Составление оконного менеджера - Compositing window manager

Композитинга окно менеджер или компоновщик , является оконным менеджером , который обеспечивает приложения с закадровым буфером для каждого окна. Оконный менеджер композиты оконных буферов в образ , представляющий экран и записывает результат в память дисплея.

Составные оконные менеджеры могут выполнять дополнительную обработку буферизованных окон, применяя двухмерные и трехмерные анимированные эффекты, такие как смешивание , затухание , масштабирование , вращение , дублирование , изгиб и искривление, перетасовка, размытие , перенаправление приложений и перевод окон на один из нескольких дисплеев. и виртуальные рабочие столы . Технология компьютерной графики позволяет визуализировать визуальные эффекты в реальном времени, такие как тени , предварительный просмотр в реальном времени и сложная анимация. Поскольку экран имеет двойную буферизацию , он не мерцает во время обновлений.

К наиболее часто используемым оконным менеджерам композитинга относятся:

Сравнение со стековыми оконными менеджерами

Оконный менеджер посылает каждому окну сообщение перерисовки себя всякий раз , когда необходимо (например, при изменении его размера, или когда другое окно проходит перед ним). При использовании диспетчера стека процесс перерисовки может быть нарушен, если программа, которая работает медленно, не отвечает или содержит ошибки , не отвечает на сообщения своевременно. Вредоносная программа может вызвать нестабильность системы из-за того, что просто не перекрасит ее окно. Тогда может произойти одно или несколько из следующих условий:

  • подстриженные окно не перекрашивать непокрытые участки, в результате чего либо пробелов или «след» оставил позади другого окна
  • части окон (например, декоративные падающие тени) оставлены позади и не закрашены должным образом
  • указатель мыши поврежден
  • обновления экрана становятся невыносимо медленными
  • весь экран зависает, пока программа не ответит или не завершит работу

При использовании диспетчера композитинга, если окно перестает перерисовываться по запросу диспетчера окон, его последняя перерисовка останется отображаемой, и окно может быть затемнено. Часто заголовок изменяется, чтобы отразить статус окна как не отвечающего. Программа может препятствовать перемещению или отмене отображения своего окна, но обычно не вызывает проблем с перерисовкой.

История

Одной из первых систем с оконной системой композитинга была Commodore Amiga , выпущенная в 1985 году. Приложения могли сначала запрашивать область памяти за пределами текущей области отображения для использования в качестве растрового изображения. Затем оконная система Amiga будет использовать серию битовых битов, используя аппаратный блиттер системы, для построения композиции растровых изображений этих приложений - вместе с кнопками и ползунками - в памяти дисплея, не требуя от этих приложений перерисовки каких-либо своих растровых изображений.

Оконный менеджер Metacity , часть GNOME .

24 марта 2001 года Mac OS X v10.0 стала первой основной операционной системой, в которой реализован программный 3D-композитинг и эффекты, обеспечиваемые компонентом Quartz . С выпуском Mac OS X v10.2 и Quartz Extreme работа по композитингу может быть перенесена на специализированное графическое оборудование .

В 2003 году Sun Microsystems продемонстрировала амбициозную систему трехмерной графики под названием Project Looking Glass поверх своего набора инструментов Swing . Впервые он был показан на выставке LinuxWorld Expo 2003 года . Хотя Apple пригрозила подать в суд на Sun за нарушение прав интеллектуальной собственности , другие оконные менеджеры реализовали некоторые функции в Looking Glass. К 2006 году разработка была прекращена компанией Sun, основной бизнес которой был переход от графически ориентированных рабочих станций Unix к продаже корпоративных мэйнфреймов.

Microsoft впервые представила диспетчер окон рабочего стола в Project Longhorn на конференции по проектированию оборудования Windows 2003 года , продемонстрировав шаткие окна . Серьезные задержки в развитии Longhorn вызвали Microsoft не дебют ее 3D-композитинг менеджера окон до выхода Windows Vista в январе 2007 года.

Реализация композитинга в системе X Window потребовала некоторой переделки, которая происходила постепенно. Metacity 2.8.4 был выпущен в августе 2004 года. Однако первым широко разрекламированным оконным менеджером композитинга для X был Xfwm , выпущенный в январе 2005 года. 26 января 2005 года был выпущен Compiz , представляющий полностью ускоренное 3D-композитинг на платформе Linux. KDE «s KWin также поддерживает композитинга.

Композиция и 3D-эффекты в операционных системах

При компоновке трехмерные эффекты могут применяться к окнам для создания трехмерных эффектов рабочего стола. Современные оконные менеджеры композитинга используют аппаратное ускорение 3D. Программное обеспечение композитного оконного менеджера взаимодействует с графическим оборудованием через программные интерфейсы, такие как OpenGL или Direct3D .

Самые ранние широко распространенные реализации, использующие эту технику, были выпущены для Mac в Mac OS X 10.2 и для Linux в прототипе Luminocity . В настоящее время оконные менеджеры, использующие OpenGL, включают Compiz, KWin и Quartz Compositor, тогда как Desktop Window Manager в настоящее время использует DirectX 9. OpenGL все еще не полностью поддерживается на оборудовании, поэтому производительность композитинга на основе OpenGL должна продолжать улучшаться по мере улучшения оборудования.

Linux

Для стекирования оконных менеджеров, работающих на X-сервере, требовалось расширение цветового ключа или зеленого экранирования . Композиция была введена посредством расширения "Composite" . Менеджеры компоновки используют аппаратное ускорение с помощью этого расширения, если оно доступно.

Дополнительная информация: AIGLX
Ubuntu 8.04 Hardy Heron работает с переключателем сдвига Compiz в режиме переворота.

В Linux и UNIX возможность выполнять композицию с полным 3D-ускорением требовала фундаментальных изменений в X11 , чтобы использовать аппаратное ускорение. Первоначально начал появляться ряд модифицированных реализаций X11, разработанных на основе OpenGL , включая Xgl . Внедрение AIGLX устранит необходимость в использовании Xgl и позволит оконным менеджерам выполнять 3D-ускоренную композицию на стандартном X-сервере, при этом обеспечивая прямой рендеринг . В настоящее время карты NVIDIA , Intel и ATI поддерживают AIGLX .

Compiz представила эффект куба, который позволяет пользователю одновременно видеть до 6 виртуальных рабочих столов. Каждый рабочий стол преобразуется в текстуру поверхности куба, которую можно вращать по желанию. Compiz отображает широкий спектр 2D и 3D эффектов и имеет относительно низкие требования к оборудованию. В 2012 году Compiz был включен в Ubuntu Linux и включался автоматически, когда поддерживаемое оборудование и драйверы были доступны, а пользователь не выбрал 2D-режим.

Mutter (Metacity + Clutter ) заменил Metacity в качестве оконного менеджера по умолчанию для GNOME . Он включен в компонент оболочки GNOME в GNOME 3.0. Он использует механизм отображения Clutter, который был перенесен на все основные операционные системы, нетбуки и смартфоны .

Начиная с версии 4, оконный менеджер KWin KDE имеет возможности компоновки. KWin имеет большую часть той же функциональности, что и в Compiz .

Джава

Основная статья: Проект Зеркало

Project Looking Glass был оконным менеджером, сочетающим 3D-рендеринг и кроссплатформенный язык программирования Java . Сейчас он неактивен и выпущен под Стандартной общественной лицензией GNU . В дистрибутив Granular Linux live CD входит Looking Glass в качестве дополнительного оконного менеджера.

После того, как он был прекращен, некоторые из его функций, такие как переключение обложек и предварительный просмотр эскизов в реальном времени, нашли свое применение в других оконных менеджерах. Его более оригинальные особенности включали наклон окна, двусторонние оконные рамы и фон с параллаксной прокруткой .

AmigaOS 4 и MorphOS

Хотя они могут работать на оборудовании с поддержкой 3D, AmigaOS 4 и MorphOS предназначены для работы на старых устаревших компьютерах Amiga, начиная с Amiga 1200 . Таким образом, их оконные менеджеры имеют в основном возможности плоского рендеринга, которые включают составные слои, альфа-смешение, градиенты, высокое разрешение и несколько рабочих столов («экранов»), которые могут частично обрезать друг друга.

Майкрософт Виндоус

Хотя диспетчер окон в Windows 2000 выполняет композицию, он не выполняет преобразования, такие как альфа-канал для каждого пикселя. Немногие коммерческие приложения использовали альфа-смешение; бесплатные программы были одними из первых, кто экспериментировал с ним, хотя и с помощью дополнительных настроек. Композиция была представлена ​​с помощью диспетчера окон рабочего стола в Windows Vista .

Windows Vista и Windows 7 позволяют пользователю отключить диспетчер окон рабочего стола, выбрав параметры внешнего вида Windows Basic. Кроме того, он автоматически отключается Windows для выполнения аппаратного наложения через Overlay Mixer Filter .

Юзабилити и приятный глазу

Композиционный подход упрощает реализацию ряда функций, которые делают пользовательский интерфейс более доступным, простым в использовании или с добавлением ярких элементов.

Лупы

Эффект увеличения в Compiz (щелкните изображение, чтобы просмотреть его в масштабе).

Векторная графика , такая как шрифты TrueType и элементы с 3D-ускорением, может быть расширена без ухудшения качества (обычно из-за наложения имен ). Экран увеличитель увеличивает площадь экрана, что делает части текста легче читать - будьте то, чтобы предотвратить усталость глаз , для ослабленного зрения , или просто на расстоянии. Эту функциональность обеспечивают эффекты масштабирования, такие как лупа « рыбий глаз» и эффекты масштабирования рабочего стола.

Предварительный просмотр в реальном времени

Предварительный просмотр окна может отображаться в виде всплывающего эскиза, когда пользователь наводит курсор на соответствующую кнопку панели задач . Это позволяет пользователю идентифицировать несколько одновременно работающих программ и управлять ими.

Переключение окон

Основное переключение окон в Xgl.

Окна с похожими именами и значками часто вызывают путаницу, особенно когда их строки заголовков перекрываются; положение каждого такого окна на панели задач необходимо запомнить. Когда таким образом открыто много окон, пользователю часто приходится прибегать к методам проб и ошибок - нажимая каждую кнопку панели задач одну за другой - прежде чем продолжить. Переключение окон позволяет быстро просмотреть сразу несколько окон, временно расположив их на декоративном фоне. После того, как выбор сделан, окнам восстанавливается исходное расположение.

Выделение начинается, когда пользователь вводит комбинацию горячих клавиш , перемещает указатель мыши в точку доступа на экране или, в некоторых случаях, использует колесо прокрутки мыши . Элементы перемещаются с помощью клавиатуры или мыши. Элемент можно выбрать, отпустив горячую клавишу, нажав клавишу Enter или щелкнув по нему мышью.

Флип-переключение

Флип-переключение в Compiz.

Переключатель переворота - это усовершенствованная функция переключения Alt-Tab . Выполняющиеся окна организованы в стопку - аналогично переключателю в стиле флип в музыкальном автомате 1950-х годов или Rolodex . В некоторых системах пользователь может нажимать Alt-Shift-Tab для перехода назад. Визуальные переходы применяются к каждому элементу во время навигации.

Распространенные реализации переключения поворота включают Flip 3D в Windows и Shift Switcher в Compiz.

Переключение крышки

Переключатель крышки в KWin.

Переключение обложки похоже на переключение флип с несколькими, в основном визуальными, отличиями. Вместо одной стопки с выделенной областью наверху отображаются две симметричные стопки с текущим выделением спереди и в центре (аналогично функции наклона окна в Looking Glass).

Cover Flow - это реализация переключения обложек в macOS. Более поздние версии используют размытие, чтобы не выделять невыделенные элементы. Cover Flow также был реализован в другом программном обеспечении Apple, таком как iTunes .

Это также называется «просмотром книги».

Переключение звонка

Переключение звонков в Compiz Fusion.

Кольцевое переключение похоже на переключение щелчком, за исключением того, что окна перемещаются по кругу, с текущим выделением впереди, обычно внизу. Большинство композитных оконных менеджеров включают эту функцию прямо из коробки , также доступны сторонние приложения , такие как 3D-рабочий стол .

Группировка

Пользователь может группировать окна вместе, так что в каждой группе одновременно отображается только одно окно. В Compiz фрейм окна переворачивается, чтобы указать, когда активное окно в его группе было изменено.

Разоблачать

Основная статья: Exposé (macOS)

macOS отображает предварительный просмотр каждого окна на экране, разбивая их мозаикой. Другие системы с аналогичной функциональностью (Microsoft Windows, Compiz, KWin, сторонние приложения) называются клонами Exposé. Горячая клавиша для активации Exposé - это не Alt-Tab, а F3.

Управление полетами

Mac OS X 10.7 объединяет несколько других функций композитинга, разработанных Apple, таких как Exposé, Dashboard и Spaces, в более крупную программу под названием Mission Control .

Двигатели виджетов

Основная статья: Программный виджет

В macOS «виджеты» (одноцелевые апплеты ), такие как часы, блокнот и калькулятор, могут появляться при нажатии горячей клавиши . Механизмы виджетов ускоряют работу, делая часто используемые виджеты доступными, но ненавязчивыми. Они обрабатываются программой Dashboard в macOS.

Compiz начинается с пустого слоя виджетов, что позволяет пользователю добавлять приложения, щелкая по ним. Разнообразие виджетов поддерживается, в том числе Screenlets , gDesklets и SuperKaramba .

Windows Vista предоставляет гаджеты, которые пользователь может разместить на боковой панели Windows (гаджеты боковой панели), стартовой странице Windows Live (веб-гаджеты) или на внешнем дисплее, например на мобильном телефоне пользователя ( гаджеты SideShow ). Боковая панель Windows была видимым разделом в Windows Vista и была удалена в Windows 7 вместе с гаджетами боковой панели, которые были заменены на гаджеты рабочего стола .

Переходы и другие эффекты

До того, как были разработаны композитные оконные менеджеры, окна мгновенно появлялись и исчезали из поля зрения, что несовместимо с метафорой интерфейса (и с настройками физического офиса ). Некоторые системы, такие как Classic Mac OS, избежали этой проблемы с помощью ZoomRects , анимировав «масштабирование» контура окна в сторону его окончательного положения. Но в большинстве систем внезапное появление и исчезновение элементов графического интерфейса может показаться неопытным пользователям сбивающим с толку или даже хаотичным. Визуальные переходы обеспечивают контекст и помогают различать причинно-следственные связи элементов графического интерфейса. Вместо того, чтобы просто исчезнуть, окно может исчезнуть или заметно сжаться до панели задач. Выпадающее меню, которое было выбрано, может плавно выходить наружу из строки меню, что упрощает определение его происхождения и назначения.

Постепенные и естественные переходы могут быть особенно полезны для пожилых людей или пользователей с ослабленным зрением, которые замечают изменения на экране медленнее и с меньшей четкостью. Например, неопытный пользователь может импульсивно щелкнуть случайно активированное меню, что приведет к потере работы. Короткая задержка, необходимая для отображения визуального перехода, может дать пользователю достаточно времени, чтобы принять осознанное решение и избежать таких ошибок.

Фасады пользовательского интерфейса

Metisse реализует фасады пользовательского интерфейса, систему, которая предоставляет пользователям простые способы адаптации, перенастройки и рекомбинации существующих графических интерфейсов с помощью методов прямого управления .

Список оконных менеджеров композитинга

Список автономных менеджеров композитинга

  • xcompmgr - минимальная альтернатива Compiz
  • Compton - форк с исправленными ошибками для dcompmgr, который является форком xcompmgr. (Не поддерживается с 2017 года.)
  • Picom - легкий композитор для X11. Это развилка Комптона.
  • Cairo Compmgr (Cairo Composite Manager) - надстройка композитинга для существующих оконных менеджеров. Он использует Cairo , библиотеку векторной графики, также используемую в GTK + .
  • Unagi Compositing Manager - менеджер композитинга, который можно использовать вместе с существующим оконным менеджером. Он использует библиотеку XCB . (Не обслуживается с 2014 года.)
  • MCompositor - используется на телефонах MeeGo .

Операционные системы с композитными оконными менеджерами

  • Mac OS X 10.0 и новее
  • любая Unix-подобная ОС, использующая XOrg / AIGLX или Xgl
  • AmigaOS 4
  • MorphOS 2.0 и новее
  • Windows Vista и более поздние версии

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки