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WindowsのDPIスケーリング処理について一考察

WindowModePatchで実装するのに大分困っていたDPIスケーリング処理(DPIAwareness)についてメモ書き代わりに処理について書いておきます。ちなみに、英語の読み間違いを防ぐためにいっておくと、日本語的には「DPIによるスケーリング(解像度変更)処理」というべきなのでしょうが、英語では「DPIAwareness」となっており、Awarenessの意味は「気がつく」「知る」なので、直訳すると「DPIについてプログラム側が気がついているかどうかを処理する」という意味になってしまいます。これが私が処理について誤解した原因なのですが…。

 

DPIスケーリングを指定する3つのモード

はい、まずは私が翻訳をミスったポイントです。簡単に調べてみるとほかの日本語サイトではちょっと解説してあったのでなんともいえないのですが。基本的にはプログラム側が指定できるDPIスケーリングのモードは3つあります。それが

  1. DPI処理について関知しない(Unaware)
  2. DPI処理をアプリケーション初期化時にのみ行い、後はシステムに任せる(System aware)
  3. DPI処理を完全にアプリケーション側で行う。途中で(ウィンドウの位置移動によって表示を行うモニタが変更されるといった原因で)変更される場合にはメッセージを送るので、そのメッセージを確認してアプリケーション側が処理を行う(Per Monitor DPI aware)

となります。ちょっと注意してほしいのが1.のUnawareパターンですが、これはつまり「アプリケーション側は何もやらなくてもシステム側(すなわちOS側)が勝手にやるので気にしなくてもいいよ」という意味です。プログラム側からこれを設定すると表示上は勝手にスケーリングしてしまうのでWindowModePatchでは非常に都合が悪いモードになっています。通常のアプリケーションでは面倒であれば1.のパターンを使うのもありだと思います。まあ、今時のゲームであれば解像度調整機能は必須なので1.のUnawareを使うことはまずないと思います。

 

DPIスケーリング処理は通常はマニフェスト側で設定する

Microsoft側としてはこちらを想定しているようです。というのも、この後愚痴のように出てきますがアプリケーションが起動してからだとスケーリングモードの変更がプロセス単位でできないことが多いのです。(これについては推察になりますが、おそらくWindowModePatchと同じように座標を設定/取得する関数の処理をスケーリングに合わせて変更する、というものが割り込むことが「想定されるのか否か」によって初期化の方法が変わるのために難しいのではないか?というものです。)まあ、通常のアプリケーションならマニフェスト指定が簡単でしょうね。

やり方としては

  1. VisualStudioなどのビルドツールにおいてマニフェストの設定で「DPIの認識」を設定する
  2. マニフェスト内のwindowSettingsセクション内にdpiAware値およびdpiAwareness値を設定する

というものです。前者の方が勝手に作ってくれる分簡単ですね。なお、マニフェストにDPIに関する設定がないときはシステム側が勝手にスケーリングをするDPIUnaware状態となりますので注意してください。

 

アプリケーション側からの設定はOSごとに方法が異なる

まず紹介されている方法として自身のプロセス全体にDPIに関する設定をかける方法。MSDNでは

  • SetProcessDPIAware関数(Vista~Win8.0)
  • SetProcessDPIAwareness関数(Win8.1~Win10 1607以前)
  • SetProcessDpiAwarenessContext関数(Win10 1607以降)

によりできる、と書いてあるので、該当するフラグをつかって設定すれば良さそうなのですが、私がデバッグした限りにおいてこれらがうまく設定できた試しがない、というのが悲しいところでした。書いてある注意点としては「ウィンドウが作成される前にこの関数を使って設定するように」と書いてあるはずなのですが、やってみてもすべて「Access Denied」(すでにDPIのモードが設定されているため設定不可能)ではねられて終わりでした。なぜなんだよ~と思いながら書いています。

というわけで仕方がないので…。Win8.1以前では対応策がこれ以上ないようですが、Win10以降であればスレッド単位、もしくはウィンドウ単位でDPIAwarenessが設定できるのでそちらを使います。スレッド単位の場合はCreateWindowEx関数などウィンドウ作成系の関数の前に呼び出せばモード変更が可能なようです。使う関数は

  • GetThreadDpiAwarenessContext関数
  • SetThreadDpiAwarenessContext関数

になります。一応Get側で取得して予定しているモード値と異なっているときSet側で設定する、という動きになります。Win10以外のOSにも対応する場合はuser32.dllにインポートされているのでたいていの場合GetModuleHandle関数からGetProcAddress関数で取得することになります。

面倒なのはこれらで使うDPI_AWARENESS_CONTEXTという値です。

というのは、WindowsSDKのバージョンの関係で自分で定義する場合が多いこととこれら2つの関数が返すDPI_AWARENESS_CONTEXTの値はMSDNで定義されている各値と同じものを返さない場合がある、ということです。前者についてはDPI_AWARENESS_CONTEXTは列挙子ではなくハンドル扱い、と書かれていますのでUINT_PTR型などとしないとGetProcAddress関数で処理を持ってきたときに見事な失敗となりますし、後者はマニフェストや(この後紹介する)実行ファイルのの互換性設定でDPI_AWARENESS_CONTEXT_PER_MONITOR_AWARE_V2相当の値を設定してあるからといってGetThreadDpiAwarenessContext関数はMSDNでDPI_AWARENESS_CONTEXT_PER_MONITOR_AWARE_V2として定義されている値である(-4)ではなく別の値を返すパターンがあるということです。これが判定にはやっかいすぎる現象だと思います。設定する場合の値はMSDNの値が正しいようですが…。

なお、WindowModePatchでは前者はちゃんとハンドルとして定義する構文を借りて値を再定義していますし、後者についてはGetAwarenessFromDpiAwarenessContext関数を一度通してDPI_AWARENESS列挙子にすることでモードを判定するようにしています。この辺も実装に手間取った理由だったりします。

 

あとは必要に応じてDPI変更時の処理を組み込むだけ

DPIを変更する必要がある場合はWM_DPICHANGEDメッセージがウィンドウプロシージャに飛んできますのでこれを見てウィンドウの大きさや文字の大きさなどを制御します。このあたりは今回の考察範囲からは外れますので詳しく書きません。

 

使用者側から見るのであれば実行ファイルのプロパティから設定可能

Win10系であればこれが可能です。Win8.1系でもできるかな?やり方としては対象アプリケーションの実行ファイルのプロパティを開き「互換性」タブから「高DPI設定の変更」を選択して誰がスケーリングをするのか設定が可能です。ちなみにこれを使うと単にウィンドウモード時の解像度が低いだけなら無理矢理解像度を引き上げることが可能だったりします。メニューバーまで拡大されてしまうのはご愛敬といったところですか。WindowModePatchのような自由度はないですが、OSの機能ですのでうまく使えるのであれば損はないかな~と思ったりもしています。

 

ゲームの場合は直接解像度を見るので気にしない方がよい機能かな

と思います。といっても、名前の入力などでダイアログを出す必要がある場合は対応する必要もあるかもしれません、とだけ付け加えておきましょう。

WindowModePatch 0.71 Alphaを公開

過去の記録を見てみると大体1年半ぶりの更新なんですね…。ちょっと感慨深いものが。とりあえずまだ生きていますよ~という意味とビルド環境の変化に対応するための試しという意味がかなり大きいバージョンとなっています。

 

開発環境をVisualStudio2017へと移行したためにいろいろと不具合が…

今回の大きな変化がこれです。一つ前まではVisualStudio2010だったのですが、今回は最新一つ手前のVisualStudio2017でビルドを行っています。というのも、昨年の段階でPCを組み直したときに環境をまっさらにした関係でVisualStudio2010の開発環境まで完全に吹っ飛んでしまったのが大きかったのと、その後開発環境を戻す余裕がなくなったためにどうせならとVisualStudio2017を購入したためにさらに開発環境の再構築に時間がかかってしまったのが大きかったです。実際にプロジェクトの更新だけではなくソースコードの漢字コードを変換していったり、ランタイムライブラリの動作が変更されているものがあったために対応する処理を書いたりするなどがあったためだったりします。

まあ、副産物としてWindowModePatchの設定ファイルの漢字コードをUTF-8に変更しております。もちろん、旧の設定ファイルであるShiftJIS形式でも読み込めますし、UNICODE形式で保存されても読み込めるようになっています。この「複数文字コードに対応したテキストファイルの読み込み処理」が作られたのがちょっと大きいです。こういうフリーソフト側に使うだけではなく仕事で作成するツール類にも使えるのが非常に大きかったりします。

 

一応DPIのスケーリング処理に「暫定的に」対応

といってもやっていることは「スケーリング処理をアプリケーション側で行うように見せかけているだけ」だったりします。実際、WindowModePatchは解像度変換機能がメインなので逆に現在のモニタの解像度に合わせた設定ができないと微妙に困るからですね。Win10の初期段階のものだと設定を正しくしないとマニフェストファイルにスケーリング処理対応の方法が書かれていない場合にWinAPI側で勝手にスケーリングされて設定の数字が誤ってしまう、という現象もありましたので。

一応この処理はWin10の1703(Creators Update)以降であれば(WindowModePatchが対応できれば)対応処理が入ると思います。問題はそれより古いバージョンでの動作。一応対応コードは書いておいたのでWin8.1以降であれば動いて「ほしい」コードなのですが、手元でやったいる段階では動かないことが多かったです。これについてはDPIAwarenessと呼ばれる部分の処理の説明をもう少し読み込んだ方がよいかもしれません。実際、はじめに思っていた設定値の役割が完全に逆になっていたことに気がついたのはかなり後だったりしますので。

 

対応したソフトが増えていないだろうとは思う

頑張ってDirectX5時代のDirect3Dに対応しようとした形跡が見えるコードは今のところ封印しておりますし、やりたいことも増えてきているながらやらなければならないことも増えてきていますので…。頑張って増やしていければな~と思いながら。

開発環境をVisualStudio2017へ移行してみた

最新のVS2019ではないのが悲しいですが…。MovieLayerPlayerやらWindowModePatchを再度構築できる環境を整えるためにVisualStudio2017でビルドができるようにいろいろと設定やらファイルの文字コードやらを変更していってみるといろいろと大変なことがわかってしまって「ぎゃ~~~」と言いながら作業していました…。

 

(VS2010から見たら)だいぶ変わってしまったVS2017でした

結局ビルド環境を整えなおすのに丸2日かかってしまいました。しかもとりあえずビルドに成功したのはMovieLayerPlayerの方でWindowModePatchはまだテストしていない状態です。まあ、こちらを先にやったのはほかのライブラリのビルドなどを考えた結果なのですが…。

 

ディレクトリの設定はVS2010と変わらず

この辺はこちらの記事を参考にできます。自分で書いて自分で忘れているのが悲しいですね…。特にDirectXや自分で作ったライブラリ・インクルードファイルを参照する場合はこの設定がないとちょっと厳しいので気を付けましょう。DirectXのSDKはDirectX9系だと良くてもJune2010なのでインストールしたくないため仮想マシンで一度展開して必要なものだけコピーしていますので、そのためにもディレクトリの設定は設定ファイルからやらないとまずい、ということもあったりします。

 

ソースコードの文字コード設定には気を付けて

今回文字コードをShiftJIS(CodePage932)からUNICODE系へと変更しています。面倒なのが、

  • ソースコード(cpp,hなど)はBOM付きUTF-8へ
  • リソースファイル(rc)はUTF-16へ

にしないとまずいということ。ソースコードにBOMを付け忘れると勝手にShiftJISと認識されて大量のエラーが出てきますので気を付けて。

またリソースファイル(rc)はVS2017の移行+文字コード変更いろいろな変更があり特に、

  • インクルードしているヘッダをafxres.hからwinres.hに変更すること
  • 文字コード設定(#pragma codepage)を削除して文字コードをUTF-16と認識させる

という作業が必要になります。なぜかrcファイルではBOM付きUTF-8は認められない様子なので気を付けてください。

 

ライブラリを構築するときの依存性設定がさらに厄介に

VS2010では依存性を持たせるだけでは自動的にリンクがされず、[共通プロパティ]=>[Frameworkと参照]で依存するプロジェクトを参照として追加する必要がある、とは書いたのですが、これがVS2017になると、ソリューションエクスプローラから対象のプロジェクトを開くとソースファイルやヘッダファイルがあるところに「参照」となぜかこちらに参照設定が来ていますのでこれで設定しましょう。こちらに参照設定をすることでライブラリがリンクされるようになります。

そしてどうも設定ミスなのかバグなのかわからない現象にはまってしまったのが、「依存しているライブラリをリンクしてくっつける場合、依存先(つまり子)のライブラリの構築時にプリコンパイル済みヘッダが設定されているとそのライブラリを使うプログラムを構築するときにLNK2019エラーが発生してリンクに失敗する」という現象でした。つまい、複数のライブラリをまとめて一つのライブラリとして扱う場合、親以外のライブラリにプリコンパイル済みヘッダを設定しているとプログラムを作るときに失敗する、という現象になります。何か設定で回避できるのかどうかよくわかりませんが、今のところ単純な回避策は「プリコンパイルを使用しないように設定してビルドする」以外思いつかないのが現状だったり。解決法を知っている人は教えてください…。

 

bind2ndやらmem_funやらが非推奨に

なっています。正しく言うならbind2ndやmem_funがfunctionalに移ったため、そちらをインクルードしないとコンパイルに失敗する、というものですが、どうせこの機会なのでbind2ndはbindとplaceholdersの組み合わせに、mem_funはmem_fnを使ったパターンに切り替えてしまいました。bind1stやbind2ndとかの限定版よりbindの方が使いやすいのでそちらに切り替えてしまいましょう。

 

WindowsXP以前に必要としていたルーチンはもう必要ないよね…?

ということで、いくつか片づけました。特にGetVersionExを使っていた部分はDeprecatedとなっていますのでVersionHelperのIsWindows系関数でバージョンを判定するように変更するとか、cpuidに関するルーチンを再構築したりとか、x86系のコンパイルでSSE2はもう当たり前だと思うので一部のプロジェクトで設定するとかしています。これで早くなるかどうかはよくわかりませんが…。

 

いくつか最新機能も取り入れてみた

私の場合はWindowModePatchなどの関係もあり、解像度の設定で解像度を文字列で表す、というのをやっているので4Kが3840×2160になる、とかWindows10に関するバージョン検知なども少し書き直しています。次回のWindowModePatchのアップデートはまずはVisualStudio2017でのコンパイル版にすることと、解像度を増やすことと、あとはスケーリング処理に関する部分を入れてみることでしょうか。といってもどれだけ時間が取れるのかは未定ですが。

 

この1ヶ月で何個OSを入れたことやら…

ということで愚痴ではないですがメインマシンやらサーバ環境が変わったためにいろんな部分にOSを入れ直していたら…という現象です。特にWindowsでゲームを作っている場合だと引っかかってしまう場合もあるようで、気をつけましょう、というお話。

 

Win10×2、Win8.1×1、Linux(Fedora)×1、…

いろいろなマシンの入れ替えをした結果がこれです。ちなみに今書いているのは私が個人的にインストールを行ったもので、この期間中に別の場所でもOSが動かないやらでヘルプをやっていた関係もあってこれ以上にOSの入れ直しに近いことをやっています。必要な部分では仕方がないのかもしれませんがそれ以外の部分で考えるとなんとも運が悪い状態というべきなのでは…

 

結局この1ヶ月でHDDが(最低でも)2台壊れたことに

1台は前の記事にも書いたとおりサーバ機のHDDで、一応0埋めはできましたし、非常時に一時的な記憶装置として使えそうなので保存しておくとして。問題はなんともう1台壊れた、ということです。2つ目のところは不幸中の幸いにもRAIDで保護をかけている領域だったので一時的に縮退運転に切り替えてまあなんとかしました。なんか転送速度がおかしいなあ~と思ってSMARTを見てみると怪しげなREAD ERRORとWRITE ERRORが記録されていて…。びっくりもいいところ。早めに気がついてよかったです。なんか以前の記事でも書いたような気はしますが、RAID領域でエラーが起こった場合はちゃんとメールを飛ばすようにしておいた方がいいですね。特に今回の問題発覚は定期的に行っているRAIDのチェック作業で引っかかったものですし、メールを飛ばす仕掛け(+受け取る仕掛け)があればチェック後すぐにわかったはずですからね。

 

Win8.1+VisualStudio2015(以降)のランタイムインストールは要注意

というのがこの記事の本題。VisualStudio2015以降のランタイムではUCRT(ユニバーサルCRT)というものができたらしく、それが使われるようになったと。このあたりはこの頃プログラムをいじっていないのと開発環境を更新していないために知らなかったことなのですが、問題はこのUCRTのランタイムを入れるためにはWin10では何も問題はないのですが、Win8.1ではとあるWindowsUpdateを適用しなけれならないという制約があるということです。今回、マシンを入れ替えた関係でWin81も新しくインストールしてアプリテスト用の領域に入れ直そうとしたのですが、これを知らなかったのでUCRTが入らず、プログラムの動作テストをしてみたところ一部の最新のプログラムが動かせない、という状態に陥ってしまいました。

自分の感覚ではOSを入れ終わるとドライバやら必要なランタイムを入れてからWindowsUpdateで最新の状態に持って行くのが正しいと思っていたのですが、今回はそうではなくOSのインストールが終わり、初期ドライバが設定できればWindowsUpdateを強制で何回か行い、WindowsUpdateが何も出ない状態にしてからインストールしたほうがよういのではないか?ということにいつの間にかなってしまったようです。VisualStudio2015のランタイムを入れさせるようなプログラムを作っているそこのあなた。まだすべてのユーザがWin10になったわけではないのでこういう点で動かない、といってくるユーザもいるかもしれませんので気をつけましょう。

 

やっと悪運が切り離せたかな

HDDの故障やらなんやらによる問題もなんとかなった、というところで悪運はすべて切り離せたかな、というところです。あとは自分にくるはずの金運やら仕事運やらを一気につかんでいきたいところだな、というところです。…ですよね?

しばらくWindowModePatchの機能向上に取り組む予定

この手の情報は基本的にTwitterに書くのですが、今回はblog側にも書いておこうかと思います。

 

やはりDirectDraw周りのエミュレーションがあまい

特にDirectDraw+Direct3Dの組み合わせになるとかなり微妙なようです。DirectDrawをそのまま使うタイプの解像度処理だと色深度によって問題が出ることもあるらしく・・・というところで、Direct3D9を使ったエミュレーションだとその辺が完全に実装できていないのでエラーを返される場合も多々あるようです。

 

ということでその辺の処理を追加実装する予定に

一応どう実装するかは決めているので後はコツコツとエミュレーションを書いていくだけです。例えばDirect3DをDirect3D9を使ってエミュレーションするクラスの出だしは

 

class CDirect3DOnDirect3D9 : public CUnknownBase, public CDirectDraw7OnDirect3D9Holder, public IDirect3D, public IDirect3D2, public IDirect3D3{

 

となります。なんじゃ、こりゃ?といいたくなるプログラムコードです。しかし本当にこういうコードを内部的に書いています。特にひどいのがIDirect3DとIDirect3D2とIDirect3D3を同時に実装するというところ。もう少し各クラスに互換性があれば上位だけを実装して強制型キャストですむのですが、この3つにはその手の関係が微妙にないのでこんな実装をするしかないようです。ちなみにIDirect3D7だとIDirect3D3以前とはまた違った実装をしているのでこれは単独で組んでいます。おそらく残りの実装も面倒なのでしょうね。まあ、暇な時間を見つけて作っていきたいと思います。