDoc)  
  6.         return;  
  7.     pDC->SetViewportOrg(380, 220);  
  8.   
  9.     // Use a red pen  
  10.     CPen PenRed(PS_SOLID, 3, RGB(255, 0, 0));  
  11.     pDC->SelectObject(PenRed);  
  12.     // A circle whose center is at the origin (0, 0)  
  13.     pDC->Ellipse(-100, -100, 100, 100);  
  14.   
  15.     // Use a blue pen  
  16.     CPen PenBlue(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));  
  17.     pDC->SelectObject(PenBlue);  
  18.     // Horizontal axis  
  19.     pDC->MoveTo(-380, 0);  
  20.     pDC->LineTo(380, 0);  
  21.     // Vertical axis  
  22.     pDC->MoveTo(0, -220);  
  23.     pDC->LineTo(0, 220);  
  24.     //**************************************************  
  25.     // An orange pen  
  26.     CPen PenOrange(PS_SOLID, 5, RGB(255, 128, 0));  
  27.     pDC->SelectObject(PenOrange);  
  28.     // A diagonal line at 45 degrees  
  29.     pDC->MoveTo(0, 0);  
  30.     pDC->LineTo(120, 120);  
  31.     //**************************************************  
  32. }  

image

图九、代码效果图

正如你所看到的，我们的直线没有在45度位置，而是位于坐标系统的第四象限，造成这种情况的原因是默认的坐标系统。

关于OnDraw的解释如下：CView类及其派生类处理WM_PAINT的消息时候对应的消息处理函数是OnPaint（）

只 是把绘图部分剥离出来了，放在OnDraw中处理（You must override this function to display your view of the document）。当然也可以重载OnPaint（）函数，这样框架就不会自动调用OnDraw函数。下面摘自MFC源码的OnPaint（）函数的定 义部分：

  1. /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
  2. // CView drawing support  
  3.   
  4. void CView::OnPaint()  
  5. {  
  6.     // standard paint routine  
  7.     CPaintDC dc(this);  
  8.     OnPrepareDC(&dc);  
  9.     OnDraw(&dc);  
  10. }  
  1. //CView头文件中的函数声明部分  
  2. .....  
  3. afx_msg void OnPaint();  
  4. virtual void OnDraw(CDC* pDC) = 0;  
  5. ......  

三、固定映射模式

为了控制设备上下文中的坐标轴的方向，可以使用CDC类的SetMapMode()函数，它的语法如下：

  1. int　SetMapMode(int　nMapMode);  

这个函数将根据参数的设置的不同做两件事

一是控制坐标轴的方向；

二是坐标系统的单位长度。

这个函数的参数是用来定义映射模式的整型常量。它可能的值是：MM_TEXT, MM_LOENGLISH、MM_HIENGLISH、MM_ANISOTROPIC、MM_HIMETRIC, MM_ISOTROPIC、 MM_LOMETRIC, MM_TWIPS。

默认情况下使用MM_TEXT映射模式（就是我们常见的阅读模式，从左到右，从上到下）。换 句话说，如果你没有具体的规定某一映射模式，你的应用程序就将使用MM_TEXT映射模式。在这种映射模式下，设备上下文中的度量尺寸将使用默认的像素单 位，水平坐标轴正方向向右，垂直坐标轴正方向向下。例如，上面的OnPaint事件可以用下面的代码重写，它将产生同样的效果，仿佛没有使用映射模式。

  1. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  2.     {  
  3.         CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  4.         ASSERT_VALID(pDoc);  
  5.         if (!pDoc)  
  6.             return;  
  7.         //******************************************  
  8.         pDC->SetMapMode(MM_TEXT);  //默认
  9.         //******************************************  
  10.         pDC->SetViewportOrg(380, 220);  
  11.   
  12.         // Use a red pen  
  13.         CPen PenRed(PS_SOLID, 3, RGB(255, 0, 0));  
  14.         pDC->SelectObject(PenRed);  
  15.         // A circle whose center is at the origin (0, 0)  
  16.         pDC->Ellipse(-100, -100, 100, 100);  
  17.   
  18.         // Use a blue pen  
  19.         CPen PenBlue(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));  
  20.         pDC->SelectObject(PenBlue);  
  21.         // Horizontal axis  
  22.         pDC->MoveTo(-380, 0);  
  23.         pDC->LineTo(380, 0);  
  24.         // Vertical axis  
  25.         pDC->MoveTo(0, -220);  
  26.         pDC->LineTo(0, 220);  
  27.         //**************************************************  
  28.         // An orange pen  
  29.         CPen PenOrange(PS_SOLID, 5, RGB(255, 128, 0));  
  30.         pDC->SelectObject(PenOrange);  
  31.         // A diagonal line at 45 degrees  
  32.         pDC->MoveTo(0, 0);  
  33.         pDC->LineTo(120, 120);  
  34.         //**************************************************  
  35.     }  

image

图十、代码效果图

MM_LOENGLISH模式，（METRIC是公制，ENGLISH是英制）与其他一些映射模式（不包括MM_TEXT模式）一样，执行两个动作，它改变坐标轴的方向，垂直坐标轴的正方向向上；

image

图十一、MM_LOENGLISH映射模式下的坐标系

此外，度量单位改为0.01英寸，这意味着你提供的坐标将除以100，观察上述代码的MM_LOENGLISH映射效果

  1. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  2.     {  
  3.         CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  4.         ASSERT_VALID(pDoc);  
  5.         if (!pDoc)  
  6.             return;  
  7.         //******************************************  
  8.         pDC->SetMapMode(MM_LOENGLISH);  
  9.         //******************************************  
  10.         pDC->SetViewportOrg(380, 220);  
  11.   
  12.         ......................  
  13.   
  14.     }  

image

图十二、代码效果图

正如你所看到的，直线现在位于坐标系的第一象限，同时，直线比以前缩短，圆也比以前的要小。

与MM_LOENGLISH映射模式相似，MM_HIENGLISH映射模式也是垂直坐标轴正向向上，只是它以0.001英寸为坐标单位，下面是它的效果：

  1. void CGraphicView::OnDraw(CDC* pDC)  
  2. {  
  3.     CGraphicDoc* pDoc = GetDocument();  
  4.     ASSERT_VALID(pDoc);  
  5.     if (!pDoc)  
  6.         return;  
  7.     //******************************************  
  8.     pDC->SetMapMode(MM_HIENGLISH);  
  9.     //******************************************  
  10.     pDC->SetViewportOrg(380, 220);  
  11.        ...................  

image

图十四、代码效果图

MM_LOMETRIC映射模式使用与上两种映射模式相同的坐标轴，不同的是MM_LOMETRIC使用0.1毫米为单位，下面是一个例子：

image

图十五、代码效果图

MM_HIMETRIC使用与上述三种映射模式相同的坐标系，但它的坐标单位是0.01毫米，下面例子：

image

图十六、代码效果图

MM_TWIPS映射模式将每个逻辑单位（像素）除以20，实际上一twip等于1/1440 英寸，坐标系统仍然与上面几种映射方式相同

image

图十七、代码效果图

总结这些映射模式：

MM_ANISOTROPIC：逻辑单位转换成具有任意比例轴的任意单位，用SetWindowExt和SetViewportExt函数可指定单位、方向和比例。

MM_HIENGLISH：每个逻辑单位转换为0.001英寸，X的正方向向右，Y的正方向向上。

MM_HIMETRIC：每个逻辑单位转换为0.01毫米，X正方向向右，Y的正方向向上。

MM_ISOTROPIC： 逻辑单位转换成具有均等比例轴的任意单位，即沿X轴的一个单位等于沿Y轴的一个单位，用SetWindowExt和SetViewportExt函数可以 指定该轴的单位和方向。图形设备界面（GDI）需要进行调整，以保证X和Y的单位保持相同大小（当设置窗口范围时，视口将被调整以达到单位大小相同）。

MM_LOENGLISH：每个逻辑单位转换为0.01英寸，X正方向向右，Y正方向向上。

MM_LOMETRIC：每个逻辑单位转换为0.1毫米，X正方向向右，Y正方向向上。

MM_TEXT：每个逻辑单位转换为一个图素，X正方向向右，Y正方向向下。

MM_TWIPS：每个逻辑单位转换为打印点的1/20（即1/1400英寸），X正方向向右，Y方向向上。

 

备注：

MM_TEXT方式允许应用程序以设备像素为单位来工作，像素的大小根据设备不同而不同。MM_HIENLISH, MM_HIMETRIC, MM_LOENGLISH, MM_LOMETRIC和MM_TWIPS方式对必须用物理意义单位（如英寸或毫米），对制图的应用程序是非常有用的。MM_ISOTROPIC方式保证了1：1的纵横比。MM_ANISOTROPIC方式允许对X和Y坐标分别进行调整。

posted @ 2013-01-07 13:09  魏桐  阅读(475)  评论(0)    收藏  举报