Секреты vga-карт

Когда мы пишем видеоигры, то используем компьютер для создания миров и VGA-карту для рисования разнообразных объектов. В этом случае VGA-карта является «связующей нитью» между компьютером и экраном дисплея. В данной главе мы поговорим о следующем:

§ Обзор VGA-карт;

§ 256-цветный режим;

§ Конфигурация видеопамяти;

§ Таблицы цветов;

§ Переопределение цветовой палитры;

§ Цветовое вращение;

§ Рисование точек;

§ Рисование линий;

§ Файлы PCX;

§ Вывод битовых образов (бит-блиттинг);

§ Спрайты;

§ Вывод текста

§ Дублирующее буферизирование;

§ Синхронизация с вертикальной разверткой;

§ Игра Tombstone

Обзор VGA-карт

VGA-карта это плата, которая генерирует видеосигнал, передаваемый на дисплей. Этот видеосигнал состоит из серии импульсов, определяющих цвет и интенсивность каждой точки на экране. Не будем вдаваться в подробности о том, как он образуется или как карта VGA создает все временные задержки для корректной работы с дисплеем. У нас есть единственный вопрос: как мы можем поместить пиксель нужного цвета на экран?

Нарисовать одиночную точку на экране было бы достаточно непростой задачей, и нам пришлось бы проделать для этого множество разных вещей. Но, проделав это один раз, мы сможем в дальнейшем вызывать уже написанные функции и никогда больше об этом не вспоминать.

Как вы знаете, VGA-карта поддерживает много различных графических режимов и может быть перепрограммирована для получения совершенно фантастических разрешений (например, я создал режим 320х400, 256 цветов путем прямого перепрограммирования временных регистров VGA-карты). Такая функциональность стала возможной благодаря архитектуре VGA-карты. Карта VGA имеет ряд регистров, которые можно по-разному программировать для решения различных задач. В любом случае, программирование регистров VGA — это тема для отдельной книги. Если вы этим огорчены, не отчаивайтесь, существует множество книг на эту тему. В моей маленькой домашней библиотеке более 30 книг посвящены VGA-картам. Если вы хотите узнать больше про секреты VGA, то, я уверен, у вас не возникнет проблем с источниками информации.

Один из путей приблизиться к секретам VGA-карты, это рассматривать ее как систему, поддерживающую только один режим; например, режим, который мы и будем применять при создании наших игр, дающий разрешение 320х200 точек, 256 цветов, называемый режимом 13h. Детали мы обсудим позже в этой главе.

Используя только один из всевозможных графических режимов, мы становимся более независимыми от различий карт VGA. Почему? Наши игры будут работать только на VGA и SVGA и нам не потребуется поддерживать EGA, монохромные и другие карты. Часто разработчики видеоигр пишут десятки драйверов для поддержки разных карт и мониторов- Если мы сосредоточимся на одном режиме, то сможем освободиться от излишней общности и будем писать код только один раз.

Обычно, когда вы пишете програм', то стараетесь сделать ее достаточно универсальной. К сожалению, это не относится к видеоиграм для ПК. Игровые программы настолько насыщены графикой и вычислениями, что нам приходится все переписывать заново для каждой новой игры. Ведь мы не делаем текстовых процессоров, а создаем новые миры, и не можем повторяться, используя библиотеки от старых игр. Я думаю, это правильно.

Мы будем использовать VGA в режиме 13h. Но как этот режим работает? Прочитав следующий раздел, вы найдете ответ на этот вопрос.

256-цветный режим

В режиме 13h (или 19 в десятичной нотации) экран состоит из 320 пикселей по горизонтали и 200 — по вертикали. В нем поддерживается одновременное отображение до 256 цветов.

Теперь мы приближаемся к пониманию истинной ценности режима 13h. Он является наиболее простым в программировании. Как вы заметили, все графические режимы (CGA, EGA, VGA, SVGA, XGA и другие) используют некоторую область памяти для представления битовой карты, выводимой на экран. Этот раздел памяти называется видеобуфером. Для режима 13h и VGA-карт видеобуфер начинается с адреса А000:0000 и простирается до адреса AOOO;F9FF. Если вы владеете шестнадцатеричной арифметикой, то легко увидите, что размер буфера равен 64000 байт. Умножив 320 на 200, мы получим тот же результат. Это значит, что каждый пиксель в режиме 13h представлен одним байтом. Этот замечательный факт заставляет меня любить VGA-карту. На рисунке 5.1 показано строение видеобуфера VGA.

Позже в этой главе мы узнаем, как адресовать видеобуфер и записывать в него пиксели. Сейчас же я хочу поговорить о другом. Может возникнуть вопрос: «А не является ли экран 320х200 слишком маленьким?» Ответом будет: «И да, и нет». Сегодня разрешение 320х200 устарело, но благодаря 256 цветам и правильному рендерингу оно и по сию пору выглядит восхитительно. Эти плюсы заставляют нас забыть о низком разрешении. Кстати, игрок никогда не должен даже подозревать, что программа работает в режиме с низкой разрешающей способностью экрана.

Конфигурация видеопамяти

Давайте поговорим о записи в видеобуфер. Как вы можете видеть из рисунка 5.1, видеобуфер начинается с адреса А000:0000 и заканчивается по адресу AOOO:FF9F. Поскольку каждый пиксель представлен одним байтом, то адресация видеобуфера довольно проста. Все, что нам нужно сделать, это определить указатель на видеобуфер, после чего можно записывать пиксели, используя этот указатель. И все!

Видеобуфер — это одна большая, непрерывная область памяти или массив байтов. Мы знаем, что он состоит из 320 байтов в каждой строке и таких строк насчитывается 200. Таким образом, чтобы нарисовать пиксель с координатами (х,у), нам надо:

§ Умножить координату Y на 320;

§ Прибавить Х-координату к результату умножения;

§ Использовать рассчитанное значение как смещение от базового указателя на видеобуфер;

§ По полученному адресу записать значение от 0 до 255.

Таблицы цветов

Как я уже говорил, мы можем записать по рассчитанному адресу число от 0 до 255. А что означает это число? Ответ прост - это цвет пикселя, который мы хотим отобразить.

VGA-карта способна одновременно отобразить на экране до 256 цветов. Цвет, который мы хотим получить, должен быть представлен числом от 0 до 255. Это здорово, но какая связь между числом и действительным цветом? Число используется как индекс в таблице цветов, хранящей действительные значения цвета, который мы увидим на экране.

Всего же VGA-карта способна отобразить 262144 цвета. Таким образом, если нам надо записать в видеобуфер значение цвета, то нам понадобится три байта для представления числа такой длины. Впрочем, и видеобуфер в этом случае будет просто огромен. Поэтому, создатели карты предусмотрели возможность переадресации графического адаптера.

Переадресация означает, что одна числовая величина используется в качестве адреса другого значения (примерно, как именованный указатель в Си). Вместо одновременного воспроизведения всех 262144 цветов, разработчики VGA-карт дали возможность использовать подмножество из 256 цветов. В результате VGA-карта имеет таблицу отображения цветов, включающую 256 значений. Каждое из этих значений состоит из 256 элементов размером в один байт, содержащих значения красного, синего и зеленого для выбранного цвета (помните, красный, зеленый и синий в комбинации могут образовывать любой цвет.)

Таблица цветов состоит из 768 байт (3х256). Например, когда карта считывает из видеобуфера число 72, то она проверяет адрес 72 в таблице цветов. Адрес 72 находится по смещению 72х3 от начала таблицы, поскольку каждое из значений занимает три байта. Затем значения зеленого, красного и синего считываются из таблицы и используются как значения сигналов. Давайте рассмотрим рисунок 5.2 для более подробного ознакомления.

Было бы прекрасно, если б мы имели прямой доступ к таблице соответствия, как к обычной памяти. Но, к сожалению, регистры цвета доступны только через порты ввода-вывода VGA-карты. На самом деле это плохо, поскольку весьма усложняет нам жизнь. Теперь нам предстоит узнать, как менять значения в таблице цветов.

Переопределение цветовой палитры

Таблица цветов организована в VGA-карте как регистровый файл. (Я использовал слово регистр, чтобы обозначить значение в таблице соответствия. Каждый регистр палитры — это 24 бита.) Для доступа к значению мы должны произвести некоторые действия. Мы не можем просто сказать; «Изменить компонент красного для значения 123». Мы должны модифицировать все три составляющих цвета, который хотим изменить.

Хотя каждое значение состоит из трех байтов (один для каждой из составляющих), только первые шесть битов каждого байта используются для обозначения цвета. Существует 64 оттенка для каждого цвета, или 2 в 18-й степени различных цветов (это и есть общее количество цветов — 262144). Таким образом, если вы поместите значение, превышающее размер в шесть битов (или 63), то можете нарушить все компоненты, но не изменить цвет.

Итак, нам требуется только три порта ввода-вывода для решения задачи изменения значений в таблице соответствия цветов.

#define PALETTE_MASK 0хЗС6

#define PALETTE_REGISTER_RD 0x3C7

#define PALETTE_REGISTER_WR 0хЗС8

#define PALETTE_DATA 0x3C9

Теперь посмотрим как это реализуется:

§ Порт 0хЗСб называется маской палитры и используется для маскирования битов нужного регистра палитры. Например, если вы поместите в этот порт число 0х00, то получите регистр 0, независимо от того, какой регистр запрашиваете. С другой стороны, если вы запишете в регистр маски значение 0xFF, то получите возможность доступа к любому регистру через индекс регистра палитры 0хЗС8 и 0x3C7 (первый из них используется для записи, а второй — для чтения);

§ Порт 0x3C7, называемый регистром чтения палитры, используется для выбора из таблицы цветов значения, которое вы хотите прочитать;

§ Порт 0хЗС8 называется регистром записи палитры и используется для выбора в таблице соответствия значения, которое вы хотите записать;

§ Наконец, данные красной, зеленой и синей составляющей вы можете записать или прочитать из порта по адресу 0хЗС9, называемого портом данных палитры.

Вы можете спросить: «А как мы прочитаем из одного порта три байта?» На самом деле вы можете прочитать их по очереди. После того как вы выберете необходимый регистр (значение таблицы цветов, к которому вам нужен доступ), то первый записанный в регистр палитры байт будет соответствовать значению красного цвета. Второй байт задаст значение зеленого цвета, ну а третий — синего. Когда вы будете читать, это правило будет так же верно, но. в отличие от записи трех байтов в каждый момент чтения вы будете получать следующий компонент считываемого значения выбранного регистра. Для записи в регистр палитры вы должны:

§ Выбрать регистр, который хотите изменить;

§ Произвести три записи в порт регистра данных.

Когда вы читаете или пишете в регистр цвета, не забывайте каждый раз предварительно изменять значение маски на OxFF. Листинг 5.1 показывает код, содержащий эти шаги.

Дата добавления: 2015-07-12