Vmesnik grafične naprave (GDI) v Microsoft Windows — definicija in funkcije

Vmesnik grafične naprave je vmesnik API sistema Microsoft Windows, ki se uporablja za predstavitev grafičnih objektov in njihov prenos v izhodne naprave, kot so tiskalniki in monitorji. GDI omogoča aplikacijam, da risajo linije, krivulje, oblike in besedilo ter da upravljajo bitne slike (bitmape) in palete – pri čemer je osnovna ideja ustvariti abstrakcijo nad konkretno strojno opremo, tako da se ista risalna koda obnaša smiselno na različnih napravah.

Glavne komponente GDI

Device Context (HDC) – kontekst naprave (HDC) predstavlja "platno" za risanje in nosi informacije o ciljni napravi (zaslon, tiskalnik, pomnilniška naprava). Vse risalne operacije potekajo znotraj HDC.
GDI objekti – standardni objekti so pisala (pens), čopiči/krtače (brushes), pisave (fonts), bitne slike (bitmaps) in palete. Objekte je treba izbrati v HDC pred uporabo in jih pravilno sprostiti, da se preprečijo puščanja virov.
Metafile in spooling – GDI podpira zapise v obliki meta-datotek (WMF/EMF), ki se pogosto uporabljajo pri tiskanju in pri predpomnjenju risalnih ukazov za poznejšo reprodukcijo.

Osnovne funkcije in operacije

GDI ponuja nabor funkcij za osnovne risalne operacije. Med pogostejšimi so:

risanje geometrije: LineTo, MoveToEx, Polygon, Rectangle, Ellipse;
upravljanje bitnih slik: BitBlt, StretchBlt (kopiranje in skaliranje bitmap), CreateCompatibleBitmap;
izpis besedila: TextOut, ExtTextOut in funkcije za merjenje besedila;
upravljanje s pisali in čopiči: CreatePen, CreateBrush, SelectObject, DeleteObject;
barvne in transparentne operacije: TransparentBlt, AlphaBlend (v razširitvah ali GDI+).

Skaliranje in abstrakcija naprav

Morda najpomembnejša zmogljivost GDI v primerjavi s neposrednim dostopom do strojne opreme je njegova napravo-neodvisna abstrakcija in vgrajeno skaliranje. Z uporabo GDI je enostavno risati na več naprav hkrati (npr. zaslon in tiskalnik) ter pričakovati, da se bodo grafični elementi ustrezno prilagodili ločljivosti, gostoti pik in velikosti papirja. Ta lastnost je temelj številnih aplikacij What You See Is What You Get za Microsoft Windows.

Tiskanje in pipeline

Pri tiskanju GDI omogoča aplikacijam, da rišejo neposredno v kontekst tiskalnika ali v metafile, ki jih nato pošlje tiskalnemu sistemu. Tiskalni gonilniki prevzamejo GDI ukaze in jih pretvorijo v ukaze ustrezne tiskalne naprave. GDI upravlja tudi nastavitve, kot so velikost strani, orientacija in natančno skaliranje za tiskanje v višji ločljivosti kot zaslon.

Omejitve in sodobni nadomestki

GDI je primeren za mnoge tipične aplikacije in preproste igre, vendar ima več omejitev:

ni optimiziran za hitro animacijo ali igre, ker nima neposredne sinhronizacije s framebufferjem in je večinoma CPU-odvisen;
omejena podpora za strojno pospeševanje na sodobnih verzijah Windows (po uvedbi Desktop Window Manager in WDDM je bila vloga strojnega pospeševanja spremenjena);
brez neposredne 3D rasterizacije — za 3D in intenzivne grafične operacije se uporabljata DirectX ali OpenGL (ter novejše tehnologije kot Direct2D/DirectWrite za 2D in besedilo);
upravljanje virov: GDI-handle so omejeni, puščanje oziroma napačno sproščanje GDI objektov lahko povzroči zmanjšanje zmogljivosti ali zrušitve.

Razširitve in razvoj

Microsoft je nadgradil osnovni GDI z GDI+, ki prinaša boljše delovanje z alfa blendanjem, naprednejše risalne funkcije in boljšo podporo za moderni tisk in grafiko. Kljub temu mnoge sodobne aplikacije raje uporabljajo Direct2D/DirectWrite (za 2D pospešeno risanje in besedilo) ali Direct3D/OpenGL za zahtevnejše grafične naloge.

Priporočila za razvijalce

vedno sprostite GDI-objekte (DeleteObject) in kontekste (ReleaseDC), da se izognete puščanju virov;
če potrebujete animacije ali kompleksno 3D upodabljanje, uporabite DirectX/OpenGL ali Direct2D;
za tiskanje uporabljajte metafile (EMF) ali neposredno risanje v HDC tiskalnika, da zagotovite natančno reprodukcijo na različnih tiskalnikih;
preverite omejitve števila GDI handle-ov na ciljnih sistemih in spremljajte porabo v razvojnem procesu.

GDI ostaja pomemben del Windows platforme zaradi svojega enostavnega modela za 2D risanje in široke interoperabilnosti z napravami, vendar je pri zahtevnejših grafičnih scenarijih smiselno izbrati novejše, strojno pospešene rešitve.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je vmesnik grafične naprave (GDI)?

O: Vmesnik za grafične naprave (GDI) je vmesnik API sistema Microsoft Windows, ki se uporablja za predstavitev grafičnih objektov in njihovo pošiljanje v izhodne naprave, kot so tiskalniki ali monitorji.

V: Za katere naloge je odgovoren GDI?

O: GDI je odgovoren za naloge, kot so risanje črt in krivulj, upodabljanje pisav in upravljanje palet.

V: Za katera opravila GDI NI odgovoren?

O: GDI NI neposredno odgovoren za risanje oken, menijev itd. Ta naloga je rezervirana za drug podsistem, zgrajen na vrhu GDI.

V: Kateri drugi sistemi imajo komponente, ki so podobne GDI?

O: Drugi sistemi, ki imajo komponente, podobne GDI, vključujejo Macintoshev QuickDraw in GNOME/GTK GDK/Xlib.

V: Katera je najpomembnejša zmogljivost GDI v primerjavi z bolj neposrednimi metodami dostopa do strojne opreme?

O: Najpomembnejša zmožnost GDI v primerjavi z bolj neposrednimi metodami dostopa do strojne opreme so njegove zmožnosti skaliranja in abstrakcija ciljnih naprav.

V: Kaj je središče vseh aplikacij What You See Is What You Get za Microsoft Windows?

O: Možnost risanja na več naprav, kot sta zaslon in tiskalnik, in pričakovanje ustrezne reprodukcije v vsakem primeru je v središču vseh aplikacij What You See Is What You Get za Microsoft Windows.

V: Katera je glavna pomanjkljivost GDI za sodobne igre?

O: Glavna pomanjkljivost GDI za sodobne igre je, da ne more pravilno animirati, saj nima pojma o sinhronizaciji z framebufferjem in nima rasterizacije za 3D. Sodobne igre namesto tega običajno uporabljajo DirectX ali OpenGL, ki programerjem omogočata uporabo funkcij sodobne strojne opreme.