关于显卡的基本工作原理

基本显示原理如下：

 

一．顯示器的工作原理 
目前在個人計算機上廣泛使用的是採用陰極射線管（CRT）的光柵掃瞄顯示器，我們在屏幕上所看到的顏色是由電子槍發出的電子束打在CRT屏幕背面的螢光層上的點形成的，通過控制點的亮度可以產生不同的顏色。電子束不斷地從左到右、從上到下掃瞄整個屏幕，使屏幕顯示出圖案，電子束以大約每秒70次的速率在屏幕上重畫這一圖案，這個過程稱為顯示刷新或屏幕刷新，具體的掃瞄頻率依賴於所用的顯示適配器（又稱為顯示卡）。電子束從屏幕的左上角開始向右掃瞄，到達屏幕的右邊緣後，電子束被關閉（水平斷開），接著它又迅速地返回到屏幕的左邊緣（水平回掃）開始進行下一行水平方向的掃瞄，在完成全部的水平方向的掃瞄後，電子束在屏幕的右下角結束，此時電子束被關閉（垂直斷開），接著又迅速地返回到屏幕的左上角（垂直回掃），開始下一屏掃瞄。電子束就是這樣週而復始地掃瞄整個屏幕。顯示器在兩種方式下工作：文本方式和圖形方式，電腦遊戲一般在圖形方式下進行。 

二．顯示器的坐標系統 
計算機屏幕上的坐標與我們通常使用的直角坐標系不同，坐標原點（0，0）在屏幕的左上角，向右是水平方向的坐標，向下是垂直方向的坐標，且坐標沒有負值。 

三．顯示卡的結構 
顯示器上的顯示卡負責將圖形顯示在屏幕上。顯示存儲器中存放著在屏幕上顯示的圖像數據，顯示卡硬件不停地將顯存中的內容顯示在屏幕上。顯示存儲器實際上是安裝在顯示卡上的一塊或幾塊大規模集成電路，其容量有1M、2M、4M、8M等，在DOS下我們可以訪問的內存只有1MB空間（這就是DOS的局限性所在），地址從00000H到FFFFFH，這段內存根據用途又分為不同的塊，系統分配給圖形緩衝區（顯示存儲器）的地址在A0000H到BFFFFH之間，大小為128KB，其中，VGA佔用了A0000H到AFFFFH段，共64KB，這段地址是內存映射地址，供我們訪問顯示存儲器用。在VGA 13H圖形模式下，顯示內存使用A0000H到AF9FFH的一段線性內存空間，每個字節表示一個點，對應屏幕上的一個像點，320*200的屏幕分辨率共需要64000個字節，剛好64KB，因為一個字節可以表示的最大整數值為256，所以每個像點就可以表示256種顏色。 

四．設置視頻模式 
畫圖以前必須使屏幕工作在圖形方式，這就要設置屏幕的視頻模式。設置視頻模式有許多種方法，其中調用視頻BIOS功能是最簡單的一種，通過調用BIOS中斷0x10的服務程序，可以很方便地設置屏幕模式。調用方法是將值0放入ah寄存器，顯示模式放入al寄存器中，然後調用int86()函數。 

設置視頻模式的函數： 

void SetVideoMode(int mode) 
{ 
union REGS r; 
r.h.ah=0; 
r.h.al=mode; 
int86(0x10,&r,&r); 
} 

其中mode是視頻模式。 


五．在屏幕上畫點 
由於顯示存儲器是線性排列的，每個像點用一個字節來表示，所以對像點尋址非常容易，像點在顯示內存中的偏移地址可由這個公式確定：y*320+x，其中，y是像點在垂直方向的坐標，x是水平方向的坐標，320是屏幕的寬度。有了像點的偏移地址，然後加上顯示內存的首地址即可得到像點在顯示內存中的絕對地址。只要將表示點的顏色值放到這個地址處，就可以在屏幕上畫點了。 


首先建立一個指針VideoBufferPtr，使它指向顯示內存的首地址： 

char far *VideoBufferPtr=( char far *)0xa0000000; 

將這個指針加上像點的偏移地址，像點的最終地址就確定了，它等於： 

VideoBufferPtr+y*320+x； 

把顏色值color寫到這個地址： 

*(VideoBufferPtr+y*320+x)=color; 

畫點的函數： 

void DrawPoint(int x,int y,unsigned char color) 
{ 
*(VideoBufferPtr+y*320+x)=color; 
} 


六．顯示字符 

遊戲經常在屏幕上打印出顯示遊戲狀態的文本，使遊戲者瞭解當前遊戲的狀態，這是遊戲與遊戲者進行交互的必不可少的。然而在圖形模式下顯示文本與在文本模式下有很大區別，在圖形模式下文本必須使用基於畫位圖的方法來顯示。這裡介紹一種簡便的方法：利用計算機只讀存儲器中的ASCII字體數據。在計算機只讀存儲器（ROM）中固化有ASCII字體數據，這可在基址F000:FA6E上找到。我們只需瞭解數據是如何存儲的，然後再得出存取該數據的算法，就可以用任意顏色在屏幕上用畫位圖的方法把字符畫出來。在ROM中，字符按照ASCII字符編碼的順序放置，由於每個字符為8*8的點陣，所以每個字符佔據8個字節的存儲空間，要找出某個字符，我們只需將這個字符的ASCII碼與８相乘，然後將結果加到基址F000:FA6E上。由於字符用畫位圖的方法來顯示，因此我們可以隨意給它們指定顏色(前景或背景顏色)。在圖形模式下，我們只需要兩個函數就能夠打印文本：一個用於顯示單個字符，另一個用來顯示字符串。 


定義一個遠指針指向ROM字符集的開始位置： 

char far *RomCharPtr=(char far *)0xf000fa6e; 

下面是在屏幕上打印字符和字符串的函數： 

1．打印字符的函數。 

void PrintChar(int cx,int cy,char c,unsigned char Fcolor,unsigned char Bcolor,int flag) 
{ 
int offset,x,y; 
char far *TempPtr; 
unsigned char bit_mask; 
TempPtr=RomCharPtr+(c<<3); 
offset=(cy<<8)+(cy<<6)+cx; 
for(y=0;y<8;y++) 
{ 
bit_mask=0x80; 
for(x=0;x<8;x++) 
{ 
if((*TempPtr&bit_mask)) 
*(VideoBufferPtr+offset+x)=Fcolor; 
else if(flag==1) 
*(VideoBufferPtr+offset+x)=Bcolor; 
bit_mask=(bit_mask>>1); 
} 
offset+=320; 
TempPtr++; 
} 
} 

說明： 

cx,cy 是字符在屏幕上的坐標。 

c 字符的ASCII碼。 

Fcolor,Bcolor 分別是字符的前景和背景顏色。 

flag 打印標誌，當flag=1時顯示字符的背景色，否則打印的字符具有透明效果。 

2.打印字符串的函數。 

void PrintString(int x,int y,char *string,unsigned char Fcolor,unsigned char Bcolor,int flag) 
{ 
int index; 
for(index=0;string[index]!=0;index++) 
PrintChar(x+(index<<3),y,string[index],Fcolor,Bcolor,flag); 
} 

說明： 

1.x,y 是字符串在屏幕上的坐標。 

2.*string 字符串指針。 

3.Fcolor,Bcolor 分別是字符串的前景和背景顏色。 

4.flag 打印標誌，當flag=1時顯示字符串的背景色，否則打印的字符串具有透明效果。 


七．設置顏色寄存器 

我們知道VGA顯示卡具有顯示256種顏色的能力，每種顏色能夠用一個0-255之間的數值來表示，那麼這些數值與我們在屏幕上實際見到的顏色之間有什麼關係呢？其實這些數值只是VGA顯示卡上的顏色寄存器的索引值，顏色寄存器裡才保存了屏幕上顏色的真實值。VGA顯示卡上有一個包含256個單元的顏色寄存器（又稱為調色板），每個單元由三部份組成，這三部份分別代表顏色中的紅、綠、藍三種成份（顯示器就是用這三種成份來組成任何我們所看到的顏色），用三個字節表示，顏色寄存器一共有768個字節（3*256=768）。當我們要在屏幕上顯示某種顏色時，顯示卡硬件就根據顏色的索引值在顏色寄存器中查找，找到後再從相應單元中取出顏色值顯示在屏幕上，這個過程與畫家使用調色板相似，顏色寄存器相當於調色板，顏色寄存器中的單元相當於調色板上的色格，在色格中裝有預先調好的顏色，當畫家需要用某種顏色作畫時，就從裝有那種顏色的色格中把顏色取出來。例如，我們要顯示顏色索引值為30的顏色，顯示卡硬件就去查找顏色寄存器的第30單元，30單元位於距顏色寄存器首址3*30=90處（因為每個單元有三個字節），然後取出90處記錄有紅、綠、藍三種成份的三個字節作為在屏幕上顯示的色彩信號。但是實際上每個字節只用了六位來表示顏色，其它兩位沒用，這六位表示的數的值域為0-63，所以每種顏色（紅、綠、藍）成份具有64種亮度的表現能力，三種顏色成份組合共可以產生64*64*64=262,144種顏色(VGA 13H模式從這262,144種顏色中取出256種在同一屏幕上顯示）。我們可以通過事先設置顏色寄存器的值來使用我們自己的顏色。 
設置顏色寄存器有多種方法，如調用BIOS功能，但是這種方法速度比較慢，遊戲設計中通常採用直接訪問VGA顯示卡的I/O端口的方法來快速設置顏色寄存器，我們只需訪問四個I/O端口就可以完成設置顏色寄存器的工作。這四個端口分別是： 
0x3c6、0x3c7、0x3c8和0x3c9。 
端口0x3c6稱為調色板屏蔽寄存器，用來屏蔽所要求的調色板寄存器的位，如果你在這個寄存器中放入0xff，你就可以通過調色板索引寄存器0x3c7和0x3c8（一個用於讀，一個用於寫）訪問任何你希望訪問的顏色寄存器，端口0x3c9稱為調色板數據寄存器，紅、綠、藍三種成份就是通過它進行讀寫（顏色值要讀或寫三次）。 


我們定義一個結構來方便處理顏色寄存器： 

typedef struct RGB_COLOR 
{ 
unsigned char red; 
unsigned char green; 
unsigned char blue; 
}RGBColor,*RGBColorPtr; 

結構中的red、green和blue變量用來保存顏色的紅、綠、藍三種成份。 

設置顏色寄存器值的函數： 

void SetPaletteRegister(int index,RGBColorPtr color) 
{ 
outportb(0x3c6,0xff); 
outportb(0x3c8,index); 
outportb(0x3c9,color->red); 
outportb(0x3c9,color->green); 
outportb(0x3c9,color->blue); 
} 

獲取顏色寄存器值的函數： 

void GetPaletteRegister(int index,RGBColorPtr color) 
{ 
outportb(0x3c6,0xff); 
outportb(0x3c7,index); 
color->red=inportb(0x3c9); 
color->green=inportb(0x3c9); 
color->blue=inportb(0x3c9); 
} 


八．在屏幕上畫位圖 
計算機繪製圖像通常採用一種稱為位映射圖（BITMAP）的圖形處理方法進行，位映射圖是一個矩形的點陣結構（二維矩陣），顯示在屏幕上時，對應屏幕上一個矩形區域，組成位圖的數據儲存在內存中一段連續的區間。我們比較常見的位圖文件有：BMP、PCX、GIF、JPG等。位圖通常存儲在外部文件中，使用以前必須將其從磁盤文件調入內存。下面介紹將一個256色PCX圖形文件讀入內存的方法： 


1．定義PCX文件頭結構： 

typedef struct PCX_HEADER 
{ 
char menufactrue; /* 廠家標識編號 0x0a */ 
char version; /* 文件版本編號 */ 
char packing_type; /* 壓縮模式 */ 
char bits_per_pixel; /* 每點佔用的位數 */ 
int minx; /* 最小Ｘ坐標值 */ 
int miny; /* 最小Ｙ坐標值 */ 
int maxx; /* 最大Ｘ坐標值 */ 
int maxy; /* 最大Ｙ坐標值 */ 
int hres; /* 水平分辨率 */ 
int vres; /* 垂直分辨率 */ 
char palette[48]; /* 顏色調色板 */ 
char unused; /* 未使用 */ 
char bit_plance; /* 位平面個數 */ 
int bytes; /* 單一水平線佔用的字節數 */ 
int palette_type; /* 調色板類型 */ 
char unused2[58]; /* 未使用 */ 
}PCXHeader,*PCXHeaderPtr; 

2．定義用來存放PCX圖像數據的結構： 

typedef struct PCX_PICTURE 
{ 
int width; 
int height; 
char far *buffer; 
RGBColor palette[256]; 
}PCXPicture,*PCXPicturePtr; 

3．初始化圖像數據的函數： 

int InitPCX(PCXPicturePtr image,int w,int h) 
{ 
unsigned size=w*h; 
image->width=w; 
image->height=h; 
image->buffer=(char far *)farmalloc(size); 
if(image->buffer==NULL) return 0; 
return 1; 
} 

4．從外部文件讀入數據的函數： 

int LoadPCX(char *filename,PCXPicturePtr image,int flag) 
{ 
FILE *fp; 
unsigned num_bytes,count,size; 
int index; 
unsigned char data; 
PCXHeader PcxHeader; 
size=image->width*image->height; 
if((fp=fopen(filename,"rb"))==NULL) 
return 0; 
fread(&PcxHeader,sizeof(PCXHeader),1,fp); 
count=0; 
while(count<=size) 
{ 
data=fgetc(fp); 
if(data>=192&&data<=255) 
{ 
num_bytes=data-192; 
data=fgetc(fp); 
while(num_bytes-->0) 
{ 
*(image->buffer+count)=data; 
++count; 
} 
} 
else 
{ 
*(image->buffer+count)=data; 
++count; 
} 
} 
fseek(fp,-768L,SEEK_END); 
for(index=0;index<256;index++) 
{ 
image->palette[index].red=((fgetc(fp))>>2); 
image->palette[index].green=((fgetc(fp))>>2); 
image->palette[index].blue=((fgetc(fp))>>2); 
} 
fclose(fp); 
if(flag==1) 
for(index=0;index<256;index++) 
SetPaletteRegister(index,(RGBColorPtr)&image->palette[index]); 
return 1; 
} 

其中參數flag用來指明調入文件的同時是否設置顏色寄存器（flag=1設置）。 

5．畫位圖的函數： 

void DrawImage(int x,int y,int width,int height,char far *image) 
{ 
int i,j; 
for(i=0;i<height;i++) 
for(j=0;j<width;j++) 
{ 
if(*image!=0&&(x+j)>=0&&(x+j)<320&&(y+i)>=0&&(y+i)<200) 
DrawPoint(x+j,y+i,*image); 
image++; 
} 
} 

x,y是圖像在屏幕上的左上角坐標，width,height是圖像的寬度和高度，image是指向內存中圖像的指針。 

我們對if(*image!=0&&(x+j)>=0&&(x+j)<320&&(y+i)>=0&&(y+i)<200)語句進行一下分析： 

*image!=0用來檢查所畫的顏色值是否是透明色，如果是，則不畫出來，這樣我們就可以畫出有透明效果的圖像，即透過圖像可以看到背景，透明色通常取值0，也可以用其他的顏色值表示。 
(x+j)>=0&&(x+j)<320&&(y+i)>=0&&(y+i)<200語句用來判斷所畫點的坐標是否超出屏幕顯示的範圍，這樣可以畫出具有裁剪效果的圖像，如圖像的一部份在屏幕外。 

這個函數並不是最快的，因為它要執行width X height次判斷，更快的函數請看VGA13H函數庫中的繪圖函數。 

 

 

 

 

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VGA顯示系統 

顯示硬件基礎 

　　進行TC256色圖形編程時，是直接與顯卡硬件在打交道。那麼，就讓我們從顯卡談起吧。 
　　顯示卡(adapter)是一塊插在PC主機的電路版。一般顯示卡由寄存器、存儲器（顯示RAM和ROM BIOS）、控制電路三大部分組成。隨著PC機的發展，PC機的顯示系統經歷了由CGA、EGA、VGA、SVGA到現在的VESA系列的發展過程。 
　　在早期的顯示系統中，CGA、EGA等顯示卡配置的顯示器是嚴格配套的，一種顯卡只與一種顯示器匹配使用。隨著技術的發展，出現了可變頻的顯示器，它使用自動跟蹤技術，同一顯示器可以適應CGA、EGA、VGA等各種顯示卡。這使得我們用TC操作顯示卡模擬VESA工作模式成為可能。 
　　顏色和灰度是衡量顯示系統的又一重要參數。最初的彩色顯示系統CGA只能顯示固定的16種顏色，到EGA時可以使用64種顏色種的16種顏色，而發展到VGA時可以使用256K種顏色中的16種顏色，現在的顯示卡甚至可以支持到32位真彩色並使用所有顏色。顏色與灰度的發展受顯示內存的限制。在16色模式中，一個像素點只需要log2 16=4位內存即半個字節；而在256色模式中，一個像素點則要占log2 256=8位即一個字節；在16位真彩色模式下，一個像素要佔用整整兩個字節。所以，在CGA高分辨率方式下，只能同時使用兩種顏色，因為640*200*1/8 = 16000（byte）接近16k。而到了VGA，實現640*480分辨率16種顏色時，由於一個像素有16種顏色，最少需要占4位，因此，需要內存640*480*1/8 = 153600（byte）≒ 150k。 


此外，RAM的擴大還受到PC機中留作顯示用的地址空間的限制，一般不超過64K。因為，當使用大於64K的地址空間時，通過PC機訪問顯示緩衝區的控制就變得較為複雜了（使用換頁機制）。 
　　現在的顯卡可以兼容多種顯示模式，因此，顯卡在固化的ROM BIOS中為每一種模式分配了一個代號。用戶在使用PC機編程時，直接輸入該代號，再通過顯示卡的BIOS調用即可使用此種模式。 
　　通常，顯示模式號<0x14的是標準模式，其它的為非標準模式，非標準模式因顯示卡的不同而不同。 
　　1.下表列舉了所有的標準字符模式：<點擊此處> 
　　2.下表列舉了所有的標準圖形模式：<點擊此處> 
　　3.非標準字符模式： 
　　這類字符模式一般與某種顯卡有關，其模式號由某類生產廠家自行確定。這類顯示模式的行列變化範圍都比較大，但均超出25行*80列的範圍。 
　　4.非標準圖形模式： 
　　非標準的圖形模式也是變化多樣的，但每個卡的特點主要體現在這些圖形模式中。下表介紹了常見的非標準圖形模式：<點擊此處> 

顯示緩衝區與顏色定義 

　　PC機的顯示卡上的RAM存儲器中的數據按照顯示器顯示格式進行存儲。我們知道 ，計算機只能以二進制方式存儲數據，每位有兩種狀態（0與1）。對於單色顯示器，內存中只需存放一張表，表中每一位對應屏幕上一個像素點，該位為1則表示該點是亮點。而對於彩色顯卡來，要表示屏幕上像素點的信息，僅用一為就不夠了。對於顯示16色的顯示模式，就需4位定義一種顏色。到了EGA顯示卡時，已經開始有了顯示卡兼容性。在VGA模式時由於顏色較多，分辨率提高帶來點數的增加，所需要的顯存增大，從而出現了一種以「彩色位平面」的存儲結構來表示顏色信息。CGA400、CEGA、CH、VGA均採用彩色位平面的存儲結構。一般VGA的基本配置有256K的顯示緩衝區（BANK A）。當支持16種以下的顏色時，使用存儲位平面結構，此時256K的顯示緩衝區被分位4個64K的存儲位平面，屏幕上的一個點，由存儲位平面的各一位組合後表示，最多表示16種顏色。當支持256種顏色時，要使用線性內存結構，4個存儲位平麵線性鏈接，形成256K的線性內存（Linear system）。 
　　在使用16色和256色模式顯示時，需要一張顏色表，以將顯存的數據「翻譯」為屏幕上的點信息。所謂顏色表，就是我們通常所指的「調色板」。當顯示器要顯示屏幕上的一個點時，先由顯示卡將顯存中的數據讀出，然後對照顏色表，得到一組RGB顏色信息，然後調整顯示器的射線管，在屏幕相應位置顯示一個點。當顯存中所有的點都顯示後，就得到我們所看到的圖像。用戶還可以根據自己顯示的需要，更改顏色表的RGB對應值，得到我們自定義的顏色。 
　　在顯示模式到了真彩色級別時，由於顯示內存中存儲的已經是像素點的RGB信息，因此調色板就變得沒有意義。因此，在真彩色模式中，不再需要調色板。 

視頻BIOS ROM 

　　顯示卡都有自己的專用視頻BIOS支持。此BIOS是視頻控制程序，固化在ROM中，成為顯卡的一部分，顯示卡上的視頻BIOS功能要比PC的視頻BIOS強大的多，它除了支持CGA、EGA、VGA等各標準顯示模式外，還支持各種專用模式和針對顯存的專用操作，可以獨立於CPU單獨處理顯存圖像，比如2D變換、3D環境計算等等非常複雜的運算。一般VGA視頻BIOS的入口地址在C000H——CFFFFH之間。 

BMP是bitmap的縮寫形式，bitmap顧名思義，就是位圖也即Windows位圖。它一般由4部分組成：文件頭信息塊、圖像描述信息塊、顏色表（在真彩色模式無顏色表）和圖像數據區組成。在系統中以BMP為擴展名保存。 
　　打開Windows的畫圖程序，在保存圖像時，可以看到三個選項：2色位圖（黑白）、16色位圖、256色位圖和24位位圖。這是最普通的生成位圖的工具，在這裡講解的BMP位圖形式，主要就是指用畫圖生成的位圖（當然，也可以用其它工具軟件生成）。 
　　現在講解BMP的4個組成部分： 

1.文件頭信息塊 

0000-0001：文件標識，為字母ASCII碼「BM」。 
0002-0005：文件大小。 
0006-0009：保留，每字節以「00」填寫。 
000A-000D：記錄圖像數據區的起始位置。各字節的信息依次含義為：文件頭信息塊大小，圖像描述信息塊的大小，圖像顏色表的大小，保留（為01）。 


2.圖像描述信息塊 


000E-0011：圖像描述信息塊的大小，常為28H。 
0012-0015：圖像寬度。 
0016-0019：圖像高度。 
001A-001B：圖像的plane總數（恆為1）。 

001C-001D：記錄像素的位數，很重要的數值，圖像的顏色數由該值決定。 
001E-0021：數據壓縮方式（數值位0：不壓縮；1：8位壓縮；2：4位壓縮）。 
0022-0025：圖像區數據的大小。 
0026-0029：水平每米有多少像素，在設備無關位圖（.DIB）中，每字節以00H填寫。 
002A-002D：垂直每米有多少像素，在設備無關位圖（.DIB）中，每字節以00H填寫。 
002E-0031：此圖像所用的顏色數，如值為0，表示所有顏色一樣重要。 

3.顏色表 

　　顏色表的大小根據所使用的顏色模式而定：2色圖像為8字節；16色圖像位64字節；256色圖像為1024字節。其中，每4字節表示一種顏色，並以B（藍色）、G（綠色）、R（紅色）、alpha（32位位圖的透明度值，一般不需要）。即首先4字節表示顏色號0的顏色，接下來表示顏色號1的顏色，依此類推。 

4.圖像數據區 

　　顏色表接下來位為位圖文件的圖像數據區，在此部分記錄著每點像素對應的顏色號，其記錄方式也隨顏色模式而定，既2色圖像每點占1位（8位為1字節）；16色圖像每點占4位（半字節）；256色圖像每點占8位（1字節）；真彩色圖像每點占24位（3字節）。所以，整個數據區的大小也會隨之變化。究其規律而言，可的出如下計算公式：圖像數據信息大小=（圖像寬度*圖像高度*記錄像素的位數）/8。 

然而，未壓縮的圖像信息區的大小。除了真彩色模式外，其餘的均大於或等於數據信息的大小。這是為什麼呢？原因有兩個： 
　　1.BMP文件記錄一行圖像是以字節為單位的。因此，就不存在一個字節中的數據位信息表示的點在不同的兩行中。也就是說，設顯示模式位16色，在每個字節分配兩個點信息時，如果圖像的寬度位奇數，那麼最後一個像素點的信息將獨佔一個字節，這個字節的後4位將沒有意義。接下來的一個字節將開始記錄下一行的信息。 
　　2.為了顯示的方便，除了真彩色外，其他的每中顏色模式的行字節數要用數據「00」補齊為4的整數倍。如果顯示模式為16色，當圖像寬為19時，存儲時每行則要補充4-(19/2+1)%4=2個字節（加1是因為裡面有一個像素點要獨佔了一字節）。如果顯示模式為256色，當圖像寬為19時，每行也要補充4-19%4=1個字節。 
　　還有一點我要申明，當屏幕初始化為16或256色模式時，一定要設置調色板或修正顏色值，否則無法得到正確的圖像顏色。 
置256色圖形模式 

　　要使用256色圖形模式，使用TC的界面模式是不行的，因為它為VGA16色的文本模式，要使用256圖形模式，則要調用顯卡BIOS進行圖形界面初始化。具體是調用10H的顯示中斷，將功能號AH置為0，子功能號AL置為要使用的模式號，以調用IBM兼容顯卡的320×200的256色模式為列，程序如下。 
#include "dos.h" 
void init256(int Vmode) 
{ union REGS r; 
　r.h.ah=0; 
　r.h.al=Vmode; 
　int86(0x10,&r,&r); 
} 
main() 
{ init256(0x13); 
　getch(); 
　init256(0x3); 
} 
運行後，屏幕進行了一次閃爍，實際上，這是屏幕顯示模式切換引起的。切換模式後，屏幕一片黑暗，因為切換模式後，未對屏幕進行任何操作。接下來，我將演示在256色模式下對顯卡的操作。 

訪問顯存 

　　初始化得到了256色圖形模式的屏幕，接下來要做的就是向屏幕顯示圖像了。在顯示圖像之前，我要介紹一個很重要的far指針。也許你在16色VGAHI模式裡用過，那就是內存中的圖形模式顯存映像指針0xa0000000，說它是映像指針，是因為顯示器只與顯示卡直接打交道，所以要更改屏幕內容還需更改顯存內容。因此，內存中提供一塊64k的區域，通過顯示中斷可以使它映射為顯存的不同區域，更改該內存中的值即更改了相應映射區域的顯存。讓我們先試一下下面的程序：（注意：運行時，最好將內存模式設置為large，否則可能出錯，以後我不再提示） 
#include "dos.h" 
main() 
{ long i; 
　char far *p=MK_FP(0xa000,0000); 
　union REGS r; 
　r.x.ax=0x13; 
　int86(0x10,&r,&r); 
　for(i=0;i<320*200L;i++)*(p+i)=i/320; 
　getch(); 
　r.x.ax=0x3; 
　int86(0x10,&r,&r); 
} 


看見了什麼，你會驚詫地發現：多麼豐富的色彩！DOS模式下的256色顯示實現了！ 

顯示卡換頁 

　　前面將過由於內存只提供64k的內存進行顯存操作，在320×200的256模式下尚可訪問所有的屏幕像素點。但是在320×200以上的256模式下就不行了，因為在此模式下，比如在640×480的256模式下，存儲一屏所有的像素點需要640×480byte=300k的存儲單元。比如使用以下程序： 
#include "dos.h" 
main() 
{ long i; 
　char far *p=0xa0000000; 
　union REGS r; 
　r.x.ax=0x5f;/*TNT2、GeForce2的640×480的256色模式均使用該模式號*/ 
　int86(0x10,&r,&r); 
　for(i=0;i<640*400L;i++)*(p+i)=(i/640)%256; 
　getch(); 
　r.x.ax=0x3;/*恢復為16色文本模式*/ 
　int86(0x10,&r,&r); 
} 

 

 

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VESA虛擬屏幕編程 


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　　本文已刊載於《計算機世界》1999年6月21日E23版，但這裡所公佈的比《計算機世界》更全面，請不要錯過機會。 
摘　要　　本文提供了基於虛擬屏幕方案的VESA顯示驅動程序(800x600x16位增強色)，包括一個對屏幕進行全屏刷新速度測試的示例程序。 
關鍵詞　　VESA標準　顯示驅動程序　虛擬屏幕　遊戲編程 
開發環境　Watcom C++10.0、32位DOS平台 


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一、關於虛擬屏幕 

　　虛擬屏幕技術是當今電腦遊戲編程中採用的一項先進技術，但此其編程內幕卻未見在電腦或軟件期刊、網頁等媒體上有多少透露。本人不揣冒昧，願將自己實踐的結果公諸於世，供廣大遊戲編程愛好者參考。 

　　所謂虛擬屏幕，就是在內存中分配一塊內存，並將其當成顯存進行繪圖操作，當繪圖完成時，就將其複製到顯存中。 

　　使用虛擬屏幕技術有什麼好處呢？ 

　　一、操作方便,速度快。在遊戲中，有大量的圖塊存取操作。但在高清晰度下，顯存是分頁操作的，特別是行內分頁的顯示模式下進行圖塊存取更是困難。由於虛擬屏幕的物理位置是在內存中的，所以不存在分頁問題，而且在操作速度上要比顯存快上二倍多。 

　　二、虛擬屏幕大小不受顯示分辨率的影響。在內存中，可以創建任意大小的虛擬屏幕，在顯示時只拷貝一部分到顯存即可。 

　　三、有利於播放動畫。在內存中，我們可以創建多個虛擬屏幕，各存入一幀圖像，然後按順序進行顯示，即可以實現動畫的快速播放。 

　　四、卷軸動畫。所謂卷軸動畫，即創建幾層虛擬屏幕，一層疊加一層。《真侍魂》就是利用這一技術的代表作遊戲。 

二、虛擬屏幕技術的適用範圍 

　　虛擬屏幕的應用主要有三種： 
　　一、大屏幕。常見的大型遊戲中，比如《仙劍奇俠傳》、《紅色警戒》都是先將整個地圖創建成一個超大的虛擬屏幕，在虛擬屏幕上進行操作。顯示時就將要顯示的一部分拷貝到顯存中顯示出來。而只將提示信息、菜單等操作在真實屏幕中進行。 

　　二、多層屏幕卷軸動畫。這一方面也主要應用於遊戲中。著名的2D格鬥遊戲《街霸》、《真侍魂》和國產RPG《江湖》就充分的利用了這一技術，在《真侍魂》中，程序創建了八層虛擬屏幕，分別是遠背景(雲,月,星星等)、近背景、裁判、第一層可砍景物(柳生場地右邊的竹子)、人物、動物(狗,鷹,猴)和氣功(旋風,火等)、第二層可砍景物(柳生場地左邊的竹子)、血槽和氣量表。對八個層次的虛擬屏幕分別進行操作，然後進行組合，組合時通過不同的移動速度就可以產生很強的立體感(遠景移動快;近景移動慢)。 

　　三、多個屏幕。這一技術在MacOS、Windows(2.0及更高版本)、OS/2等圖形界面操作系統中沒有不使用的。拿常見的Windows來說，Windows為每個窗口建立一個虛擬屏幕，等有了窗口刷新的消息時，才將虛擬屏幕中的內容在真實屏幕上顯示出來。 

三、關於VESA、32位DOS平台和Watcom C++ 

　　VESA是當今普遍使用的顯示卡編程接口，可以說在市場上已經沒有了不支持VESA標準的顯示卡。所以，我們在編寫顯示程序時只需編寫一個VESA顯示程序即可獲得最大的兼容性。 

　　在16位實模式的DOS平台下，能夠直接操作的內存只有640k，而現在的內存16MB已是相當普及了。如果使用EMS或XMS，則要進行二次數據存取，將大大影響操作速度。倘若在編程時採用DPMI 32位保護模式技術進行編程，雖然可以越過640k基本內存的限制，但由於程序仍然是16位的，讓CPU在32位保護模式下運行16位程序，運行速度將會變的相當慢。然而，使用Watcom C/C++ 32位模式進行編程，則可以直接實現由16位到32位、640k到4GB的飛躍。當今的一些著名遊戲都是使用Watcom C/C++進行編寫的，例如《金庸群俠傳》、《阿貓阿狗》、《紅色警戒》等等。 

四、編程注意事項 

　　由於Watcom C/C++編出的程序是32位的，所以在編程時同Borland C/C++有所不同。要注意以下幾點： 

　　一、數據長度不同。在Borland C/C++3.1中，int數據是16位的。而在Watcom C/C++中，int數據則是32位的。 

　　二，內存地址不同。32位保護模式下的內存(包括顯存在內)都是經過重新影射過的。同實模式下的內存地址不同。如果使用實模式的顯存地址進行讀寫，那後果則是無法預料的。所以在進行顯存讀寫操作時，必須對顯示地址進行轉換之後才能使用。 

　　三、中斷調用方式不同。在32位保護模式下，不能使用int86、int86x進行中斷調用。要使用int386、int386x進行中斷調用。 

五、程序的特點 


　　這是一套為開發遊戲而編寫的及其商業化的顯示驅動程序。其顯示速度超快無比。在Pentium 133、800x600x16位增強色模式、中文Windows98的DOS窗口下，全屏刷新速度高達每秒40屏左右，最高時可達每秒45屏。若是在純DOS方式下速度更快。而DirectX6.0中的DirectDraw6.0只能達到每秒鐘27屏左右。這主要是由於Windows不允許軟件直接操作硬件造成的，用DirectX編寫的遊戲，窗口的虛擬屏幕中其實根本就沒有寫入任何東西。DirectX越過了Windows的兼管，直接向顯存中寫入數據來實現快速顯示。這種手法真是讓人好笑，DirectX讓Windows程序又回到了DOS狀態。因為DOS程序從來都是直接操作硬件的，所以速度要比Windows程序快的多。 

　　說它商業化，不僅是因為它速度快，主要是因為它是基於遊戲需要，完全為2D遊戲所設計編寫的。所以只提供了幾個簡單的函數：畫點(原本也沒有)、畫水平線、畫垂直線、畫矩形、畫塊；而沒有提供畫線、畫圓等函數。由於篇幅限制，省略了圖形變換、顯示中英文字符、顯示窗口、圖塊操作等函數。(如若需要可向作者索取) 

六、程序使用方法 

　　本套顯示驅動程序有二個文件，頭文件Svga.h和源程序文件Svga.cpp。使用時將Svga.h連入程序，編譯時連Svga.cpp一起編譯即可。在程序中，首先要像DirectDraw一樣建立一個控制指針，再通過此指針進行圖形操作，要顯示時再執行Redraw()函數進行屏幕刷新。 

七、源程序 


示例程序TEST.CPP 
#include"svga.h" //加入本顯示驅動程序 
#include<conio.h> 
#include<time.h> 
uvar8 test() //屏幕刷新速度測試函數 
{ 
time_t t1,t2; //二個時間記載變量 
uvar16 i; 
VIEW vga; //創建控制指針 
for(i=0;i<512;i++) 
vga.HLine(0,i,800,RGB(255,i/2,0)); //畫水平線 
t1=time(NULL); //記載第一個時間 
for(i=0;i<256;i++) //屏幕刷新256次 
vga.Redraw(); //調用屏幕刷新函數 
t2=time(NULL); //記載第二個時間 
return(t2-t1); //返回兩個時間差 
} //函數退出時，控制指針自動關閉圖形模式 
void main() 
{ 
printf("256 screen/ %d second/n",test()); //顯示刷新256屏所用的秒數 
} 
源程序Svga.h 
typedef signed char var8; // 8位有符號變量 
typedef unsigned char uvar8; // 8位無符號變量 
typedef signed short var16; //16位有符號變量 
typedef unsigned short uvar16; //16位無符號變量 
typedef signed int var32; //32位有符號變量 
typedef unsigned int uvar32; //32位無符號變量 
#define Yes 0 
#define No 1 
#include<stdio.h> 
#define RGB(r,g,b) (((r)/8)*2048+((g)/4)*32+(b)/8) //三原色轉換式 
class VIEW //顯示類 
{ 
uvar16 color; //當前操作顏色 
void SetVideo(uvar16); //初始化顯示模式 
void VideoPage(uvar8); //顯存跳頁函數 
protected: 
public: 
uvar16 *video,*_video; //虛擬屏幕內存指針 
VIEW(); //本類構造函數 
~VIEW(); //本類析構函數 
void Redraw(); //根據虛擬屏幕刷新真實屏幕 
void SetColor(uvar8 r,uvar8 g,uvar8 b) //根據3原色設置顏色 
{color=RGB(r,g,b);} 
void SetColor(uvar16 c) //直接設置顏色 
{color=c;} 
void Cls(); //設顏色為0並清屏幕 
void Clear(); //按當前顏色清屏幕 
void Clear(uvar16); //按指定顏色清屏 
void Clear(uvar8,uvar8,uvar8); //按指定3原色清屏 
void PutPixel(uvar16,uvar16); //畫點 
void PutPixel(uvar16,uvar16,uvar16); //指定顏色畫點 
void HLine(uvar16,uvar16,uvar16); //畫橫線 
void HLine(uvar16,uvar16,uvar16,uvar16); //指定顏色畫橫線 
void VLine(uvar16,uvar16,uvar16); //畫豎線 
void VLine(uvar16,uvar16,uvar16,uvar16); //指定顏色畫豎線 
void Rectangle(uvar16,uvar16,uvar16,uvar16); //畫空心矩形 
void Rectangle(uvar16,uvar16,uvar16,uvar16,uvar16); //指定顏色畫空心矩形 
void Bar(uvar16,uvar16,uvar16,uvar16); //畫實心矩形 
void Bar(uvar16,uvar16,uvar16,uvar16,uvar16); //指定顏色畫實心矩形 
}; 
源程序Svga.cpp 
#include"svga.h" 
#include<malloc.h> 
#include<i86.h> 
#include<string.h> 
VIEW::VIEW() //本類構造函數，自動執行 
{ 
SetVideo(0x114); //初始化圖形顯式模式 
_video=(uvar16 *)malloc(800*601*sizeof(uvar16)); //為虛擬屏幕分配內存 
video=_video;Cls(); //創建後備指針並清屏 
} 
VIEW::~VIEW() //本類析構函數，自動執行 
{ 
free(_video); //釋放虛擬屏幕所用內存 
SetVideo(3); //初始化屏幕為文本狀態 
} 
void VIEW::SetVideo(uvar16 mode) //設置顯示模式,mode為顯示模式 
{ 
union REGS i; 
if(mode>=0x100) //如果是VESA顯示模式 
{ 
i.w.bx=mode; 
i.w.ax=0x4F02; 
int386(0x10,&i,&i); 
return; 
} 
else //如果是標準顯示模式 
{ 
i.w.ax=mode; 
int386(0x10,&i,&i); 
return; 
} 
} 
void VIEW::VideoPage(uvar8 pn) //選擇顯存頁函數,pn為頁號 
{ 
union REGS i; 
i.w.bx=0; 
i.w.dx=pn; 
//如果您的顯卡VESA標準版本較低，一頁是4k而不是64k的，將會顯示不正常，請將上一行改為： 
//i.w.dx=pn*16; 
i.w.ax=0x4F05; 
int386(0x10,&i,&i); 
return; 
} 
void VIEW::Redraw() //屏幕刷新函數 
{ 
uvar8 i; 
uvar16 *VIDEO=(uvar16 *)(0xA000<<4); //顯存指針 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
for(i=0;i<14;i++) 
{ 
VideoPage(i); //選擇顯存頁面 
memcpy(VIDEO,video,65536); //從虛擬屏幕拷貝64k數據到顯存 
video+=32768; //虛擬屏幕指針後移 
} 
VideoPage(14); //選擇最後一頁 
memcpy(VIDEO,video,42496); //寫入最後一頁數據 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
} 
inline void VIEW::Cls() //將顏色置0(黑色)並清屏 
//內置式函數 
{ 
memset(_video,color=0,960000); //將整個虛擬屏幕全部寫入0 
} 
inline void VIEW::Clear() //按當前顏色清屏,內置式函數 
{ 
Bar(0,0,799,599); //在整個屏幕內畫塊 
} 
inline void VIEW::Clear(uvar16 c) //指定顏色並清屏,內置式函數 
// c為16位顏色代碼 
{ 
Bar(0,0,799,599,c); //按指定顏色在整個屏幕內畫塊 
} 
void VIEW::Clear(uvar8 r,uvar8 g,uvar8 b) //指定三原色清屏 
// r=紅色量，g=綠色量，b=藍色量，範圍均為0-255 
{ 
SetColor(r,g,b); //按三原色設置顏色 
Bar(0,0,799,599); //在整個屏幕內畫塊 
} 
void VIEW::PutPixel(uvar16 x,uvar16 y) //用當前顏色畫點函數 
// x=橫坐標,y=縱坐標 
{ 
if(x>799||y>599)return; //判斷坐標是否出界 
video=_video+y*800+x; //移動虛擬屏幕指針 
*video=color; //寫入顏色代碼 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
} 
void VIEW::PutPixel(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 c) //按指定顏色畫點 
// x=橫坐標，y=縱坐標,c=16位顏色代碼 
{ 
if(x>799||y>599)return; //判斷坐標是否出界 
video=_video+y*800+x; //移動虛擬屏幕指針 
*video=color=c; //寫入顏色代碼並改變當前顏色 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
} 
void VIEW::HLine(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 n) //畫水平線 
// x=橫坐標,y=縱坐標,n=水平線長度 
{ 
if(x>799||y>599)return; //判斷坐標是否出界 
if(x+n>800)n=800-x; //判斷水平線是否出界 
video=_video+y*800+x; //移動虛擬屏幕指針 
for(uvar16 i=0;i<n;i++)*video++=color; //寫入顏色代碼 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
} 
void VIEW::HLine(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 n,uvar16 c) //按指定顏色畫水平線 
// x=橫坐標，y=縱坐標,n=水平線長度,c=16位顏色代碼 
{ 
if(x>799||y>599)return; //判斷坐標是否出界 
if(x+n>800)n=800-x; //判斷水平線是否出界 
video=_video+y*800+x; //移動虛擬屏幕指針 
color=c; //改變當前顏色代碼 
for(uvar16 i=0;i<n;i++)*video++=color; //寫入顏色代碼 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
} 
void VIEW::VLine(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 n) //畫垂直線函數 
// x=橫坐標，y=縱坐標,n=垂直線長度 
{ 
if(x>799||y>599)return; //判斷坐標是否出界 
if(y+n>600)n=600-y; //判斷垂直線是否出界 
video=_video+y*800+x; //移動虛擬屏幕指針 
for(uvar16 i=0;i<n;i++) 
{ 
*video=color; //寫入顏色代碼 
video+=800; //移動虛擬屏幕指針 
} 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
} 
void VIEW::VLine(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 n,uvar16 c) //按指定顏色畫垂直線 
// x=橫坐標,y=縱坐標,n=垂直線長度,c=16位顏色代碼 
{ 
if(x>799||y>599)return; //判斷坐標是否出界 
if(y+n>600)n=600-y; //判斷垂直線是否出界 
video=_video+y*800+x; //移動虛擬屏幕指針 
color=c; //改變當前使用顏色 
for(uvar16 i=0;i<n;i++) 
{ 
*video=color; //寫入顏色代碼 
video+=800; //移動虛擬屏幕指針 
} 
video=_video; //恢復虛擬屏幕指針 
} 
void VIEW::Rectangle(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 x1,uvar16 y1) //畫矩形框 
// x=左上角橫坐標，y=左上角縱坐標,x1=右下角橫坐標,y1=右下角縱坐標 
{ 
HLine(x,y ,x1-x+1); //畫上線 
HLine(x,y1,x1-x+1); //畫下線 
VLine(x,y+1,y1-y-1); //畫左線 
VLine(x1,y+1,y1-y-1); //畫右線 
} 
void VIEW::Rectangle(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 x1,uvar16 y1,uvar16 c)//按指定顏色畫矩形框 
// x=左上角橫坐標，y=左上角縱坐標,x1=右下角橫坐標,y1=右下角縱坐標,c=16位顏色代碼 
{ 
HLine(x,y ,x1-x+1,c); //按指定顏色畫上線 
HLine(x,y1,x1-x+1); //畫下線 
VLine(x,y+1,y1-y-1); //畫左線 
VLine(x1,y+1,y1-y-1); //畫右線 
} 
void VIEW::Bar(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 x1,uvar16 y1) //畫塊 
// x=左上角橫坐標，y=左上角縱坐標,x1=右下角橫坐標,y1=右下角縱坐標 
{ 
for(uvar16 i=y;i<=y1;i++)HLine(x,i,x1-x+1); //循環畫水平線 
} 
void VIEW::Bar(uvar16 x,uvar16 y,uvar16 x1,uvar16 y1,uvar16 c) //按指定顏色畫塊 
// x=左上角橫坐標，y=左上角縱坐標,x1=右下角橫坐標,y1=右下角縱坐標,c=16位顏色代碼 
{ 
color=c; //改變當前操作顏色 
for(uvar16 i=y;i<=y1;i++)HLine(x,i,x1-x+1); //循環畫水平線 
} 

示例程序編譯命令： WCL386 -fe=TEST -ox SVGA.CPP TEST.CPP 

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以上可查看svgalib实现