Merlin的魔力: 練習完全控制圖形顯示

您是否喜歡讓程序搞一些惡作劇，讓別人感到不舒服？如果您回答“是”，那麼這個月的技巧文章一定對您的胃口。使用 J2SE 1.4，您的 Java 程序現在可以更改視頻方式並獲得對屏幕的絕對控制。您不必讓別人隨心所欲地玩電腦；您差不多可以擁有整個控制權。感謝新的全屏幕獨占模式（FEM）API 為我們提供了這個無與倫比的強大功能。

即使您回答“不”，不想以惹惱他人來取樂，您也將發現 FEM API 提供了許多幫助。通過直接對顯存進行寫操作，FEM API 提供了對顯示的完全控制 ― 這對於游戲開發來說十分理想，雖然還有許多其它應用。例如，一些程序只有用特定大小的屏幕看上去才更好，並且才能更好地工作。請繼續讀下去，以發掘您內心有關控制方面的奇思怪想。

更改顯示方式

讓我們先從研究 FEM API 的 java.awt.DislayMode 類開始，該類包裝了特定顯示方式的屏幕大小和刷新頻率。受支持的方式特定於系統的硬件支持。

要找出特定系統的受支持方式，請查看 GraphicsEnvironment 。通過該環境，您可以獲得缺省屏幕設備 GraphicDevice ，通過該屏幕設備可以獲得顯示方式，如清單 1 所示：

清單 1. 查找顯示方式

GraphicsEnvironment graphicsEnvironment =
GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment();
GraphicsDevice graphicsDevice =
graphicsEnvironment.getDefaultScreenDevice();
DisplayMode displayModes[] =
graphicsDevice.getDisplayModes();

還可以使用 getDisplayMode() 方法獲得當前的顯示模式，如清單 2 所示：

清單 2. 獲得當前的顯示方式

DisplayMode originalDisplayMode =
　　　 graphicsDevice.getDisplayMode();

更改方式經證實相對容易些，但必須先利用 GraphicsDevice 的 isDisplayChangeSupported() 方法詢問所涉及的圖形設備是否支持更改。

一旦知道了這一點，要更改方式，使用 setDisplayMode() 方法，以傳入新方式。顯示方式更改一般在 try / finally 塊中發生，以便於 finally 塊將代碼復位成初始方式。雖然該過程不是絕對必需的，但它可以確保在程序完成時有一個安全的方式。清單 3 顯示了用於更改顯示方式的典型模式：

清單 3. 更改方式

GraphicsDevice graphicsDevice = ...
　　 DisplayMode originalDisplayMode = graphicsDevice.getDisplayMode();
　　 DisplayMode newDisplayMode = ...
　　 try {
　　　 if (graphicsDevice.isDisplayChangeSupported()) {
　　　　 graphicsDevice.setDisplayMode(newDisplayMode);
　　　 }
　　 } finally {
　　　 graphicsDevice.setDisplayMode(originalDisplayMode);
　　 }

使用全屏幕窗口

使用 FEM API，進入全屏幕窗口是輕而易舉的：只要將 window 傳遞給 GraphicsDevice 的 setFullScreenWindow() 方法，如清單 4 所示。當您想要返回非全屏幕方式時，將 null 傳遞給該方法。當然，先通過使用 isFullScreenSupported() 方法來檢查 GraphicsDevice 是否支持全屏幕方式。

清單 4. 進入全屏幕方式

GraphicsDevice graphicsDevice = ...
　　 Window window = ...
　　 try {
　　　 if (graphicsDevice.isFullScreenSupported()) {
　　　　 graphicsDevice.setFullScreenWindow(window);
　　　 }
　　 } finally {
　　　 graphicsDevice.setFullScreenWindow(null);
　　 }

為了說明目前為止您所學的所有內容，清單 5 包含了一個完整示例。清單 5 中的代碼獲得顯示方式，隨機選擇一個方式進行更改，然後顯示一個帶有文本“Hello, World!”的全屏幕窗口。該示例顯示新顯示方式的特征，這樣您可以看到特定的屏幕大小、刷新頻率和色深（bit depth）。

清單 5. 方式更改示例

import java.awt.*;
import javax.swing.*;
import java.util.Random;
public class DisplayModes {
　 public static void main(String args[]) {
　　 GraphicsEnvironment graphicsEnvironment =
　　　 GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment();
　　 GraphicsDevice graphicsDevice =
　　　 graphicsEnvironment.getDefaultScreenDevice();
　　 DisplayMode displayModes[] = graphicsDevice.getDisplayModes();
　　 DisplayMode originalDisplayMode = graphicsDevice.getDisplayMode();
　　 JWindow window = new JWindow() {
　　　 public void paint(Graphics g) {
　　　　 g.setColor(Color.blue);
　　　　 g.drawString("Hello, World!", 50, 50);
　　　 }
　　 };
　　 try {
　　　 if (graphicsDevice.isFullScreenSupported()) {
　　　　 graphicsDevice.setFullScreenWindow(window);
　　　 }
　　　 Random random = new Random();
　　　 int mode = random.nextInt(displayModes.length);
　　　 DisplayMode displayMode = displayModes[mode];
　　　 System.out.println(displayMode.getWidth() + "x" +
　　　　 displayMode.getHeight() + " \t" + displayMode.getRefreshRate() +
　　　　 " / " + displayMode.getBitDepth());
　　　 if (graphicsDevice.isDisplayChangeSupported()) {
　　　　 graphicsDevice.setDisplayMode(displayMode);
　　　 }
　　　 Thread.sleep(1000);
　　 } catch (InterruptedException e) {
　　 } finally {
　　　 graphicsDevice.setDisplayMode(originalDisplayMode);
　　　 graphicsDevice.setFullScreenWindow(null);
　　 }
　　 System.exit(0);
　 }
}

全屏幕呈現

請注意：在清單 5 中，用於全屏幕的窗口包括了十分有用的 paint() 方法。然而，因為窗口處於全屏幕方式，所以 paint() 方法所需的開銷、該方法如何處理剪裁以及其它與顯示處理相關的行為都是不必要的。實際上，已經證明了標准的被動呈現開銷太大，它減慢了全屏幕應用程序的速度。例如，您不必處理如重疊窗口或調整窗口大小之類的任務。而是可以采取更主動的方法，創建一個處理呈現窗口本身的緊湊循環（tight loop）。

如果您熟悉 雙緩沖，那麼您知道它在內存中管理兩個 Image 對象，並根據哪個對象擁有 當前的顯示信息來在這兩個對象之間進行交換。在一個 Image 顯示的同時，您繪制另一個 Image 並在各個“場景”之間交換 Image 對象。

顯卡利用了類似的概念，但不是使用實際的 Java Image 對象，而是交換內存頁。當交換內存頁時顯示就發生更改，所以您不需要將 Image 對象從程序內存復制到顯示內存；您只要更改視頻指針，顯示就會發生更改。盡管現在雙緩沖概念仍然存在，但已不是對程序空間中的 Image 進行寫操作，而是直接繪制到顯示內存空間。

BufferStrategy 類隱藏了使用的是上述兩種雙緩沖方法中的哪一種這一事實，並且它允許您利用系統所提供的任何基於硬件的緩沖。要創建 BufferStrategy ，使用 createBufferStrategy() 方法告訴系統您所期望的緩沖區數目，並使用 getDrawGraphics() 方法在緩沖區之間進行交換，該方法返回下一個要使用的緩沖區。從概念上講僅此而已，但如清單 6 所示，工作代碼需要花更多的精力：

清單 6. 使用 BufferStrategy

JFrame frame = ...
　 frame.createBufferStrategy(2); // Number of buffers to have
　 BufferStrategy bufferStrategy = frame.getBufferStrategy();
　 while (!done()) {　// Some condition to end
　　 Graphics g = null;
　　 try {
　　　 g = bufferStrategy.getDrawGraphics();
　　　 drawNextScene(g); // Method to draw to
　　 } finally {
　　　 // Free resources
　　　 if (g != null) {
　　　　 g.dispose();
　　　 }
　　 }
　　 bufferStrategy.show();
　 }

使用 BufferStrategy 時，您不能假設繪制到緩沖區的最後一項仍有效；必須使用 contentsLost() 方法進行詢問。如果丟失該項，則必須重新繪制整個緩沖區。否則，您只需繪制最後一次使用後發生的更改的項。

除了 BufferStrategy 的緩沖區支持外， BufferCapabilities 類允許您使用 getCapabilities() 方法來發現某個策略支持哪些能力，如全屏幕方式。

工作示例

將所有代碼段放在一起可產生清單 7 中的示例程序。由於我的美術技能有限，所以不要指望有什麼復雜的花樣。然而，您將發現一個使用 BufferStrategy 和全屏幕繪制方式的完整工作示例。示例程序通過記住什麼東西沒有繪制到當前緩沖區來有意 不讓緩沖區同步 ― 以便讓您更清楚地了解同時工作的多個緩沖區。程序的確隨意地將 100 個矩形繪制到屏幕，兩次繪制之間有 1/10 秒的延遲。

清單 7. 工作示例

import java.awt.*;
import java.awt.image.*;
import javax.swing.*;
import java.util.Random;
public class MultipleBuffers {
　 public static void main(String args[]) {
　　 GraphicsEnvironment graphicsEnvironment =
　　　 GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment();
　　 GraphicsDevice graphicsDevice =
　　　 graphicsEnvironment.getDefaultScreenDevice();
　　 DisplayMode displayModes[] = graphicsDevice.getDisplayModes();
　　 DisplayMode originalDisplayMode = graphicsDevice.getDisplayMode();
　　 JFrame frame = new JFrame();
　　 frame.setUndecorated(true);
　　 frame.setIgnoreRepaint(true);
　　 try {
　　　 if (graphicsDevice.isFullScreenSupported()) {
　　　　 graphicsDevice.setFullScreenWindow(frame);
　　　 }
　　　 Random random = new Random();
　　　 int mode = random.nextInt(displayModes.length);
　　　 DisplayMode displayMode = displayModes[mode];
　　　 System.out.println(displayMode.getWidth() + "x" +
　　　　 displayMode.getHeight() + " \t" + displayMode.getRefreshRate() +
　　　　 " / " + displayMode.getBitDepth());
　　　 if (graphicsDevice.isDisplayChangeSupported()) {
　　　　 graphicsDevice.setDisplayMode(displayMode);
　　　 }
　　　 frame.createBufferStrategy(2);
　　　 BufferStrategy bufferStrategy = frame.getBufferStrategy();
　　　 int width = frame.getWidth();
　　　 int height = frame.getHeight();
　　　 for (int i=0; i<100; i++) {
　　　　 Graphics g = bufferStrategy.getDrawGraphics();
　　　　 g.setColor(new Color(random.nextInt()));
　　 g.fillRect(random.nextInt(width),
　　　　 random.nextInt(height), 100, 100);
　　　　 bufferStrategy.show();
　　　　 g.dispose();
　　　　 Thread.sleep(100);
　　　 }
　　 } catch (InterruptedException e) {
　　 } finally {
　　　 graphicsDevice.setDisplayMode(originalDisplayMode);
　　　 graphicsDevice.setFullScreenWindow(null);
　　 }
　　 System.exit(0);
　 }
}

示例程序將受益於一些增強功能：如使緩沖區保持同步，或者檢查當內容丟失時是否必須重新繪制整個緩沖區。前一個任務只需記住最後繪制的矩形（和顏色），而後者要求全都記住。

管中窺豹，可見一斑

有了新的全屏幕獨占模式 API，Java 開發就能成為游戲開發的主流選項。該 API 取代了使用特定於平台的 API（如 DirectX 或 OpenGL）的需求，而是依賴於跨所有支持 Java 平台的標准 API。這遠遠超出那些熱衷於編程的專家的想象。