游戏开发新手入门之调色板和像素

　　关注速度

　　你应该采取一些行动使程序尽可能会的运行。

　　首先，锁定一个表面并不是最快的，所以你要试图锁定表面上你要操作的最小矩形区域。对于很多操作，包括很简单的绘制象素演示程序，你都应该锁定最小的矩形区域。

　　第二，让我们就640×480×16模式来说，间距总是1280个字节，你应该试图考虑有没有更好的办法表述它。当然，1280个字节你是不能改变的，但我们可以使公式最优化，用位移来替代乘法是一贯的加速方法。我们先前的公式是这样的：

buffer[y*nPitch + x] = color;

　　如果我们知道nPitch将会是640（由于nPitch是USHORT类型，不是字节），我们就可以加速它（我们本来就知道它是640）。640不是一个理想的位移数字，但512是2的9次幂，128是2的7次幂，你猜到了吧，512＋128＝640。^_^ 很棒吧？我们就可以用下面这个更快的公式取代先前的公式：

buffer[(y<<9) + (y<<7) + x] = color;

　　多数的解决办法都是分解成2的几次幂，有的需要动一点儿脑筋，如800×600（512＋256＋32＝800），小菜一碟哦！位移是我们应用的最快的运算符。

　　最后，如果你要使用两个函数—— 一个做乘法运算，一个做位移运算，要将比较判断放到循环的外部，不能象下面这样：

for (x=0; x<1000; x++) { if (nPitch == 640) PlotPixelFast16(); else PlotPixel16(); }

　　判断部分使你的优势殆尽，你应该这样做：

if (nPitch == 640) { for (x=0; x<1000; x++) PlotPixelFast16( parameters ); } else { for (x=0; x<1000; x++) PlotPixel16( parameters ); }

　　有意义吧？无论何时用大的循环，都应该尽量把判断放到循环的外部，没有必要进行上千次同样的比较判断。同理，如果你要绘制象素，形成有规律的图案，如水平线或垂直线，甚至是斜线，你都没有必要每一次都重复确定象素的位置。看看下面的例子，画一条任意颜色的直线：

for (x=0; x<640; x++) PlotPixel16(x, 50, color, buffer, pitch);

　　函数每次都重复计算正确的行，你可以一次就把行指定好。下面是快一点儿的做法：

// get the address of the line USHORT* temp = &buffer[50*pitch]; // plot the pixels for (x=0; x<640; x++) { 　*temp = color; 　temp++; }

　　你可能认为节省这么一点点时间意义不大，但当你进行千万次的循环时，意义就很大了。游戏程序员总是想办法提高游戏的速度的。
看看以前的文章，我们已经进行了好长时间的铺垫了。现在，我们知道了怎样绘制象素了，让我们看看能用现在学到的做些什么。

　　淡出操作

　　在游戏中最常用到的屏幕操作就是淡出成黑色，或者从黑色淡入。两种方式是同样的机理：你简单画出你的图象，然后申请一些屏幕转换来改变图象的亮度。对于淡出，你减少亮度从100％——0％；对于淡入，你增加亮度从0％——100％。如果你工作在调色板模式，这很容易做到，你只要改变你的调色板的颜色就可以了。如果你工作在RGB模式下，你得考虑一些其它方法。

　　现在，我将说一说屏幕淡入、淡出相对好一些的方法。你可以使用Direct3D，它支持α混合，先设定每一帧的纹理，然后设置透明层；或者，更容易的方法，你可以使用DirectDraw的color/gamma控制。但是，如果你仅仅希望屏幕的一部分进行淡入或淡出的操作，或者淡入或淡出一种非黑色的颜色，而且你又不是一个Direct3D的高手——我本人就不是！——那么具体做法的手册就在你眼前。现在，你所需要做的最基本的就是读取每一个你需要控制的象素，然后把它分解成红色、绿色和蓝色，然后你把三个值分别乘以要淡出或淡入的级别，再合成RGB值，把新的颜色值写回缓冲区。听起来很复杂？别害怕，没有想象的那么坏。看看下面这段演示代码，它演示了屏幕左上角200×200区域的淡出效果，是16-bit色彩深度和565格式：

void ApplyFade16_565(float pct, USHORT* buffer, int pitch) { 　int x, y; 　UCHAR r, g, b; 　USHORT color; 　for (y=0; y<200; y++) 　{ 　　for (x=0; x<200; x++) 　　{ 　　　// first, get the pixel 　　　color = buffer[y*pitch + x]; 　　　// now extract red, green, and blue 　　　r = (color & 0xF800) >> 11; 　　　g = (color & 0x0730) >> 5; 　　　b = (color & 0x001F); 　　　// apply the fade 　　　r = (UCHAR)((float)r * pct); 　　　g = (UCHAR)((float)g * pct); 　　　b = (UCHAR)((float)b * pct); 　　　// write the new color back to the buffer 　　　buffer[y*pitch + x] = RGB_16BIT565(r, g, b); 　　} 　} }

　　现在，这个函数有很多不稳妥的地方。首先，计算象素的位置公式不但包含在循环中，而且还出现了两次！你可以在整个程序中只计算它一次，但现在的代码计算了它80000次！下面是你应该做的：在函数的开始部分，你应该声明一个USHORT*的变量，让它等于buffer（如USHORT* temp = buffer；）。在内部循环里，增加一个指针使其能得到下一个象素；在外部循环，增加一行（temp＋＝jump；），使其能转入下一行。下面是修改后的代码：

void ApplyFade16_565(float pct, USHORT* buffer, int pitch) { 　int x, y; 　UCHAR r, g, b; 　USHORT color; 　USHORT* temp = buffer; 　int jump = pitch - 200; 　for (y=0; y<200; y++) 　{ 　　for (x=0; x<200; x++, temp++) // move pointer to next pixel each time 　　{ 　　　// first, get the pixel 　　　color = *temp; 　　　// now extract red, green, and blue 　　　r = (color & 0xF800) >> 11; 　　　g = (color & 0x0730) >> 5; 　　　b = (color & 0x001F); 　　　// apply the fade 　　　r = (UCHAR)((float)r * pct); 　　　g = (UCHAR)((float)g * pct); 　　　b = (UCHAR)((float)b * pct); 　　　// write the new color back to the buffer 　　　*temp = RGB_16BIT565(r, g, b); 　　} 　　// move pointer to beginning of next line 　　temp+=jump; 　} }

　　这就好一些了吧！jump值是USHORT类型，是表示从200个象素宽的末尾（200个象素没有占满一行）到下一行开始的值。尽管如此，对于浮点运算和提取/还原颜色计算并没有提高速度。应该有办法的，看看这个：

USHORT clut[65536][20];

　　如果你要求一个DOS程序员把这么大的数组放入他的程序中，他可能痛苦的会哭出声来，甚至当场昏死过去，起码也要加速自然死亡。但在Windows中，如果你需要这样做，不会遇到什么麻烦的。因为你拥有整个系统的可利用内存。如果把整个的内循环替换成下面这一行，是不是很美妙的一件事呢？

*temp = clut[*temp][index];

　　这样做，又快了一些！^_^ 你可以传递一个0——100间的整数来替代浮点数传递给函数。如果为100，就不需要淡出的操作了，所以就返回“什么事儿也不用做”；如果为0，就用ZeroMemory()函数处理所有的工作好了。另外，把传递的数除以5，作为数组的第二个下标。

　　如果你对于我知道查询表的尺寸感到好奇，我就告诉你好了，65536是2的16次幂，所以在16-bit模式下，就有65536种颜色。既然我们的颜色值是无符号的值，它们的范围从0——65535，那么我们就用20作为淡出的增量值好了，反正考虑到相关的内存，我觉得挺合适的。
对于24-bit和32-bit模式，你显然不能直接使用颜色查询表，因为数组太巨大了，所以你只有使用三个小一点的数组：

UCHAR red[256]; UCHAR green[256]; UCHAR blue[256];

　　然后，每当你读取一个象素，就把它分解出的颜色值放入相应的数组，使其形成自己的查询表，经过变化，再组合到一起，得到RGB色彩值。有很多办法可以实现程序的优化，最好的办法是根据你的目的不断地测试哪一种是最适合你的程序的，然后总结经验，记住它。我下面将简单的介绍一下你可能用得着的其它的转换。

　　透明操作

　　把一个透明的图象覆盖在非透明的图象上，你就不能使用颜色查询表了，因为它总共需要有65536个查询表，一台普通的电脑就需要8.6GB的内存来处理这个庞然大物。^_^ 所以你不得不计算每一个象素。我将给你一个基本的思路。假设你要用图象A覆盖图象B，图象A的透明百分比为pct，这是一个0——1之间的浮点数，当为0时是完全不可见的，当为1时是完全可见的。那么，让我们把图象A的象素称作pixelA，相对应，图象B的象素称作pixelB。你将应用下面这个公式：

color = (pixelA * pct) + (pixelB * (1-pct));

　　基本上，这是一个两个象素颜色的平均值。所以，你实际上看到每个象素有6个浮点乘法运算。你可以用一些小型的查询表降低你的工作量。你真的应该试一试！

　　你或许想做的另一件事情是建立一个部分透明的纯色窗口。那种效果用一个颜色查询表完全可以达到。因为对于“地球人”，我只需要为屏幕上可能出现的颜色提供蓝色。实际上，我就是用查询表完成的。我将告诉你我实际的意思：

void Init_CLUT(void) { 　int x, y, bright; 　UCHAR r, g, b; 　// calculate textbox transparency CLUT 　for (x=0; x<65536; x++) 　{ 　　// transform RGB data 　　if (color_depth == 15) 　　{ 　　　r = (UCHAR)((x & 0x7C00) >> 10); 　　　g = (UCHAR)((x & 0x03E0) >> 5); 　　　b = (UCHAR)(x & 0x001F); 　　} 　　else // color_depth must be 16 　　{ 　　　r = (UCHAR)((x & 0xF800) >> 11); 　　　g = (UCHAR)((x & 0x07E0) >> 6); // shifting 6 bits instead of 5 to put green 　　　b = (UCHAR)(x & 0x001F); // on a 0-31 scale instead of 0-63 　　} 　　// find brightness as a weighted average 　　y = (int)r + (int)g + (int)b; 　　bright = (int)((float)r * ((float)r/(float)y) + (float)g * ((float)g/(float)y) + (float)b * ((float)b/(float)y) + .5f); 　　// write CLUT entry as 1 + one half of brightness 　　clut[x] = (USHORT)(1 + (bright>>1)); 　} }

　　这段代码来源于“地球人”，用查询表创建了一个文本框。为了安全起见，随处都使用了类型修饰。这段代码还能再快一些，但我没有很认真的优化，因为我只在游戏的最开始的部分调用了它一次。首先，红、绿、蓝的亮度值被提取出来，由于是16-bit模式，注意我们用了一个color_depth变量检测了显示卡是555还是565格式。然后，用下面公式计算了象素的亮度：

y = r + g + b; brightness = r*(r/y) + g*(g/y) + b*(b/y);

　　这是一个理想的平均值。我不能确定是否颜色亮度值这样得到就正确，但它看起来符合逻辑，并且实际效果很好。在公式的最后我加了一个.5，因为当你把浮点数变为整数时，小数部分被去掉，加上.5使其凑整。最后，我把亮度除以2再加上1，这样不会使文本框太亮，加1使文本框不会全黑。由于16-bit模式的低位是蓝色，我可以只把颜色设置为蓝色，就不用宏了。理解了吗？最后，结束之前，我给你演示怎样创建文本框：

int Text_Box(USHORT *ptr, int pitch, LPRECT box) { 　int x, y, jump; 　RECT ibox; 　// leave room for the border 　SetRect(&ibox, box->left+3, box->top+3, box->right-3, box->bottom-3); 　// update surface pointer and jump distance 　ptr += (ibox.top * pitch + ibox.left); 　jump = pitch - (ibox.right - ibox.left); 　// use CLUT to apply transparency 　for (y=ibox.top; y<ibox.bottom; y++) 　{ 　　for (x=ibox.left; x<ibox.right; x++, ptr++) 　　　*ptr = clut[*ptr]; 　　　ptr += jump; 　} 　return(TRUE); }

　　这就是一个查询表，看起来更象淡出操作的代码了，就是查询表的控制值与前面的不一样了。这里用一个计算代替了20。 顺便说一下，对于查询表的一个声明，象下面这个：

USHORT clut[65536];

　　总结

　　本文是为以象素为基础的图形服务的。下一章，我们将学习位图的知识。不管你信不信，使用位图要比象素简单多了，以后你就知道了。下一篇文章将是学习DirectX基础知识的最后一章，在此之后，我们将编写一个RPG游戏。细节到时候你就知道了。