GDI (Graphics Device Interface) Windowsin grafiikkajärjestelmän määritelmä ja ominaisuudet

Graphics Device Interface on Microsoft Windowsin API, jota käytetään graafisten objektien esittämiseen ja niiden lähettämiseen tulostuslaitteisiin, kuten tulostimiin ja näyttöihin. GDI tarjoaa ohjelmille abstraktion laitteesta riippumattomaan grafiikanpiirtoon: ohjelma piirtää kuvion tai tekstin GDI:lle, eikä sen tarvitse huolehtia kunkin laitteen piirtotavoista tai resoluutiosta.

GDI vastaa esimerkiksi viivojen ja käyrien piirtämisestä, fonttien renderöinnistä ja palettien käsittelystä. Se ei sinänsä piirrä ikkunoiden otsikoita, valikoita tai käyttöliittymäkomponentteja — tämä tehtävä kuuluu GDI:n päälle rakennetuille järjestelmille ja sovelluskehyskerroksille. Muissa käyttöjärjestelmissä on GDI:n kaltaisia komponentteja, esimerkiksi Macintoshin QuickDraw ja GNOME/GTK:n GDK/Xlib.

Keskeiset ominaisuudet

Laiteriippumattomuus: sama piirto-operaatio toimii eri näyttö- ja tulostuslaitteilla.
Skaalautuvuus: GDI huolehtii resoluution erosta ja mittakaavoista, jolloin tulosteen ja näytön välillä voidaan ylläpitää yhtenäisyyttä.
Tekstin ja vektorigrafiikan tuki: GDI osaa renderöidä tekstiä, viivoja, muotoja ja alueita vektoriperiaatteella.
Bitmappien käsittely: GDI tarjoaa operaatioita bitmappien kopiointiin (esim. BitBlt), mittakaavaukseen (StretchBlt) ja yhdistämiseen.
Tulostustuki ja metafilet: GDI tuottaa laitteistoriippumattomia metafilejä (WMF/EMF), joita voi toistaa eri laitteilla.

GDI:n peruskäsitteet ja objektit

GDI:n käytössä toistuvat käsitteet ovat esimerkiksi HDC (handle to device context), joka edustaa piirtoympäristöä laitteelle, sekä erilaiset GDI-objektit, kuten:

HPEN (viiva/raja),
HBRUSH (täyttöharja),
HFONT (kirjasin),
HBITMAP (bitmap-kuva),
HRGN (alue/region).

Objektit valitaan HDC:hen (SelectObject) ja piirto-operaatiot esimerkiksi TextOut, DrawText, Rectangle, Ellipse, Polyline ja BitBlt suorittavat piirtämisen.

Käyttötapaukset

Pienet työpöytäsovellukset ja apuohjelmat, joissa tarvitaan peruspiirtotoimintoja.
Tulostusratkaisut, joissa halutaan tuottaa laitteistoriippumattomia kuvioita ja tekstiä.
Ohjelmat, jotka hyödyntävät Windowsin vakioikkunointipalveluita (perinteiset Win32-sovellukset).

Rajoitukset ja suorituskyky

GDI ei ole suunniteltu reaaliaikaisen 3D-renderöinnin tai intensiivisten animointitarpeiden pohjaksi. Tärkeimpiä rajoja ovat:

Rajoitettu laitteistokiihdytys: suurin osa GDI-operaatioista on CPU-pohjaisia; modernit grafiikkapiirit hyödyntävä kiihdytys on usein puutteellista tai puuttuu kokonaan.
Ei suoraa kehyspuskuri-synkronointia: GDI ei osaa hallita GPU-kehyspuskureita samalla tavalla kuin nykyaikaiset grafiikkakirjastot, joten sujuva animaatio ja korkea FPS ovat haastavia.
Rajalliset GDI-resurssit: jokainen luotu GDI-objekti kuluttaa järjestelmäresursseja; resurssivuodot voivat johtaa piirto-ongelmiin tai jopa järjestelmän epävakauteen.

Nykyaikaisissa peleissä ja 3D-sovelluksissa käytetään yleensä DirectX:ää tai OpenGL:ää, jotka tarjoavat suoremman pääsyn laitteiston ominaisuuksiin ja paremman suorituskyvyn.

GDI+, Direct2D ja nykyaikaiset korvaajat

Windowsin myöhäisemmät grafiikkakerrokset ovat laajentaneet tai korvaneet GDI:tä eri tarpeisiin:

GDI+ (parannettu versio, esitelty .NET-ympäristön ja Windowsin yhteydessä) tarjoaa monipuolisemman kuvan- ja tekstinkäsittelyn sekä alpha-sekoituksen ja paremman tuen modernille kuvankäsittelylle.
Direct2D ja DirectWrite tarjoavat laitteistokiihdytetyn 2D-grafiikan ja tekstin renderöinnin ja ovat yleisesti suositeltuja moderneihin sovelluksiin.
Pöytien koostamiseen Windowsissa (DWM) käytetään DirectX-pohjaista kompositointia, mikä muuttaa joidenkin GDI-operaatioiden käyttäytymistä tuoreissa Windows-versioissa.

Tulostus, metafilet ja yhteensopivuus

GDI voi tuottaa metafilejä (WMF, EMF), joita käytetään kuvaamaan piirto-operaatioita laitteesta riippumattomasti. Tämä tekee GDI:stä hyödyllisen työkalun tulostusjärjestelmissä ja sovelluksissa, jotka tuottavat vektorimuotoista sisältöä tulostusta varten.

Resurssinhallinta ja turvallisuus

GDI-objektien hallinta on tärkeää: jokaisen luodun objektin jälkeen on yleensä vapautettava resurssi (DeleteObject) ja palautettava HDC alkuperäiseen tilaan (SelectObject). Windowsissa on myös rajapintoja, joilla seurataan prosessin GDI-objektien määrää — liiallinen määrä voi aiheuttaa suorituskykyongelmia tai kaatumisia.

Yhteenveto

GDI on pitkään ollut Windowsin perinteinen 2D-grafiikan ja tulostuksen perusta: se tarjoaa laite‑riippumattomat piirtotoiminnot, tekstin ja vektorimuotojen käsittelyn sekä tulostustuen. Sen yksinkertaisuus tekee siitä sopivan moniin perussovelluksiin, mutta rajoitukset suorituskyvyssä ja laitteistokiihdytyksen puute tarkoittavat, että nykyaikaiset korkean suorituskyvyn grafiikkaa vaativat sovellukset suosivat DirectX/Direct2D- ja OpenGL-pohjaisia ratkaisuja.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on grafiikkalaiterajapinta (Graphics Device Interface, GDI)?

V: Graphics Device Interface (GDI) on Microsoft Windowsin API, jota käytetään graafisten objektien esittämiseen ja niiden lähettämiseen tulostuslaitteisiin, kuten tulostimiin tai näyttöihin.

K: Mistä tehtävistä GDI vastaa?

V: GDI vastaa sellaisista tehtävistä kuin viivojen ja käyrien piirtäminen, fonttien renderöinti ja palettien käsittely.

K: Mistä tehtävistä GDI EI vastaa?

V: GDI EI vastaa suoraan ikkunoiden, valikoiden jne. piirtämisestä. Tämä tehtävä on varattu toiselle GDI:n päälle rakennetulle alijärjestelmälle.

K: Missä muissa järjestelmissä on GDI:n kaltaisia komponentteja?

V: Muita järjestelmiä, joissa on GDI:n kaltaisia komponentteja, ovat Macintoshin QuickDraw ja GNOME/GTK:n GDK/Xlib.

K: Mikä on GDI:n merkittävin ominaisuus verrattuna suorempiin menetelmiin käyttää laitteistoa?

V: GDI:n merkittävin ominaisuus verrattuna suorempiin laitteistokäyttömenetelmiin on sen skaalausominaisuudet ja kohdelaitteiden abstraktio.

K: Mikä on kaikkien Microsoft Windowsille tarkoitettujen What You See Is What You Get -sovellusten keskus?

V: Kyky piirtää useille laitteille, kuten näytölle ja tulostimelle, ja odottaa asianmukaista toistoa kussakin tapauksessa on kaikkien Microsoft Windowsille tarkoitettujen What You See Is What You Get -sovellusten ydin.

K: Mikä on GDI:n suurin haitta nykyaikaisissa peleissä?

V: GDI:n suurin haitta nykyaikaisissa peleissä on se, että se ei pysty animoimaan kunnolla, koska se ei osaa synkronoida kehyspuskurin kanssa, ja siitä puuttuu 3D:n rasterointi. Nykyaikaisissa peleissä käytetään sen sijaan yleensä DirectX:ää tai OpenGL:ää, jotka antavat ohjelmoijille valmiudet käyttää nykyaikaisen laitteiston ominaisuuksia.