openGL第四讲——像素格式管理

OpenGL基础技术讲座--像素格式管理

1、Windows下的调色板
OpenGL可以使用16色、256色、64K和16M真彩色。真彩模式下不需要调色板，而在16色模式下根本不可能得到较为满意的效果，因此对OpenGL而言，调色板只有在256色模式下才有意义。
我们知道，Windows把调色板分为系统调色板和逻辑调色板。每个应用程序都拥有一套自己的逻辑调色板（或使用缺省调色板），当该应用程序拥有键盘输入焦点时可以最多使用从16M种色彩中选取的256种颜色（20种系统保留颜色和236种自由选取的颜色），而失去焦点的应用程序可能会有某些颜色显示不正常。系统调色板由Windows内核来管理，它是由系统保留的20种颜色和经仲裁后各个应用程序设置的颜色组成，并与硬件的256个调色板相对应。应用程序的逻辑调色板与硬件的调色板没有直接的对应关系，而是按照最小误差的原则映射到系统调色板中，因此即使应用程序自由选取256种不同颜色构成自己的逻辑调色板，也有可能某些颜色显示到屏幕上时是一样的。
当应用程序的窗口接收到键盘输入焦点时，Windows会向它发送一条WM_QUERYNEWPALETTE消息，让它设置自己的逻辑调色板，此时Windows会在系统调色板中尽量多地加入该应用程序需要的颜色，并生成相应的映射关系。接着Windows会向系统中所有的覆盖型窗口和顶级窗口（包括拥有键盘输入焦点的窗口）发送一条WM_PALETTECHANGED消息，让它们设置逻辑调色板和重绘客户区，以便能更充分地利用系统调色板，已拥有键盘输入焦点的窗口不应再处理这条消息，以避免出现死循环。
2、OpenGL的颜色表示与转换
OpenGL内部用浮点数来表示和处理颜色，红绿蓝和Alpha值这四种成份每种的最大值为1.0，最小值为0.0。在256色模式下，OpenGL把一个像素颜色的内部值按线性关系转换为8比特（Bit）来输出到屏幕上，其中红色占最低位的3比特，绿色占中间的3比特，蓝色占最高位的2比特，Windows将这个8比特值看作逻辑调色板的索引值。例如OpenGL的颜色值（1.0，0.14，0.6667）经过转换后二进制值为10001111（红色为111，绿色为001，蓝色为10），即第143号调色板，该调色板指定的颜色的RGB值应与（1.0，0.14，0.6667）有相同的比率，为（255，36，170），如果不是该值，那么显示出来的颜色就会有误差。
3、调色板的生成算法
很明显，OpenGL输出的8比特值中直接表明了颜色的组成，为了使图形显示正常，我们应以线性关系来设置逻辑调色板，使其索引值直接表明颜色的组成。因此生成调色板时，把索引值从低位到高位分成3-3-2共三个部分，将每一部分映射到0-255中去，这样3比特映射为｛0，36，73，109，146，182，219，255｝，2比特映射为｛0，85，170，255｝，最后把三部分组合起来成为一种颜色。
经过上面的处理后，256种颜色均匀分布在颜色空间中，并没有完全包含系统保留的20种颜色（只包含了7种），这意味着将会有数种颜色显示成一样，从而影响效果。一个较好的解决办法是按照最小均方误差的原则把13种系统颜色纳入到逻辑调色板中。
从原理上来说，并非一定要使用线性映射，还可以用其它一些映射关系，如加入Gamma校正以便更能符合人眼的视觉特性，不过这些映射关系应用得并不广泛，在此不再讨论。
1.3.4 像素格式设置
像素格式是OpenGL窗口的重要属性，它包括是否使用双缓冲，颜色位数和类型以及深度位数等。像素格式可由Windows系统定义的所谓像素格式描述子结构来定义（PIXELFORMATDESCRIPTOR），该结构定义在windows.h中。
在该结构中包含有26个属性信息，其形式为：
typedef struct tagPIXELFORMATDESCRIPTOR
{
WORD nSize;
WORD nVersion;
DWORD dwFlags;
BYTE iPixelType;
BYTE cColorBits;
BYTE cRedBits;
BYTE cRedShift;
BYTE cGreenBits;
BYTE cGreenShift;
BYTE cBlueBits;
BYTE cBlueShift;
BYTE cAlphaBits;
BYTE cAlphaShift;
BYTE cAccumBits;
BYTE cAccumRedBits;
BYTE cAccumGreenBits;
BYTE cAccumBlueBits;
BYTE cAccumAlphaBits;
BYTE cDepthBits;
BYTE cStencilBits;
BYTE cAuxBuffers;
BYTE iLayerType;
BYTE bReserved;
DWORD dwLayerMask;
DWORD dwVisibleMask;
DWORD dwDamageMask;
} PIXELFORMATDESCRIPTOR;
各变量的含义如下：
nSize：该结构所占内存空间。
nVersion：版本号，当前为1。
dwFlags：指定像素格式属性，可选参量如表1.1所示。

表1.1 像素格式属性


标识符 解释
PFD_DRAW_TO_BITMAP 支持内存中绘制位图
PFD_DRAW_TO_WINDOW 支持屏幕绘图
PFD_DOUBLEBUFFER 支持双缓冲
PFD_CENERIC_FORMAT 指定选择GDI支持的像素格式
PFD_NEED_PALETTE 指定需要逻辑调色板
PFD_NEED_SYSTEM_PALETTE 指定需要硬件调色板
PFD_STEREO NT不支持
PFD_SUPPORT_OPENGL 支持OpenGL
PFD_SUPPORT_GDI 支持GDI，此时不可使用PFD_DOUBLEBUFFER
iPixelType：像素颜色模式，可选项为PFD_TYPE_RGBA或PFD_TYPE_INDEX，分别对应于RGBA模式和颜色索引模式。
cColorBits：指定颜色的位数。
cRedBits：采用RGBA模式时，红色组分占用位数。
cRedShift：采用RGBA模式时，红色组分偏移量。
cGreenBits：采用RGBA模式时，绿色组分占用位数。
cGreenShift：采用RGBA模式时，绿色组分偏移量。
cBlueBits：采用RGBA模式时，蓝色组分占用位数。
cBlueShift: 采用RGBA模式时，蓝色组分偏移量。
cAlphaBits：采用RGBA模式时，Alpha组分占用位数。
cAlphaShift：采用RGBA模式时，Alpha组分偏移量。
cAccumBits：指定累积缓冲区表示一个像素所用位数。
cAccumRedBits：指定累积缓冲区表示红色组分占用位数。
cAccumGreenBits：指定累积缓冲区表示绿色组分占用位数。
cAccumBlueBits：指定累积缓冲区表示蓝色组分占用位数。
cAccumAlphaBits：指定累积缓冲区表示Alpha组分占用位数。
cDepthBits：指定深度缓冲区表示一个像素所用位数。
cStencilBits：指定模板缓冲区表示一个像素所用位数。
cAuxBuffers：指定辅助缓冲区，Windows9x、NT不支持。
iLayerType：Windows9x、NT下只能是PFD_MAIN_PLANE。
bReserved：＝0。
dwLayerMask：指定覆盖层的屏蔽，Windows9x、NT不支持。
dwVisibleMask：Windows9x、NT不支持。
dwDamageMask：Windows9x、NT不支持。
Windows提供了四个像素格式管理函数，分别介绍如下：


（1） int ChoosePixelFormat(HDC hdc,
PIXELFORMATDESCRIPTOR *ppdf)
该函数比较传过来的像素格式描述和OpenGL支持的像素格式，返回一个最佳匹配的像素格式索引。该索引值可传给SetPixelFormat为DC设置像素格式。返回值为0表示失败。
在比较像素格式时，匹配优先级顺序为像素格式描述子结构中的下述各域：
dwFlags－>cColorBits－>cAlphaBits－>cAccumBits
－>cDepthBits－>cStencilBits－>cAuxBuffers－>iLayerType
硬件支持的像素格式优先。
（2） int DescribePixelFormat(HDC hdc, int iPixelFormat, UINT nBytes,
LPPIXELFORMATDESCRIPTOR *ppfd)
该函数用格式索引iPixelFormat说明的像素格式来填写由ppfd所指向的像素格式描述子结构，利用该函数可以枚举像素格式。
（3） int GetPixelFormat(HDC hdc)
该函数用于获取hdc的格式索引。
（4） BOOL SetPixelFormat(HDC hdc, int iPixelFormat,
LPPIXELFORMATDESCRIPTOR *ppfd)
该函数用格式索引iPixelFormat来设置hdc的像素格式。在使用该函数之前应该调用ChoosePixelFormat来获取像素格式索引。另外，OpenGL窗口风格必须包含WS_CLIPCHILDREN和WS_CLIPSIBLINGS类型，否则设置失败。
应该注意的是ChoosePixelFormat函数并不一定返回一个最佳的像素格式值，可以利用DescribePixelFormat来枚举系统所支持的所有像素格式。OpenGL的通常支持24种不同的像素格式，如果系统安装了OpenGL硬件加速器，它可能会支持其它的像素格式。
设置DC的像素格式的步骤如图1.5所示。

图1.5 设置像素格式的一般步骤