基于VC++的GDI常用坐标系统及应用

基于VC++的GDI常用坐标系统及应用

作者：佚名 点击数：10210 文章来源：天极 更新时间：2006-1-6

在Windows应用程序中，只要进行绘图，就要使用GDI坐标系统。Windows提供了几种映射方式，每一种映射都对应着一种坐标系。例如，绘制图形时，必须给出图形各个点在客户区的位置，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G DI绘制函数中，这些坐标使用的是一种“逻辑单位”。当GDI函数将结果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）。本文讨论了图形环境中的各个映射模式，包括它们是什么，怎么工作的，以及它们真正的含义。

一、基础知识

（一）逻辑坐标。逻辑坐标与设备无关，缺省地，一个逻辑单位等于设备中的一个象素。它是实现“所见即所得”的基础。例如，当程序员调用LineTo函数绘制25.4mm(1 英 寸)长的直线时，他只要使用合适的映射模式，那么就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。

（二）设备坐标。图形输出时，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（正方向向右），垂直值从上到下增大（正方向向下）。Windows中包括以下3 种设备坐标，以满足各种不同需要：

1、客户区域坐标，包括应用程序的客户区域，客户区域的左上角为（0, 0）。

2、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SetBrush Org 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。

3、全窗口坐标，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。

（三）映射。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。在下文中我们将介绍常用的映射方式。

此外，习惯上，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”依赖于逻辑坐标，可以是像素点、毫米或其他尺度。这一点请牢记，这对于下面的有关内容的理解至关重要。

二、默认的坐标系统

当在微软的窗口中进行绘图时，绘图的坐标原点在屏幕的左上角，任何物体在屏幕上定位都要参考这个坐标原点。在笛卡尔坐标系统中这个点被定义为坐标原点（0，0），水平坐标轴的正方向是从该点出发向右延伸，垂直坐标轴的正方向是从该点出发向下延伸。

图一、笛卡尔坐标系

这个坐标原点只是操作系统默认的坐标原点，所以如果你调用Ellipse(-100, -100, 100, 100)函数来绘制图形的话，你将得到一个圆，它的圆心位于屏幕的左上角，仅仅只有圆的四分之一部分（270度到360度的部分）显示在屏幕上。代码及效果图如下

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // 绘图的设备厂上下文

CPen PenBlue;

// 兰色画笔

PenBlue.CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 12, 255));

dc.SelectObject(&pPen);

dc.Ellipse(-100, -100, 100, 100);

}

图二、代码效果图

按照同样的原理，你可以使用CpaintDC的方法或按照你的要求创建函数来绘制任何几何或非几何图形。例如，下面的代码绘制了两条相互垂直的直线，垂点位与窗口的中心：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // 绘图的设备上下文

CRect Recto;

CPen PenBlue;

PenBlue.CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 12, 255));

dc.SelectObject(&PenBlue);

dc.Ellipse(-100, -100, 100, 100);

CPen PenBlack;

PenBlack.CreatePen(PS_SOLID, 1, BLACK_PEN);

dc.SelectObject(&PenBlack);

// 得到客户区域的尺寸；

GetClientRect(&Recto);

dc.MoveTo(Recto.Width() / 2, 0);

dc.LineTo(Recto.Width() / 2, Recto.Height());

dc.MoveTo(0, Recto.Height() / 2);

dc.LineTo(Recto.Width(), Recto.Height() / 2);

}

图三、代码效果图

三、更改坐标系统

正如上面所看到的，默认的坐标系统坐标原点位于窗口的左上角，水平轴的正方向向右，垂直轴的正方向向下。为了进一步说明这一点，让我们来绘制一个半径为50个单位，圆心

位于（0，0）点，同时绘制一个连接（0，0）（100，100）两点的直线。

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

// A circle whose center is at the origin (0, 0)

dc.Ellipse(-50, -50, 50, 50);

// A line that starts at (0, 0) and ends at (100, 100)

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(100, 100);

}

图四、代码效果图

这种默认的坐标原点在大多数图形操作情况下是适用的，但并不是总适用，有时你需要控制坐标系统的原点，例如，很多CAD（图形辅助设计）应用程序就需要用户来定义坐标系统的原点。

MFC提供了各种函数来处理坐标定位及扩展绘制区域的问题，包括在屏幕上任意位置设置坐标原点的函数。因为你是在一个设备上下文上进行绘图操作，因此，你所需要做的就是调用CDC::SetViewportOrg()函数。这个函数重载了两个版本，这允许你使用X、Y坐标或是一个定义的Point点。这个函数的语法如下：

SetViewportOrg(int X, int Y);

SetViewportOrg(CPoint Pt);

调用这个函数时只需要简单地说明哪儿是你想定义的坐标原点，如果使用函数的第二个版本，参数可以是一个POINT结构或是一个MFC提供的Tpoint类。为了演示这个函数的效果，让我们将上例的坐标原点沿X轴正方向移动200个单位，Y轴正方向移动150个单位，这时绘制函数如下：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); //绘图的设备上下文；

dc.SetViewportOrg(200, 150);

// 圆心位于坐标原点(0, 0)

dc.Ellipse(-50, -50, 50, 50);

// 连接(0, 0) 和 (100, 100)点的直线；

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(100, 100);

}

图五、代码效果图

需要注意的是，你也可以相对于客户区域来指定坐标原点

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); //绘图的设备上下文；

CRect Recto;

//获取客户区尺寸；

GetClientRect(&Recto);

dc.SetViewportOrg(Recto.Width() / 2, Recto.Height() / 2);

// A circle whose center is at the origin (0, 0)

dc.Ellipse(-50, -50, 50, 50);

// A line that starts at (0, 0) and ends at (100, 100)

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(100, 100);

}

图六、代码效果图

现在你已了解了如何设置坐标原点，让我们来将（380，220）点作为坐标原点，并绘制出笛卡尔的坐标轴：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

CRect Recto;

dc.SetViewportOrg(380, 220);

// Use a red pen

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

dc.SelectObject(PenRed);

// A circle whose center is at the origin (0, 0)

dc.Ellipse(-100, -100, 100, 100);

// Use a blue pen

CPen PenBlue(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(PenBlue);

// Horizontal axis

dc.MoveTo(-380, 0);

dc.LineTo(380, 0);

// Vertical axis

dc.MoveTo(0, -220);

dc.LineTo(0, 220);

}

图七、代码效果图

正如已经看到的，SetViewportOrg()函数可以更改设备上下文的坐标原点，同时，它也用来规定坐标轴的正方向，即水平轴向右，垂直轴向下：

图八、坐标轴示意图

为了说明这一点，下面来绘制一条黄色的45度角的直线：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetViewportOrg(380, 220);

// Use a red pen

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

dc.SelectObject(PenRed);

// A circle whose center is at the origin (0, 0)

dc.Ellipse(-100, -100, 100, 100);

// Use a blue pen

CPen PenBlue(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(PenBlue);

// Horizontal axis

dc.MoveTo(-380, 0);

dc.LineTo(380, 0);

// Vertical axis

dc.MoveTo(0, -220);

dc.LineTo(0, 220);

// An orange pen

CPen PenOrange(PS_SOLID, 1, RGB(255, 128, 0));

dc.SelectObject(PenOrange);

// A diagonal line at 45 degrees

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(120, 120);

}

图九、代码效果图

正如你所看到的，我们的直线没有在45度位置，而是位于坐标系统的第四象限，造成这种情况的原因是默认的坐标系统。

三、固定映射模式

为了控制设备上下文中的坐标轴的方向，可以使用CDC类的SetMapMode()函数，它的语法如下： int SetMapMode(int nMapMode);

这个函数将根据参数的设置的不同做两件事，一是控制坐标轴的方向；二是坐标系统的单位长度。

这个函数的参数是用来定义映射模式的整型常量。它可能的值是：MM_TEXT, MM_LOENGLISH、

MM_HIENGLISH、MM_ANISOTROPIC、MM_HIMETRIC, MM_ISOTROPIC、 MM_LOMETRIC, MM_TWIPS。

默认情况下使用MM_TEXT映射模式。换句话说，如果你没有具体的规定某一映射模式，你的应用程序就将使用MM_TEXT映射模式。在这种映射模式下，设备上下文中的度量尺寸将使用默认的像素单位，水平坐标轴正方向向右，垂直坐标轴正方向向下。例如，上面的OnPaint事件可以用下面的代码重写，它将产生同样的效果，仿佛没有使用映射模式。

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_TEXT);

dc.SetViewportOrg(380, 220);

// Use a red pen

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

dc.SelectObject(PenRed);

// A circle whose center is at the origin (0, 0)

dc.Ellipse(-100, -100, 100, 100);

// Use a blue pen

CPen PenBlue(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(PenBlue);

// Horizontal axis

dc.MoveTo(-380, 0);

dc.LineTo(380, 0);

// Vertical axis

dc.MoveTo(0, -220);

dc.LineTo(0, 220);

// An orange pen

CPen PenOrange(PS_SOLID, 1, RGB(255, 128, 0));

dc.SelectObject(PenOrange);

// A diagonal line at 45 degrees

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(120, 120);

}

图十、代码效果图

MM_LOENGLISH模式，与其他一些映射模式（不包括MM_TEXT模式）一样，执行两个动作，它改变坐标轴的方向，垂直坐标轴的正方向向上；

图十一、MM_LOENGLISH映射模式下的坐标系

此外，度量单位改为0.01英寸，这意味着你提供的坐标将除以100，观察上述代码的MM_LOENGLISH 映射效果

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_LOENGLISH);

dc.SetViewportOrg(380, 220);

. . .

}

图十二、代码效果图

正如你所看到的，直线现在位于坐标系的第一象限，同时，直线比以前缩短，圆也比以前的要小。

与MM_LOENGLISH映射模式相似，MM_HIENGLISH映射模式也是垂直坐标轴正向向上，只是它以0.001英寸为坐标单位，下面是它的效果：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_HIENGLISH);

dc.SetViewportOrg(380, 220);

. . . Same as previous

}

图十三、代码效果图

MM_LOMETRIC映射模式使用与上两种映射模式相同的坐标轴，不同的是MM_LOMETRIC使用0.1毫米为单位，下面是一个例子：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_LOMETRIC);

dc.SetViewportOrg(380, 220);

. . .

}

图十四、代码效果图

MM_HIMETRIC使用与上述三种映射模式相同的坐标系，但它的坐标单位是0.01毫米，下面例子代码如下：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_HIMETRIC);

dc.SetViewportOrg(380, 220);

. . . Same as previous

}

图十五、代码效果图

MM_TWIPS映射模式将每个逻辑单位（像素）除以20，实际上一twip等于1/1440 英寸，坐标系统仍然与上面几种映射方式相同。

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

CRect Recto;

dc.SetMapMode(MM_TWIPS);

dc.SetViewportOrg(380, 220);

. . .

}

图十六、代码效果图

四、自定义坐标系统

目前为止，我们使用的映射模式可以允许我们选择坐标轴的方向，但仅仅是Y轴的方向。而且，我们不能更改坐标系统的单位，这是因为各种映射模式(MM_TEXT, MM_HIENGLISH, MM_LOENGLISH, MM_HIMETRIC, MM_LOMETRIC, and MM_TWIPS)有固定的属性集，例如坐标轴的方向和坐标单位等。在CAD应用程序中，如果你需要灵活设置坐标轴方向及坐标单位的话，应该怎么做呢？

仔细研究下面的OnPaint()事件代码，它绘制了一个200X200像素大小的红边、浅绿色背景的正方形，这个正方形的顶点在（-100，-100）处，右底端位于（100，100）处。同时，从坐标原点处绘制一个45度的直线。

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

CBrush BrushAqua(RGB(0, 255, 255));

dc.SelectObject(PenRed);

dc.SelectObject(BrushAqua);

// Draw a square with a red border and an aqua background

dc.Rectangle(-100, -100, 100, 100);

CPen BluePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(BluePen);

// Diagonal line at 45 degrees starting at the origin (0, 0)

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(200, 200);

}

图十七、代码效果图

正如你所看到的，我们只得到了正方形的右下部分，同时直线指向时钟的三点到六点之间的方向。假定你想将坐标原点设置与窗口中央位置，或者是更精确一点，设置于点(340, 220)处，我们已经知道可以使用CDC::SetViewportOrg()（记住，这个函数只用来更改坐标原点，它并不影响坐标轴的方向及坐标单位。同时，需要注意的是，它使用的坐标单位是像素）函数，下面是一个例子（我们没有规定映射模式，所以程序使用的是默认的MM_TEXT 映射模式）。

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetViewportOrg(340, 220);

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

CBrush BrushAqua(RGB(0, 255, 255));

dc.SelectObject(PenRed);

dc.SelectObject(BrushAqua);

// Draw a square with a red border and an aqua background

dc.Rectangle(-100, -100, 100, 100);

CPen BluePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(BluePen);

// Diagonal line at 45 degrees starting at the origin (0, 0)

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(200, 200);

}

图十八、代码效果图

为了控制你自己应用程序中的坐标系统单位，坐标轴的方向，可以使用MM_ISOTROPIC 或MM_ANISOTROPIC映射模式。第一件事是调用CDC::SetMapMode()函数，并在两个常量中选择一个（MM_ISOTROPIC或 MM_ANISOTROPIC）。下面是例子代码：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_ISOTROPIC);

dc.SetViewportOrg(340, 220);

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

CBrush BrushAqua(RGB(0, 255, 255));

dc.SelectObject(PenRed);

dc.SelectObject(BrushAqua);

// Draw a square with a red border and an aqua background

dc.Rectangle(-100, -100, 100, 100);

CPen BluePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(BluePen);

// Diagonal line at 45 degrees starting at the origin (0, 0)

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(200, 200);

}

图十九、代码效果图

先抛开上面的图片。当调用CDC::SetMapMode()，并使用MM_ISOTROPIC或 MM_ANISOT ROPIC作为参数后，并没有结束，这两种映射方式允许我们改变坐标轴的正方向及坐标单位。这两种映射方式的区别在于：MM_ISOTROPIC映射方式中水平、垂直坐标轴的单位相等，MM_ ANISOTROPIC映射方式可以随意控制水平及垂直方向的坐标单位长度。

所以，在调用SetMapMode()函数并规定了MM_ISOTROPIC或MM_ANISOTROPIC映射模式后，你必须调用CDC:SetWindowExt()函数，这个函数用来计算老的或默认的坐标系中一个单位的长度。这个函数有两个版本：

CSize SetWindowExt(int cx, int cy);

CSize SetWindowExt(SIZE size);

如果使用第一版本，第一个参数CX说明了水平坐标轴上按照新的逻辑单位代表的长度，CY代表了垂直坐标轴上按照新的逻辑单位代表的长度。

如果你知道按照新的坐标单位计算需要的逻辑尺寸的话，可以使用第二个版本的函数，例子代码如下：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_ISOTROPIC);

dc.SetViewportOrg(340, 220);

dc.SetWindowExt(480, 480);

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

CBrush BrushAqua(RGB(0, 255, 255));

dc.SelectObject(PenRed);

dc.SelectObject(BrushAqua);

// Draw a square with a red border and an aqua background

dc.Rectangle(-100, -100, 100, 100);

CPen BluePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(BluePen);

// Diagonal line at 45 degrees starting at the origin (0, 0)

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(200, 200);

}

图二十、代码效果图

调用SetWindowExt()函数后，紧接着应调用SetViewportExt()函数，它的任务是规定水平及垂直坐标轴的单位。我们可以这样认为，SetWindowExt()函数对应着“窗口”，Set ViewportExt()函数对应着“视口”。SetViewportExt()函数有两个版本：

CSize SetViewportExt(int cx, int cy);

CSize SetViewportExt(SIZE size);

上述两个函数中的参数与“窗口”中的尺寸是相互对应的，它的单位是像素。为了进一步说明这两个函数的使用，我对这两个函数进行了重新说明：

SetWindowExt（int Lwidth, int Lheight） //参数的单位为逻辑单位（Logical）；

SetViewportExt（int Pwidth, int Pheight） //参数的单位为像素（Pixel）；

以x轴为例（y轴类似），逻辑坐标系中的x轴的单位刻度＝| Pwidth | / | Lw idth |。这表示x轴上一个逻辑单位等于多少个像素。比如我们先通过GetDeviceCap（LO GPIXELSX）获得在我们的显示器上每英寸等于多少个像素，设为p，然后我们将它赋给Pwi dth，将Lwidth赋成2，即Pwidth / Lwidth＝p / 2。那么，此时逻辑坐标系x轴上的单位刻度就是p / 2个像素；又由于p个像素是代表一个英寸的，所以此时的逻辑坐标系x轴上的单位刻度同时也是半个英寸。还有一点要注意的是，如果Lwidth与Pwidth同号，逻辑坐标的x轴方向与设备坐标系中的x轴方向相同，否则相反。

此外，当使用MM_ISOTROPIC模式时，如果通过计算window与viewport范围的比值得到两个方向的单位刻度值不同，那么将会以较小的那个为准。

下面是一个例子：

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

dc.SetMapMode(MM_ISOTROPIC);

dc.SetViewportOrg(340, 220);

dc.SetWindowExt(480, 480);

dc.SetViewportExt(440, -680);

CPen PenRed(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));

CBrush BrushAqua(RGB(0, 255, 255));

dc.SelectObject(PenRed);

dc.SelectObject(BrushAqua);

// Draw a square with a red border and an aqua background

dc.Rectangle(-100, -100, 100, 100);

CPen BluePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));

dc.SelectObject(BluePen);

// Diagonal line at 45 degrees starting at the origin (0, 0)

dc.MoveTo(0, 0);

dc.LineTo(200, 200);

}

图二十一、代码效果图

五、实例代码

为了灵活使用逻辑坐标系，下面给出了几个例子代码： 例1：绘制带箭头的坐标轴

void CExoDraw1View::OnPaint()

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

CBrush bgBrush(BLACK_BRUSH);

dc.SelectObject(bgBrush);

dc.Rectangle(Recto);

dc.SetMapMode(MM_ISOTROPIC);

dc.SetViewportOrg(0, 440);

dc.SetWindowExt(480, 480);

dc.SetViewportExt(440, -680);

CPen PenWhite(PS_SOLID, 1, RGB(255, 255, 255));

dc.SelectObject(PenWhite);

dc.MoveTo(21, 20);

dc.LineTo(21, 75);

// Up arrow

dc.MoveTo(16, 75);

dc.LineTo(21, 90);

dc.LineTo(26, 75);