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上級講座2:APIを用いた描画処理

上級講座1では、テキストファイルの取り扱いやクラスモジュールについて解説しました。初心者の領域を脱し、さらなる VBA の深い領域へと足を踏み入れたと言っていい段階に入ってきました。

上級講座2では WindowsAPI を使って、通常の VBA ゲームでは到達できない高度な描画処理に挑戦します。VBA で扱うことのできるユーザーフォームには、イメージコントロールを配置することで様々な描画処理を行なう仕組みがあらかじめ備わっています。しかし、WindowsAPI を使うことで、それとは比べ物にならないほどの高速な描画を行なうことが可能です。

また、描画速度にこだわらない場合には、比較的簡単に透過処理や半透明描画などの既存のユーザーフォームでは不可能な描画を行なうことも可能です。上級講座2ではそのあたりも解説できたらなと思います。

大前提として、WindowsAPI とはなんなのか、また使用するためにはどんな準備が必要なのかなど、最低限の予備知識を持っている必要があります。そういったことがわからない人は、事前に当ブログの過去記事を参照するなどして予習しておくことをオススメします。

さて、それではがんばってやっていきましょう。



    Chapter.129 [ APIによる描画処理1:ハンドル ]

    Chapter.130 [ APIによる描画処理2:デバイスコンテキスト ]

    Chapter.131 [ APIによる描画処理3:ペン オブジェクト ]

    Chapter.132 [ APIによる描画処理4:ブラシ オブジェクト ]

    Chapter.133 [ APIによる描画処理5:図形描画準備編 ]

    Chapter.134 [ APIによる描画処理6:図形描画実践編 ]

    Chapter.135 [ APIによる描画処理7:画像描画の仕組み編 ]

    Chapter.136 [ APIによる描画処理8:ビットブロック転送編 ]

    Chapter.137 [ APIによる描画処理9:ラスタオペレーション ]

    Chapter.138 [ APIによる描画処理10:マスク描画 概念編 ]

    Chapter.139 [ APIによる描画処理11:マスク描画 実践編 ]


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Chapter.129 [ APIによる描画処理1:ハンドル ]

■API による描画処理とは

さて今回から始まる上級講座2。テーマは、API による描画処理です。
今までの講座では、イメージコントロールなどを使うことでゲームの描画処理を行なっていました。API を使って行なう描画処理は、今までとは全く違うアプローチで行ないます。難易度も若干高くなりますが、そのかわり描画速度が劇的に向上するだけでなく、ちょっとしたエフェクト効果をかけることも可能になります。

基本的に、API による描画を行なうメリットは単純明解です。それは「高速化」と「グラフィック性能の向上」の二点、これに尽きます。同じ画像イメージをウィンドウ内に描画するとしても、イメージコントロールを用いた場合と API によって描画した場合とでは、速度に大きな差が生まれます。これはなぜかと言えば、イメージコントロールを使って画面に描画する場合でも、実際には VBA が内部で API を呼び出しているに過ぎないからです。仲介する VBA を省き直接ウィンドウ内にイメージを描画することによって、速度的なアドバンテージを得られるわけです。
グラフィック性能の向上に関しては、大幅に高速化されることのメリットに比べると、若干の向上という程度のものと考えてください。画像を半透明化して描画するなど、従来のイメージコントロールでは実現できなかった処理を行うことができたりしますが、その代わりに速度を犠牲にしなければならないのがネックになります。ゲームのどんな場面に利用するかにもよりますが、高速な描画を求められるシーンでは、エフェクトバリバリの描画は難しいでしょう。ピンポイントで、エフェクト効果と速度とを天秤にかけて使っていくことになります。

さて、いろいろ書きましたが、それじゃ実際どうすればいいのか、という疑問を持つ方もいらっしゃると思いますので、さっそく実践的な解説に移っていくことにしましょう。


■識別するもの

これをご覧の皆さんがまだ小さかった頃、持ち物には必ず「名前」を書くように決められていたことと思います。ノートや文房具のひとつひとつに至るまで、事細かく名前を記入していたのではないでしょうか。
なぜ自分の持ち物に名前を書くのかと言えば、それが自分の持ち物であることを識別するために他なりません。まったく同じ教材を使っていれば、それが誰の持ち物であるかを見分けるには何かしらの目印が必要になります。その目印こそが、持ち物に書かれた名前の記載だったわけですね。

Windows のなかでも、実は似たようなことが起こっています。
いくつものウィンドウを複数起動することができる Windows では、そのひとつひとつを判別するために、内部でハンドルと呼ばれるものを使っています。

このウィンドウのハンドルは○○、このウィンドウのハンドルは××、というふうに、それらは重複することのないデータとして個別に、そして厳密に管理されています。ですから、ハンドルさえ取得することができれば、目的のウィンドウを自由に捕捉することができるようになります。当然、ユーザーフォームもウィンドウの一種ですから、ウィンドウハンドルを持っています。ユーザーフォームのウィンドウハンドルを取得することで、いろいろなことができるようになります。

API による描画を行なうためには、まず、どのウィンドウに対して処理を行なうのかを明確にしなくてはなりません。ですから、ユーザーフォームのウィンドウハンドルを取得することが、API 描画の最初のステップになります。


■ウィンドウハンドルの取得

ウィンドウハンドルを取得する方法は、実はひとつではありません。というより、むしろ無数にあります。

ここでちょっと話が脱線しますが、実はテキストボックスやコマンドボタンといったお馴染みのコントロールたちも、実際にはウィンドウの一種です。ウィンドウズではコントロールのひとつひとつを管理するのにも実はウィンドウと同じ仕組みを使っており、コントロールたちは個別にウィンドウハンドルを持っています。
VBA で利用できるフォームではコントロールのハンドルを取得することはできないのですが、本家 VB では、コントロールのハンドルを比較的簡単に取得することができます。このとき、ユーザーフォーム本体を「親ウィンドウ」と呼び、その中に配置されている各種コントロールなどを「子ウィンドウ」と呼びます。API には様々な方法でウィンドウハンドルを取得できる仕組みがあると書きましたが、例えば特定の親ウィンドウのハンドルから子ウィンドウのハンドルを取得する……といったことも API を使えば実現できます。

ウィンドウハンドルを取得する方法には、たとえば次のような種類があります。これでも、いくつもある方法のほんの一部です。

・指定した座標にあるウィンドウのハンドルを取得する
・ウィンドウのキャプションを指定してハンドルを取得する
・アクティブなウィンドウのハンドルを取得する
・一番手前にあるウィンドウのハンドルを取得する

このなかで、比較的安心して使えるのはウィンドウのキャプションを指定してハンドルを取得する方法です。ユーザーフォームのキャプションは、プロパティウィンドウなどから自由に設定することができますよね。ですから、キャプションからウィンドウを特定しハンドルを取得することができれば、他のウィンドウのハンドルを間違って取得してしまう危険を極力回避できます。
逆に、アクティブなウィンドウのハンドルを取得する方法では、別のプログラムがたまたま介入してきてアクティブなウィンドウが切り替わったり、ユーザーの操作によってアクティブウィンドウが切り替わったりした場合に、別のウィンドウのハンドルを取得してしまう可能性もありますよね。
この講座では、上記のような理由から、キャプションを指定してウィンドウハンドルを取得する方法を使っていくことにします。


キャプションからウィンドウを特定し、そのハンドルを取得する API は FindWindow と呼ばれる API です。宣言文は以下のようになります。

Declare Function FindWindow Lib "user32.dll" Alias "FindWindowA" _
(ByVal lpClassName As String, ByVal lpWindowName As String) As Long

宣言文を見ると、この API がふたつの引数を取ることがわかりますね。
第一引数の lpClassName にはウィンドウのクラス名を指定するのですが、VBA からはこの引数を利用することはほとんどありません。重要なのはふたつめの引数です。第二引数の lpWindowName に、ウィンドウのキャプションを渡すことで、この API は期待通りの動作をしてくれます。
また、宣言文をよく見るとわかりますが、この API は Long 型のデータを返すことがわかりますね。つまり、ウィンドウハンドルは Long 型のデータであり、その実体は単なる数字の羅列であるということがわかります。

それでは、実際のコードです。今回は、ユーザーフォームをひとつ、そして標準モジュールをひとつ準備します。

まずは、標準モジュールに記述するコードです。

Declare Function FindWindow Lib "user32.dll" Alias "FindWindowA" _
(ByVal lpClassName As String, ByVal lpWindowName As String) As Long

Sub get_handle(w_caption As String)

    Dim hwnd As Long

    hwnd = FindWindow(vbNullString, w_caption)
    MsgBox hwnd

End Sub

一般に、ウィンドウハンドルは hwnd という変数名で管理することが多いので、当講座でもそれにならって、ウィンドウハンドルはこの変数名で統一します。
この get_handle というサブプロシージャは、引数としてウィンドウのキャプションを文字列で受け取り、そのキャプションを FindWindow 関数に渡します。そして戻り値として受け取ったウィンドウハンドルをメッセージボックスで表示します。

FindWindow 関数は先述のとおり引数をふたつ取ります。第一引数は今回は無視して構わないので、vbNullString を与えています。vbNullString はデータが何も存在しないことを表す組み込み定数で、今回のように引数を無視する場合などによく使われます。

次にユーザーフォームの、フォームモジュールに記述するコードです。

Private Sub UserForm_Click()

    get_handle Me.Caption

End Sub

これは簡単ですね。先ほど標準モジュールに記述した get_handle というサブプロシージャに、ユーザーフォームのキャプションを渡しているだけです。このプロシージャはユーザーフォームのクリックイベントなので、ユーザーフォームを表示してから、クリックすると実行されます。

何度か、ユーザーフォームをいったん消して、再度表示しなおしてからクリックしてみるとわかりますが、ウィンドウハンドルは毎回違っていることに気がつくと思います。Windows は、ウィンドウが新しく生成されるたびに毎回異なるハンドルを生成していることがわかりますね。逆に、一度生成されたウィンドウのハンドルは、そのウィンドウが閉じられるまでは有効になります。


■まとめ

さて、今回はウィンドウハンドルの取得までを解説しました。ここまでは、それほど難しくない内容だと思いますので、すんなり理解できたのではないでしょうか。

ポイントとなるのは、ウィンドウハンドルを取得する方法にはいろいろなやり方があり、そのなかでどれを利用するべきなのかをきちんと理解しておくことです。今回のようなウィンドウハンドルを取得するまでの一連の処理は、API で描画するゲームを作成する上では最初の一歩というか、基本中の基本になります。まずはウィンドウハンドルを取得しなければ、なにもできないと言っても過言ではありません。きちんと理解しておいてください。


■格言

ウィンドウはハンドルによって管理されている
ハンドルは API を利用することで取得できる
ハンドルを取得する方法は複数ある


ハンドルが取得できれば様々な処理を実行することができます。








Chapter.130 [ APIによる描画処理2:デバイスコンテキスト ]

■デバイスコンテキスト

前回はウィンドウハンドルについて解説しました。Windows では複数のウィンドウを同時に開くことができるため、それぞれを個別に管理するために、ハンドルと呼ばれる個別のデータが割り当てられているのでしたね。そして、API を利用することで、ウィンドウハンドルを取得することができ、この取得したウィンドウハンドルを使って、ウィンドウに対する様々な処理を実現することができるのです。

さて、今回のテーマはデバイスコンテキストです。よく、DC などと略して表記されたりもします。API による描画を行なうためには、デバイスコンテキストへの理解は欠かせません。初めて耳にする人もいるかもしれませんが、API プログラミングの世界ではありふれた言葉です。今回はこのデバイスコンテキストについて解説したいと思います。


■クライアント領域

皆さんは普段、あまり意識することはないかもしれませんが、ウィンドウは大別してタイトルバー(もしくはキャプションバー)とクライアント領域からできています。

760.png

キャプションが表示されるウィンドウのタイトルバーは、皆さんが使っている Windows の環境下では基本的に同じような色や形をしていると思います。これは Windows 上の設定によって見た目が決められているため、設定の異なる他人のパソコンなどでは見た目が違っていたりする場合もありますね。

そして、ウィンドウのタイトルバー以外の部分、要は、ウィンドウの中身の部分をクライアント領域と呼びます。ウィンドウを利用するプログラムは普通、このクライアント領域に何かを表示しますね。表示されるものは文字であったり、画像であったり、あるいは映像であったりもします。

API による描画処理でも、やはりクライアント領域に描画を行なうことになりますね。そして、このクライアント領域に描画されるあらゆるものを一括で管理しているのが、デバイスコンテキストです。
デバイスコンテキストは、わかりやすく言ってしまうと画材の集合体みたいなものです。たとえばクライアント領域は画用紙みたいなものですね。ここに様々なものが描かれます。そしてデバイスコンテキストには、ペンやブラシも含まれます。画用紙になにかを描画するためのペンやブラシなどのツールも、デバイスコンテキストの一部なのですね。さらには、フォント、ビットマップなども含まれます。画用紙の上に文字を書いたり、絵を転写したりすることも、デバイスコンテキストを用いれば可能なわけです。

デバイスコンテキストは、ウィンドウひとつに対して必ずひとつ付随しています。考えてみれば、当然ですよね。ウィンドウのクライアント領域に何かが描画されているということは、デバイスコンテキストが少なからず仕事をしているはずだからです。

API による描画処理を行なう場合には、ウィンドウハンドルを使って、このウィンドウごとに割り当てられているデバイスコンテキストにアクセスします。そして、デバイスコンテキスト上に図形や線を描画したり、ビットマップをコピーしたりして、画面上になにかを描き出します。


■そしてまたもやハンドル

デバイスコンテキストにアクセスすると言っても、いったいどうやってそれを実現すればいいのでしょうか。

実は、ウィンドウハンドルを取得したときと同じように、API を使ってデバイスコンテキストのハンドルを取得することから、全ては始まります。つまり、デバイスコンテキストも、ウィンドウと同じようにハンドルを持っており、このハンドルを使ってそれぞれのデバイスコンテキストを個別に管理しているのですね。

ウィンドウハンドルを得る方法がいろいろあったのと同じように、デバイスコンテキストのハンドルを取得する方法も、複数存在しています。今回は、とりあえず一番簡単な方法を使って、試験的にデバイスコンテキストのハンドルを取得してみることにしましょう。

前回使ったウィンドウハンドルを取得するコードを、そのまま流用してやってみましょう。

まずは、前回のコードをおさらいも兼ねて掲載します。

'標準モジュールに記述
Declare Function FindWindow Lib "user32.dll" Alias "FindWindowA" _
(ByVal lpClassName As String, ByVal lpWindowName As String) As Long

Sub get_handle(w_caption As String)

    Dim hwnd As Long

    hwnd = FindWindow(vbNullString, w_caption)
    MsgBox hwnd

End Sub

'以下はフォームモジュールに記述
Private Sub UserForm_Click()

    get_handle Me.Caption

End Sub

API である FindWindow 関数を使って、ウィンドウハンドルを取得しメッセージとして表示するプログラムです。ユーザーフォームを起動し、クライアント領域をクリックすると実行される形になっていたのでしたね。

今回はこの骨組みはそのままに、デバイスコンテキストのハンドルも表示するように、プログラムを修正してみましょう。

デバイスコンテキストを取得するために利用する API は、GetDC 関数です。この関数は、ウィンドウハンドルを引数に呼び出され、そのウィンドウに割り当てられているデバイスコンテキストのハンドルを返します。

Declare Function GetDC Lib "user32.dll" _
(ByVal hWnd As Long) As Long

これが宣言文です。これを見ると、戻り値はウィンドウハンドル同様 Long 型であることがわかりますね。デバイスコンテキストのハンドルもまた、数値データであることがわかります。

デバイスコンテキストのハンドルを取得するだけなら、この API をひとつ追加すればいいだけなのですが、実際にはこれだけでは処理は完了しません。取得したデバイスコンテキストは、必ず解放しなければならない決まりになっているからです。

デバイスコンテキストは、取得したら必ず解放しなければなりません。これは絶対の決まりです。例外はありません。ですから、デバイスコンテキストに関しては、取得したら必要なくなった時点で必ず解放しなければならないということを覚えておきましょう。

デバイスコンテキストを解放するには、ReleaseDC 関数という API を使います。宣言文は、次のようになっています。

Declare Function ReleaseDC Lib "user32.dll" _
(ByVal hWnd As Long, ByVal hdc As Long) As Long

ReleaseDC 関数は引数をふたつ取ります。第一引数は、ウィンドウハンドル。第二引数は解放するデバイスコンテキストのハンドルです。この関数の戻り値の型もやはり Long 型になっていますね。
この関数の戻り値は関数が成功したかどうかを表す整数です。成功した場合には 1 が、失敗した場合には 0 が返ります。

それでは、ふたつの API を追加したコードを見てみましょう。
今回の修正では標準モジュールにのみ変更を加えます。

Declare Function FindWindow Lib "user32.dll" Alias "FindWindowA" _
(ByVal lpClassName As String, ByVal lpWindowName As String) As Long

Declare Function GetDC Lib "user32.dll" _
(ByVal hWnd As Long) As Long

Declare Function ReleaseDC Lib "user32.dll" _
(ByVal hWnd As Long, ByVal hdc As Long) As Long



Sub get_handle(w_caption As String)

    Dim hWnd As Long
    Dim hdc As Long
    
    hWnd = FindWindow(vbNullString, w_caption)
    hdc = GetDC(hWnd)
    
    MsgBox "win handle:" & hWnd & vbCr & "dc handle:" & hdc

    ReleaseDC hWnd, hdc


End Sub

黄色の文字で書かれている部分が、追加・修正された部分です。
ウィンドウハンドルを取得したあと、そのハンドルを使ってデバイスコンテキストのハンドルを取得してメッセージとして表示します。その後、ReleaseDC でデバイスコンテキストを解放しています。


■まとめ

今回はデバイスコンテキストのハンドルを取得するところまで解説しました。最初に書いたように、デバイスコンテキストとは画材の集合体みたいなもので、ペンやブラシなどのその他のオブジェクトを内包する存在です。それらの取り扱いについては、おいおい講座内で解説していきたいと思います。

デバイスコンテキストに限らず、API を用いたプログラミングには取得と解放がセットになっているケースが多く存在します。使ったものは、必要なくなった時点で解放する、この一連の流れは今後も多く登場する可能性が高いですので、しっかり肝に銘じておきましょう。



■格言

デバイスコンテキストは画材の集合体
デバイスコンテキストもハンドルで管理される
使ったら必ず解放する癖をつける


まだまだ描画に関する処理の前段階ですが、基本中の基本になる部分ですのでしっかり理解しておきましょう。








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