设备坐标和逻辑坐标

Windows应用程序绘制图形时使用的是一种逻辑单位，每个逻辑单位的大小由映射模式决定，这个逻辑单位既可以与设备单位（屏幕或打印机上的一个像素点）相同，也可以是一种物理单位（如毫米），还可以是用户自定义的一种单位。在Windows应用程序中，只要与输出有关系，都要使用映射模式。本文的目的是帮助读者了解映射模式的一些基本知识，并对在使用中经常出现的一些问题提出解决方案。

一、映射模式基本知识

   当Windows应用程序在其客户区绘制图形时，必须给出在客户区的位置，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）。逻辑坐标和设备坐标的转换是由映射模式决定的。映射模式被储存在设备环境中。GetMapMode函数用于从设备环境得到当前的映射模式，SetMapMode函数用于设置设备环境的映射模式。

1.逻辑坐标

   逻辑坐标是独立于设备的，它与设备点的大小无关。使用逻辑单位，是实现"所见即所得"的基础。当程序员在调用一个画线的GDI函数LineTo，画出25.4mm(1英寸) 长的线时，他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。

2.设备坐标

   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，垂直值从上到下增大。

   Windows中包括以下3种设备坐标，以满足各种不同需要：

 (1)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。

(2)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。

(3)客户区坐标，包括应用程序的客户区域，客户区域的左上角为（0,0）。

3.逻辑坐标与设备坐标的转换方式

   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。要继续讨论映射方式我们要介绍Windows有关映射模式的一些术语：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，指的是一个虚拟的屏幕，基于逻辑坐标系统 ； 视口，视图客户区域，基于设备坐标系统 

   "窗口"依赖于逻辑坐标，可以是像素点、毫米或程序员想要的其他尺度。

   "视口"依赖于设备坐标（像素点）。通常，视口和客户区域等同。但是，如果程序员用GetWindowDC或CreateDC获取了一个设备环境，则视口也可以指全窗口坐标或屏幕坐标。点（0,0）是客户区域的左上角。x的值向右增加，y的值向上增加。

   对于所有映射模式，Windows都用下面两个公式将窗口坐标转换成视口坐标：

   xViewport = (xWindow-xWinOrg)*(xViewExt/xWinExt)+xViewOrg

   yViewport = (yWindow-yWinOrg)*(yViewExt/yWinExt)+yViewOrg

   其中，（xWindow,yWindows）是待转换的逻辑点，（xViewport,yViewport）是转换后的设备点。如果设备坐标是客户区域坐标或全窗口坐标，则Windows在画一个对象前，还必须将这些坐标转换成屏幕坐标。

   这两个公式使用了分别指定窗口和视口原点的点：（xWinOrg,yWinOrg）是逻辑坐标的窗口原点；（xViewOrg,yViewOrg）是设备坐标的视口原点。在缺省的设备环境中，这两个点均设置为（0,0），但它们可以改变。此公式意味着，逻辑点（xWinOrg,yWinOrg）总被映射为设备点（xViewOrg,yViewOrg）。

   Windows还能将视口坐标转换为窗口坐标：

   xWindow = (xViewport-xViewOrg)*(xWinExt/xViewExt)+xWinOrg

   yWindow = (yViewport-yViewOrg)*(yWinExt/yViewExt)+yWinOrg

   可以使用Windows提供的两个函数DPtoLP和LPtoDP在设备坐标及逻辑坐标之间互相转换。

4.映射模式的种类

   Windows定义了表1所列出的8种映射方式。

   上述映射模式中又可分成以下3类：

映 射 方 式

逻 辑 单 位

X 轴 增 加

Y 轴 增 加

毫 米

MM_TEXT

像 素 点

右

下

与 设 备 有 关

MM_LOMETRIC

0. 1mm

右

上

0.1

MM_HIMETRIC

0. 01mm

右

上

0.01

MM_LOENGLISH

0. 254mm

右

上

0.254

MM_HIENGLISH

0. 0254mm

右

上

0.0254

MM_TWIPS

0.0176mm

右

上

0.0176

MM_ISOTROPIC

任 意（x=y）

可 选

可 选

可 设

MM_ANISOTROPIC

任 意（x!=y）

可 选

可 选

可 设

   MM_TEXT映射模式这种映射模式被称为"文本"映射方式，不是因为它对于文本最合适，而是轴的方向与读文本的方向一致。Windows提供了函数SetViewportOrg和SetWindowOrg 用来设置视口和窗口的原点。缺省的窗口原点和视口原点均为（0，0），可以改变；缺省的窗口范围和视口范围均为（1，1），不可改变。

   度量映射方式MM_LOMETRIC、MM_HIMETRIC、MM_LOENGLISH、MM_HIENGLISH和MM_TWIPS 将1个逻辑单位映射为固定的实际单位，其中1twip等于0.0176mm(1/1440英寸)。其他映射模式对应的物理单位参见表1。设置了映射模式以后，Windows自动设置了窗口及视口的范围，范围本身的值并不重要，但范围比是一个固定的值，对于MM_LOMETRIC，Windows计算范围比xViewExt/xWinExt=0.1mm中水平像素的点数。

   自定义映射模式MM_ISOTROPIC和MM_ANISOTROPIC两种映射模式允许程序员设置自己的窗口和视口范围。MM_ISOTROPIC和MM_ANISOTROPIC的区别是所设置的x轴和y轴的的范围必须相同，而MM_ANISOTROPIC所设置的x轴和y轴的的范围可以不同。isotropi的意思是" 在所有方向相同"，anisotropic的意思正相反。自定义映射模式中窗口和视口的原点和范围都可以改变，程序员可以设置自己需要的映射模式。函数SetWindowExt和SetViewportExt 用于改变窗口和视口的范围。下面的代码将1个逻辑单位映射成0.396mm(1/64英寸)。

  SetMapMode(hDC,MM_ISOTROPIC);

   SetWindowExt(64,64);

  SetViewportExt(hdc,GetDeviceCaps(hdc,LOGPIXELSX),GetDeviceCaps(hdc,LOGPIXELSY));

二、与映射模式有关的问题的解决

   实际应用中，程序员会遇到一些与显示模式有关的问题。例如OLEServer中映射模式的设置、如何减少逻辑坐标与设备坐标间相互转换的误差等。下面，笔者就讨论一下这两个 问题的解决方法。

1.OLEServer中映射模式的设置方法

   开发OLEServer应用程序时，如果程序员直接调用SetMapMode函数将映射模式设置成度量映射方式中的一种后，在Windows95/98上程序会正常运行，但在WindowsNT上对象显示的大小比边框小。经过笔者研究后，发现WindowsNT上OLEServer应使用基于逻辑英寸的映射方式。在讨论如何设置基于逻辑英寸的映射方式前，我们先介绍一下逻辑英寸的概念。

   Windows在显示时以"逻辑英寸"为单位,逻辑英寸比实际的英寸要大。如果Windows程序使用实际英寸,则普通的10磅文本在显示器上就会小到几乎难以辨认，因此Windows使用放大了的"逻辑英寸"来表示文本。逻辑英寸只影响显示，而不影响打印。

   使用GetDeviceCaps函数可得到当前设备的各种能力，其第一个参数nIndex指示要获取信息的类型。当nIndex为HORZSIZE和VERTSIZE时，可得到显示区域的宽度和高度；当nIndex 为HORZRES和VERTRES时，可得到每个水平和垂直方向的像素数即分辨率；当nIndex的值为LOGPIXELSX 和LOGPIXELSY时，可得到水平和垂直方向每逻辑英寸所含像素数。

   在介绍了逻辑英寸的知识以后，很容易将OLEServer设置为基于逻辑英寸的映射模式。如果程序员仅仅调用SetMapMode(hdc,MM_LOENGLISH)来设置映射模式，当前的映射模式为物理英寸，而不是逻辑英寸。设置逻辑英寸必须自定义窗口和视口的范围，使xViewExt/xWinExt =0.01逻辑英寸中水平像素的点数，当xViewExt=LOGPIXELSX,xWinExt=100时，其比值正好满足上述要求。

   以下是设置映射模式的代码。

intxLogPixPerInch=GetDeviceCaps(hdc,LOGPIXELSX);
intyLogPixPerInch=GetDeviceCaps(hdc,LOGPIXELSY);
SetMapMode(MM_ANISOTROPIC);
SetWindowExt(100,100);
SetViewportExt(xLogPixPerInch,yLogPixPerInch);

   上述代码中调用SetMapMode函数将映射模式设置为自定义的，该调用必须位于SetWindowExt 和SetViewportExt调用之前，否则设置将会无效。
   上述代码实际上将映射模式设置成逻辑MM_LOENGLISH，若程序员需要设置逻辑MM_LOMETRIC、MM_HIMETRIC、MM_HIENGLISH 或MM_TWIPS，只需修改上述代码中的SetWindowExt的参数，该参数实际上是每英寸所包含的各种映射模式下的单位数。根据表１中各映射模式的参数，可得到表２中每英寸所对应的各逻辑单位的个数。

   例如，要设置逻辑MM_TWIPS，函数SetWindowExt中的参数为应1440。

2.逻辑坐标与设备坐标转换时误差的处理

表2

映 射 模 式

每 英 寸 所 对 应 的 逻 辑 单 位 数

MM_LOENGLISH

100

MM_HIENGLISH

1000

MM_LOMETRIC

254

MM_HIMETRIC

2540

MM_TWIPS

1440

   当我们将映射模式设置成基于逻辑英寸的MM_LOMETRIC时，窗口的范围设为256，视口的范围设为96（在VGA显示器下LOGPIXELSX的值），约2.6个逻辑单位对应1个像素，这显然会造成不小的误差，它会表现在应用程序的各个方面：客户区的一个部分没有被刷新；对象之间本来没有间距，却显示出有间距；对象在屏幕的不同位置上会缩小或增大一个像素等问题。

   可以采取以下两个步骤避免转换误差。(1)尽量选择窗口范围和视口范围比可以整除的映射方式，例如基于逻辑英寸的MM_TWIPS其窗口范围和视口范围比1440/96，可简化为15/1，从设备坐标转化为逻辑坐标时没有误差，从消除误差角度看，MM_TWIPS比其他几个映射模式都要好。(2)窗口范围和视口范围比不能整除时，也尽量将其简化，例如，当采用0.3900mm 中的将1个逻辑单位映射成1/64英寸的映射方式时，其窗口范围和视口范围比值为64/96，可简化为2/3。如果我们将逻辑单位的值都取为2的倍数，设备单位的值都取为3的倍数，转换后就没有精度的丢失了。

   综上所述，如果我们能够根据映射模式值的特点，逻辑坐标和设备坐标都取经简化的窗口和视口范围值的倍数，则逻辑坐标和设备坐标间的转化将没有误差。

 

 

附：

 

要用到两个函数：

CDC::LPtoDP  将逻辑坐标转换为设备坐标

CDC::DPtoLP  将设备坐标转换为逻辑坐标

 

设备坐标（Device Coordinate）又称为物理坐标（Physical Coordinate），是指输出设备上的坐标。通常将屏幕上的设备坐标称为屏幕坐标。设备坐标用对象距离窗口左上角的水平距离和垂直距离来指定对象的位置，是以像素为单位来表示的，设备坐标的X轴向右为正，Y轴向下为正，坐标原点位于窗口的左上角。

 

　　逻辑坐标（Logical Coordinate）是系统用作记录的坐标。在缺省的模式（MM_TEXT）下，逻辑坐标的方向和单位与设备坐标的方向和单位相同，也是以像素为单位来表示的，X轴向右为正，Y轴向下为正，坐标原点位于窗口的左上角。逻辑坐标和设备坐标即使在缺省模式下其数值也未必一致，除了在以下两种情况下：

 

　　1. 窗口为非滚动窗口

　　2. 窗口为滚动窗口，但垂直滚动条位于滚动边框的最上端，水平滚动条位于最左端，但如果移动了滚动条这两种坐标就不一致了。

 

　　在VC中鼠标坐标的坐标位置用设备坐标表示，但所有GDI绘图都用逻坐标表示，所以用鼠标绘图时，那么必须将设备坐标转换为逻辑坐标，可以使用CDC 函数DPtoLP（）将设备坐标转化为逻辑坐标，同样可以用LPtoDP()将逻辑坐标转化为设备坐标。 （#add，所谓坐标，都是指Point的坐标）

 

ScreenToClient和ClientToScreen实际上是转换一个参照物的概念，如ie客户区上一个button，相对于ie的坐标是(x, y)，ie客户区相对于屏幕原点的坐标是(x0 , y0)，那么button的screen坐标就是(x+x0, y+y0) 。ScreenToClient和ClientToScreen都假定坐标是设备坐标。

 

在EX05C中(EX05C是一个例子程序，只需看函数中的代码即可)：

 

我们现在来看看逻辑坐标和物理坐标是怎么转换的。

 

voidCEX05CView::OnInitialUpdate()

{

       CScrollView::OnInitialUpdate();

       // TODO: calculate the total size ofthis view

       CSize sizeTotal(800, 1050);

       CSize sizePage(sizeTotal.cx/2, sizeTotal.cy/2);

       CSize sizeLine(sizeTotal.cx/50,sizeTotal.cy/50);

       SetScrollSizes(MM_LOENGLISH,sizeTotal, sizePage, sizeLine);

}

 

上面程序中的SetScrollSizes(MM_LOENGLISH, sizeTotal, sizePage, sizeLine);制定了映射模式为MM_LOENGLISH，整个客户端逻辑区域为800 x 1050逻辑单位(sizeTotal)；横向翻页的大小为400逻辑单位，纵向翻页的大小为525逻辑单位(sizePage)； 横向一列的大小为800 / 50 = 16逻辑单位，纵向一行的大小为1050 / 50 = 21逻辑单位。

 

在MM_LOENGLISH映射模式下，每逻辑单位是0.01英寸。

 

voidCEX05CView::OnLButtonDown(UINT nFlags, CPoint point)

{

       // TODO: Add your message handler codehere and/or call default

       CRect rectEllipse(m_pointTopLeft,m_sizeEllipse);

       CRgn circle;

       CClientDC dc(this);

       OnPrepareDC(&dc);

//TRACE("Check Point3: HORZSIZE = %d, VERTSIZE =%d\n",dc.GetDeviceCaps(HORZSIZE), dc.GetDeviceCaps(VERTSIZE));

 

//HORZSIZE = 320mm, VERTSIZE = 240mm

       TRACE("\nBefore LPtoDP:\n");

       TRACE("rectEllipse.top = %d,rectEllipse.bottom = %d, rectEllipse.left = %d, rectEllipse.right = %d\n",rectEllipse.top, rectEllipse.bottom, rectEllipse.left, rectEllipse.right);

       dc.LPtoDP(rectEllipse);

       TRACE("\nAfter LPtoDP:\n");

       TRACE("rectEllipse.top = %d,rectEllipse.bottom = %d, rectEllipse.left = %d, rectEllipse.right = %d\n",rectEllipse.top, rectEllipse.bottom, rectEllipse.left, rectEllipse.right);

 

//LPtoDP将rectEllipse从逻辑坐标转换成设备坐标

      circle.CreateEllipticRgnIndirect(rectEllipse);

//TRACE("Check Point2: point =(%d, %d)\n", point.x, point.y);

//point为物理设备坐标

       if(circle.PtInRegion(point))

       {

             SetCapture();

//            Causes all subsequent mouse inputto be sent to the current CWnd object regardless of the

//            position of the cursor.

              m_bCaptured = TRUE;

              CPointpointTopLeft(m_pointTopLeft);

              dc.LPtoDP(&pointTopLeft);

              m_sizeOffset = point - pointTopLeft;

//            m_sizeOffset, point, pointTopLeft皆为设备坐标

              ::SetCursor(::LoadCursor(NULL,IDC_CROSS));

       }

       CScrollView::OnLButtonDown(nFlags,point);

}

 

我们来看看rectEllipse在语句dc.LPtoDP(rectEllipse);前后的变化：

 

BeforeLPtoDP:

EX05C: rectEllipse.top = -219,rectEllipse.bottom = -319, rectEllipse.left = 199, rectEllipse.right = 299

 

AfterLPtoDP:

EX05C: rectEllipse.top = 178,rectEllipse.bottom = 259, rectEllipse.left = 162, rectEllipse.right = 243

 

-219(逻辑坐标)是怎样转换为178(设备坐标)的呢？

 

设备坐标：屏幕的左上方为(0, 0)，屏幕的右边为x坐标的正方向，屏幕的下边为y轴的正方向。

 

逻辑坐标：屏幕的左上方为(0, 0)，右边为x坐标的正方向，对于不同的映射模式，y轴的正方向是不一样的，对于MM_LOENGLISH而言，向上的方向是正方向，向下的方向是负方向。

 

在MM_LOENGLISH映射模式下，219个逻辑单位的长度为：219* 0.01 = 2.19英寸 = 2.19 *2.54 = 5.5626 厘米

 

在上面程序中的CheckPoint3中，我们可以得到屏幕的物理尺寸为：320毫米 x 240毫米，另外补充说明一下，本电脑的屏幕分辨率是1024 * 768。因此，(5.5626 / 24) * 768 = 178.0032像数

 

以上就是-219(逻辑坐标)转换为178(设备坐标)的详解。其他几个坐标也是如此转换而来。

 

 

 

现在我们看看卷动右边的滚动条的情况下，坐标是怎样变化的。

 

先将滚动条往下滚动两行，然后随便将椭圆拖放到一个位置，如下图所示：

TRACE语句的输出结果为：

BeforeLPtoDP:

EX05C: rectEllipse.top = -469,rectEllipse.bottom = -569, rectEllipse.left = 801, rectEllipse.right = 901

AfterLPtoDP:

EX05C: rectEllipse.top = 347,rectEllipse.bottom = 428, rectEllipse.left = 651, rectEllipse.right = 732

 

逻辑坐标-469是怎样转换成设备坐标347的呢？

 

在不考虑卷动的情况下，逻辑坐标-469应该转换成的设备坐标为：

(469 *0.01 * 2.54 / 24) * 768 = 381.2032像数 = 381像数。

 

由于在垂直方向向下滚动了两行即 (1050 / 50) * 2 = 42逻辑单位，转换成设备坐标为：

(42 * 0.0.1* 2.54 / 24) * 768 = 34.1736像数 = 34像数。

 

因此，考虑到卷动了2行的情况，逻辑坐标-469转换成设备坐标应该是：

381 - 34= 347像数

 

这就是在有卷动的情况下，逻辑坐标和设备坐标转换的详细说明。

 

1. voidCEX05CView::OnLButtonDown(UINT nFlags, CPoint point)中的point是设备坐标，而非逻辑坐标。如果要该函数中画图，就一定要将point转换成逻辑坐标。

2.InvalidateRect(rectOld, TRUE);中的rectOld是设备坐标，而非逻辑坐标。

3.pDC->Ellipse(CRect(m_pointTopLeft, m_sizeEllipse)); m_pointTopLeft,m_sizeEllipse皆为逻辑坐标。

 

画图时，皆用逻辑坐标。InvalidateRect时或者判断某点是否位于某个区域之中时皆用设备坐标。

voidCEX05CView::OnDraw(CDC* pDC)

{

       CEX05CDoc* pDoc = GetDocument();

       ASSERT_VALID(pDoc);

       // TODO: add draw code for native datahere

       CBrush brushHatch(HS_DIAGCROSS, RGB(255,0, 0));

       CPoint point(0, 0);

       pDC->LPtoDP(&point);

       pDC->SetBrushOrg(point);

       pDC->SelectObject(&brushHatch);

       TRACE("Check Point1: m_pointTopLeft= %d, m_sizeEllipse = %d\n", m_pointTopLeft, m_sizeEllipse);

//     m_pointTopLeft, m_sizeEllipse皆为逻辑坐标。画图时，皆用逻辑坐标，InvalidateRect时皆用设备坐标。

       pDC->Ellipse(CRect(m_pointTopLeft,m_sizeEllipse));

       pDC->SelectStockObject(BLACK_BRUSH);

       pDC->Rectangle(CRect(100, -100, 200,-200));

}

 

没有上面下划线语句的情况下，椭圆中的填充部分，在屏幕卷动时会不正常(右边滚动条不卷动时是正常的)：

有上面下划线语句的情况下，不管是否卷动，椭圆中的填充部分都是正常的。如下图：