动画的实现

动画是游戏程序不可缺少的部分，也是游戏与玩者间交互的主要渠道，DirectX提供了高速动画实现的解决方案。类似在DOS下用TC开发图形程序时采用多页面切换实现动画一样，DirectDraw也是通过在后台绘画，然后切换显示页面的技术来实现平滑动画。

一、动画实现技术

1．创建复合切换图面

所谓复合图面即在创建主图面时，增加COMPLEX等描述，使得主图面拥有一个或多个切换页面，形成页面翻转链。最简单情况是有一个显示页面、一个后台切换页面，程序只在后台切换页面上绘图，当下一帧图形在后台切换页面生成后，进行一次切换（Flip），使后台切换页面与显示页面交换页面指针(只交换指针，使后台切换页面的指针永远指向后台切换页面，程序始终在后台绘制图形，无需考虑页面指针是否变化)，重复上述过程，即可产生动画祯，产生动画。

2． 动画帧的绘制

如果您没有创建复合图面，那么绘图工作就必须在显示页面上进行了，这样，在绘制少量图形和性能比较好的计算机上，可能不会有明显的问题，但如果需要绘制图形复杂度高、数据量大时，图形绘画和更新的过程就明显地表现出来，动画出现抖动现象。但采用在后台切换页面绘制图形，当一个帧绘制完成后，一次性切换为显示页面，由于切换时间很短（与屏幕刷新同步），就不会出现闪烁现象。

每一帧图形的绘制是通过位转换操作来完成的，即把不同后台图面的数据按需要的组合传递到后台切换页面。位转换操作可以使用Windows提供的BitBlt函数完成，但其速度太慢了，DirectDraw的DirectDrawSurface对象提供了Blt和BltFast两个方法来实现快速的位转换操作。

3． 透明

在进行位转换操作时往往会涉及图形叠加的问题，例如：首先将一幅背景图绘画在主图面的后台切换页面上，然后需要将一个精灵画在该页面的中间，由于精灵图形定义是一个矩形，所以必须使不应该显示的位置产生透明而显示背景图形。如图2.3中所示，是否透明所形成不同的结果。

图2.3中有四张图，(A)图为精灵图形的定义，图形为一矩形框，背景色为白色；(B)图为背景；(C)图为未进行透明处理背景与精灵叠加的结果，可以看到精灵的矩形框遮挡了背后的背景图形；(D)图为进行透明处理背景与精灵叠加的结果，精灵原始图形中白色部分没有挡住背景，使精灵与背景能够很好地融合。

    在DirectDraw的位转换中实现透明并非十分复杂，只要事先指定精灵图形所在后台图面的透明“颜色键”值(dx3中为白色)，然后在位转换时声明以透明方式处理即可。如何确定颜色键值是稍微麻烦的问题，我们以后再详细讨论。

(A）精灵      (B)背景               (C) 不透明叠加           (D)透明叠加

图2.3 精灵与背景叠加非透明和透明处理的不同效果

4． 图面切换及需要防止的撕裂现象

显示器的扫描刷新是有一定周期的，如果程序在扫描过程中切换页面，就会造成屏幕上一部分是前一帧的图象，另一部分是后一帧的图象，如图2.4所示，主图面的显示页面上圆圈在中间，后台切换页面上圆圈向右移动了一些，正确的动画是当页面切换后，源泉从屏幕中间向右运动了一段距离，但由于切换发生在屏幕刷新到一半的时间，屏幕上半部分仍是初始图象，而屏幕下半部分则显示出新图形，使圆圈上下错位，形成撕裂现象。

     (A) 显示页面    (B)后台切换页面      (C)屏幕刷新一半   (D)页面切换后

                                                              另一半刷新

图2.4 页面切换产生的撕裂现象

    为了解决撕裂现象，就必需保证在屏幕刷新周期完成，下个周期未开始之前进行页面切换操作，所以Flip方法总是需要等待一些时间。当后台切换页面帧完成后，程序不能立即将它切换为显示页面，而需要等到下一屏幕刷新之前进行，为了充分使用CPU和系统资源，有时使用多个后台切换页面，并利用等待屏幕刷新的时间多绘制一些帧（或帧的部分图形）,以提高系统效率。

5．示例程序dx3的运行过程介绍

图2.5为dx3程序窗口，程序开始时首先按下“执行”按钮，dx3将创建DirectDraw对象并设置系统为800*600*256色全屏显示方式；按下“创建主图面及复合切换图面”按钮创建一个包含一个显示页面和一个后台切换页面的复合主图面；接下来按“创建后台图面并装入图形”按钮，dx3创建一个后台图面，此后台图面将装入图形文件spirit.bmp，如图2.6,该图由12个100*104的精灵动画帧组成，所以该图面的尺寸为400*312，图形的背景色为白色(背景色可选择较少使用颜色，如绿色、粉红)；下一步是必需获得主图面后台切换页面（后端缓冲区）的指针，否则程序将无法在后台绘制动画帧，也就不能实现切换操作，所以要按下“获得主图面后端缓冲区指针”按钮；现在最下面的三个按钮都可以使用了，它们分别采用不同的方法实现动画，以便比较动画的效果。“主图面直接绘图动画演示”是用BitBlt函数将动画图形直接在显示页面上（屏幕左上方）绘制，如果在速度慢的计算机上，可以看到闪烁现象；“后端缓冲动画演示”是采用帧切换方式实现动画的，由于在后台切换页面是用BitBlt函数绘图，先复制整个屏幕背景，再叠加绘制精灵动画下一帧图形，待屏幕刷新下一个周期开始前，切换显示页面；“BltFast方法的透明动画”也采用后端缓冲动画技术，不同的是在位转换操作时采用DirectDrawSurface的BltFast方法，从而实现透明和高速动画，精灵从屏幕左上方向右移动。

图2.5 dx3精灵动画运行界面

图2.6 精灵动画

从三种动画演示可以看出，第二种方法动画                       

速度较慢，这主要是低效率的GDI造成的，第三种动画速度相对很快，因此dx3程序不得不在动画帧之间加入150毫秒的延迟，这种现象在装有directX7.0的系统上更为明显。

    在dx3中没有使用Blt方法，因为它比较复杂，今后我们将对位转换操作的Blt和BltFast方法进行专门的介绍。

6．dx3的编程实现

（1）创建DirectDraw对象并设置800*600*256色显示模式

    此部分内容与在2.1中已经介绍，这里不再重复。需要说明的是dx3示例程序把显示方式的色彩深度设为8位（256色），是因为透明处理得比较好，读者可以自己修改此示例程序，分别设置16位和24位色    `彩深度，会发现有异常情况出现，我们在这里暂不研究此方面的原因。有一点是肯定的，色彩深度越深，动画的速度就越慢。也许您会觉得dx3精灵动画不够流畅，这与我们使用动画图形的帧的数量和质量有关。

（2）创建主图面和复合切换图面

复合切换型的主图面是在CreateSurface时实现的，即在DDSURFACEDESC结构中设置ddsCaps.dwCaps时要加入DDSCAPS_COMPLEX和DDSCAPS_FLIP标志，另外还需给dwBackBufferCount定义后台缓冲区（后台切换页面）的数目，由于在dx3中只使用一个后台缓冲页面，所以此项设置为1。如以下示例片段：

    ddsd.dwSize=sizeof(ddsd);

    ddsd.dwFlags=DDSD_CAPS|DDSD_BACKBUFFERCOUNT;

    ddsd.ddsCaps.dwCaps=DDSCAPS_PRIMARYSURFACE

                        |DDSCAPS_FLIP

                        |DDSCAPS_COMPLEX;

    ddsd.dwBackBufferCount=1;

    lpDD2->CreateSurface(&ddsd,&lpDDPrimary,NULL);

（3）创建后台图面并装入图形（与dx2中相同，略）

（4）获得主图面后台切换图面（后台缓冲）指针

既然主图面有显示和后台切换2个页面，因此就应该有2个分别指向前、后台切换页面的指针，通过CreateSurface方法得到的lpDDPrimary只是显示页面的指针，所以需要用GetAttachSurface方法获得后台切换页面的指针，以便图形绘制到后台。GetAttachSurface方法的格式为：

HRESULT IdirectDrawSurface::GetAttachSurface(LPDDSCAPS lpDDScaps,

LPDIRECTDRAWSURFACE FAR *lpDDAttachedSurface)

其中：参数lpDDScaps是一个DDSCAPS结构，需要强调的是，在调用GetAttachSurface方法之前，该结构的dwCaps必需设置为DDSCAPS_BACKBUFFER（前端显示页面的标志为DDSCAPS_FRONTBUFFER）；如果执行成功，则参数lpDDAttachedSurface将返回指向后台切换页面的指针。

（5）主图面直接绘图动画演示

    采用BitBlt函数，从后台图面上连续将精灵动画的每一帧绘画到主图面显示页面的(0,0)至(99,103)的矩形区域内。由于不需要恢复背景图形、绘图工作量小的缘故，此部分程序比较简单，且运行速度比较快，需要加入延时Sleep(150)。

（6）后端缓冲动画演示

后台缓冲动画是使用一个复合切换图面作为绘图板，首先将当前可见屏幕复制到切换图面，再将精灵动画帧绘制在切换图面的(0,0)处，最后进行图面切换，新的图面一次性显示出来。

（7）BltFast方法的透明动画

Blt方法相对BltFast方法要慢一些，但允许更多的控制，如：放缩、镜像、旋转、剪切等，而BltFast注重的是速度。另外，Blt和BltFast都提供了透明控制，使精灵周围的背景都能正常显示出来。

在dx3最后的示例中我们采用BltFast实现走动的精灵动画。该方法的格式为：

IdirectDrawSurface::BltFast(DWORD dwX,DWORD dwY,

                        LPDIRECTDRAWSURFACE lpDDSurface,

                        LPRECT lpRect,

                        DWORD dwTrans)

其中：参数X、Y为图形绘制目标坐标；lpDDSurface为位转换操作源图面；lpRect是一个结构类型，指定源图面需进行为转换操作的矩形，描述为struct RECT {LONG left,LONG top,LONG right,LONG bottom}；dwTrans是控制标志，可以使用的控制标志有

DDBLTFAST_DESTCOLORKEY  使用目标颜色值

DDBLTFAST_SRCCOLORKEY   使用源颜色值（示例中使用实现透明动画）

DDBLTFAST_NOCOLORKEY    不进行透明位转换操作

DDBLTFAST_WAIT           在为转换器建立或出现错误之前自动等待，不返回

DDBLTFAST_WAIT与CPU及显示卡协处理器的异步操作效率有关，在位转换操作应加上此控制标志。

如果位转换操作需要透明处理，则必需指定颜色键值，即：对某种颜色或某个颜色范围进行透明处理。颜色键值可以直接给出或的从源图面获取，在dx3中采用的是获取源图面(0,0)点的颜色值，并将它设置为图面的颜色键，具体步骤是：

1         锁定源图面；

2         获得源图面 (0,0)点的颜色值并存放到dw变量；

3         根据需要调整dw；

4         对源图面解锁；

5         设置DDCOLORKEY结构的dwColorSpaceLowValue和dwColorSpaceHighValue为dw的值；

6         用SetColorKey方法设置源图面颜色键值。

设置颜色键值方法：

IdirectDrawSurface::SetColorKey(DWORD dwFlags, LPDDCOLORKEY lpDDColorKey);

其中：参数dwFlage是控制标志，可以取以下值：

DDCKEY_COLORSPACE    图面包含某颜色范围

DDCKEY_DESTBLT        结构中包含位转换操作的目标颜色值

DDCKEY_DESTOVERLAY  结构中包含用于覆盖操作的目标颜色值

DDCKEY_SRCBLT         结构中包含位转换操作的源颜色值(dx3示例使用此标志)

DDCKEY_SRCOVERLAY    结构中包含用于覆盖操作的源颜色值

    参数lpDDColorKey位DDCOLORKEY结构指针。