基于PC機的多屏幕繪制系統(tǒng)——屏幕分割模塊

摘要：隨著可視化技術在教學、商業(yè)、娛樂中的廣泛應用，市場對于大屏幕高清晰的需求日益增強，但是由于單個顯示屏幕的分辨率是有限的，而且隨著分辨率的提高，系統(tǒng)成本呈指數(shù)級上升。因此，通過整合多個顯示屏幕實現(xiàn)多投影顯示系統(tǒng)（即多屏幕繪制系統(tǒng)）已成為構造低成本、高亮度、高分辨率顯示系統(tǒng)的最佳方案之一。多屏幕繪制系統(tǒng)，由多臺投影儀通過疊合拼接而成的，能夠輸出高亮度、高分辨率圖像的大規(guī)模顯示設備。與單臺同樣性能的顯示設備相比，多屏幕繪制系統(tǒng)具有成本低和易擴展等優(yōu)勢。

關鍵詞：多屏幕；屏幕分割；圖形變換；GDI；BMP

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 09-0000-02

隨著虛擬現(xiàn)實技術在商業(yè)、娛樂和科學計算可視化等領域中日益廣泛的應用和推廣，市場對投影和顯示系統(tǒng)的分辨率和亮度都提出了更高的要求。然而，單個顯示屏幕的分辨率是有限的，而且隨著分辨率的提高，系統(tǒng)成本呈指數(shù)級上升。因此，通過整合多個顯示屏幕實現(xiàn)多投影顯示系統(tǒng)（即多屏幕繪制系統(tǒng)）已成為構造低成本、高亮度、高分辨率顯示系統(tǒng)的最佳方案之一。傳統(tǒng)的多投影顯示系統(tǒng)大多是通過將多個CRT或者LCD顯示屏進行硬件疊合來構建，難以實現(xiàn)無縫的拼接，而且不易維護和擴。

多屏幕繪制系統(tǒng)是通過網絡互連的多臺普通PC，連接多個擁有獨立投影設備屏幕組合成一個巨型屏幕，投影到非平面的異形幕（如環(huán)幕、球幕)上，并通過軟件的處理，將屏幕內容無縫地拼接在一起，并且實現(xiàn)整體畫面的實時同步播放。

一、開發(fā)工具及GDI

開發(fā)工具VC++是微軟公司開發(fā)的一個IDE(集成開發(fā)環(huán)境)，VC++是Windows平臺上的C++編程環(huán)境，Windows下編程需要了解Windows的消息機制以及回調（callback）函數(shù)的原理；MFC是Win32API的包裝類，需要理解文檔視圖類的結構，窗口類的結構，消息流向等等；COM是代碼共享的二進制標準，需要掌握其基本原理等等。

圖形設備接口GDI 是Windows XP中的一個子系統(tǒng)，它主要負責在顯示屏幕和打印設備輸出有關信息，它是一組通過C 類實現(xiàn)的應用程序編程接口。要實現(xiàn)屏幕抓圖，關鍵有兩點：一是獲取圖片所在窗口的窗口句柄，即在何處捕獲圖片；二是保存抓取的圖片。很顯然，實現(xiàn)第二點正是GDI+的強項。對于問題一，可以利用SetCapture () 函數(shù)，它能夠追蹤鼠標指針的移動（包括在屏幕抓圖程序窗口之外的窗口）。在移動鼠標的過程中，它還可以根據(jù)鼠標的指針所在位置來判斷當前窗口的窗口句柄。我們還可以使用函數(shù)WindowFrom－Point ()，這個函數(shù)能夠找出鼠標指針當前位置所對應的窗口句柄。使用過知名的抓圖軟件SnagIT的讀者都知道，在選擇抓圖窗口時，鼠標指針所在位置的窗口都會出現(xiàn)加粗的紅色邊框，以提醒目前所選擇的窗口，這個功能實現(xiàn)起來有些復雜。

二、BMP圖像文件

（一）BMP文件的讀寫

BMP文件分為4個組成部分，那么BMP文件的讀入也要按照4個組成部分依次進行處理，即先處理BITMAPFILEHEADER結構，然后是BITMAPINFOHEADER結構、顏色表，最后是位圖數(shù)據(jù)。

首先，有關BITMAPFILEHEADER、BITMAPINFOHEADER、RGBQUAD等結構的定義包含在頭文件“Windows.h”中，應把其包含進來。

其次，為了后面對圖像進行修改及存盤方便，我們定義了幾個全局變量，用來存放讀入圖像的位圖數(shù)據(jù)、寬、高、顏色表及每像素位數(shù)等信息。

（二）BMP圖像位圖數(shù)據(jù)的訪問

假設內存中位圖數(shù)據(jù)的指針為pBmpBuf，一行像素所占的字節(jié)數(shù)為lineByte（4的倍數(shù)）那么，對于灰度圖像，第i行第j列的像素指針（所在的存儲空間位置）為pBmpBuf+i*lineByte+j，*（pBmpBuf+i*lineByte+j）是該像素的灰度值，如果想讓該像素變成指定顏色，只需要給*（pBmpBuf+i*lineByte+j）賦指定的值即可；對于彩色圖像，每像素占3個字節(jié)，那么pBmpBuf+i*lineByte+j*3+0、pBmpBuf+i*lineByte+j*3+1、pBmpBuf+i*lineByte+j*3+2分別代表了第i行第j列像素B、G、R三個分量的指針，若想給該點指定一種顏色，則需要給三個分量分別賦值。

（三）設備無關位圖（DIB）

我們介紹了BMP文件結構，實際上，BMP文件可以分為DIB格式和DDB格式。DDB格式（Device-Dependent Bitmanp）是與設備有關的BMP文件格式，用來存儲與某個顯示設備或打印設備內存兼容的不壓縮圖像，因其依賴于硬件設備，因此不常用。DIB格式（Device-Independent Bitmanp）是與設備無關的BMP文件格式，也就是我們前面介紹的BMP文件格式，它自帶顏色信息，顏色表管理非常容易，具有很強的通用性。

調入內存中的DIB位圖是脫離文件而存在的，其結構可以分為三部分，內存中的DIB實際上是BMP文件結構去掉位圖文件頭結構后剩下的三部分，而這三部分結構包含了位圖顯示和處理所需要的所有信息。

三、圖像變換

（一）圖像的縮小、放大

本系統(tǒng)的圖像放大縮小做的比較簡單。先是調用MultiByteToWideChar函數(shù)轉換字符串然后判斷是用戶選擇縮小/放大，只需修改原圖的目標的寬度和高度。

（二）圖像的旋轉

當需要旋轉位圖時必須為DIB資源作拷貝（因為資源是只讀的），然后才能操作位圖數(shù)據(jù)，當需要操作的是8位位圖（256色）時，可以逐行來處理位圖，每次拷貝一個字節(jié)。有幾個非常重要的技巧需要注意：

?DIB的每個掃描行都必須填補到32位的DWORD邊界。通過檢查信息頭中的元素 biWidth，來確定每行像素的總數(shù)是否是32的倍數(shù)，如果不是，那么在計算資源位圖和目的位圖的字節(jié)偏移量時，需要考慮到填補的位數(shù)。當旋轉位圖90或270度時，位圖的高度成為寬度，反之亦然。盡管為位圖分配的內存不需要改變，但需要計算填補數(shù)，以填補高度到DWORD邊界。填補高度是因為在新位圖中高度成為寬度，設備無關位圖存儲圖象從左到右，從下到上，因此存儲的位圖實際上是顯示的圖像的倒置，在編寫直接操作位圖的算法時便需要考慮到這一點。位圖數(shù)據(jù)順時針旋轉90實際上是位圖逆時針旋轉90，或者說位圖順時針旋轉270。

四、屏幕分割模塊的程序實現(xiàn)及結果

總體設計

本文研究的是如何讀取服務器屏幕分辨率然后根據(jù)所需分割子塊數(shù)，按照子塊數(shù)目讀取相應的屏幕的像素坐標。對于當前已經分割后的圖像進行形變，即縮小、放大、旋轉后的圖像顯示在屏幕上。本文研究的系統(tǒng)分為兩個子塊：

1.局域網屏幕監(jiān)控：用來獲取服務器屏幕顯示的信息再發(fā)送到屏幕分割進行圖像處理。

2.屏幕分割顯示：接受到局域網屏幕監(jiān)控所發(fā)送的屏幕數(shù)據(jù)信息，然后對其進行圖像的分割，變形。

（一）局域網屏幕監(jiān)控

先是在服務器上啟動局域網屏幕監(jiān)控，來獲取當前服務器屏幕所顯示的內容。 VC中屏幕分分割的有很多種方法：1.用GID函數(shù)。2.用DIRECT方式。3.用windows media API 本文采用的是GID方法。具體的實現(xiàn)步驟為：

1.通過GetSystemMetrics獲取當前屏幕的分辨率。

2.通過GetDesktopWindow（）函數(shù)得到桌面的窗口句柄

3.用GetDC（）取得桌面窗口的DC

4.創(chuàng)建和屏幕DC兼容的位圖和DC（CreateCompatibleBitmap （）和CreateCompatibleDC（）），并把這個位圖選進該DC（SelectObject（））

（二）屏幕分割顯示

本系統(tǒng)屏幕分割顯示模塊主要實現(xiàn)功能如下：

1.實現(xiàn)2*2/2*3的屏幕切割。

2.顯示其中某一切割后的圖像。

3.根據(jù)所選中的圖片選擇圖像變換的方式（縮小、放大、旋轉度數(shù)）。

五、總結

在教學、商業(yè)、娛樂可視化等領域中對于高分辨率，高清晰顯示的要求越來越高，而多屏幕繪制系統(tǒng)正好符合了市場需求。他可以彌補投影機等破播放設備硬件上的不足。達到了高清晰，低成本的目標。

本系統(tǒng)只是多屏幕繪制系統(tǒng)其中的一個模塊，其他模塊還包括時鐘同步，通訊兩個模塊。由于是單獨的一個子塊，他不能很好的體現(xiàn)出多屏幕繪制系統(tǒng)的整體運行功能。待3個模塊整合后，我相信多屏幕繪制系統(tǒng)將會是非常有市場價值的系統(tǒng)。

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[作者簡介]

張成磊（1983-），男，江蘇泗陽人，柳州醫(yī)學高等?？茖W校計算機初級講師，學士學位，研究方向：計算機教學