Direct2D

Direct2D

D2D 是什么

Direct2D 是一种硬件加速的即时模式二维图形 API，可为二维几何对象、位图和文本提供高性能、高质量的呈现。Direct2D API 可与使用 GDI、GDI+ 或 Direct3D 的现有代码进行交互。（摘自百度百科）

D2D 适合谁

~~适合我。~~

想学就学吼啊。支持 GPU 加速吼啊。

开发环境

Visual Studio 2017 Community，安装了适用于桌面的 C++ 开发（仅安装了推荐选项）。

发布平台

至少 Windows 7。推荐 Windows 10。

入门

包含以下头文件：

#include <d2d1.h>

为了能够静态链接，链接以下库：

#pragma comment(lib, "d2d1.lib")

一、第一个 D2D 程序

1. 工厂

几乎所有 D2D 的资源都是工厂（factory）创建并维护的。它的数据类型叫作 ID2D1Factory。

ID2D1Factory * pFactory;

只能保存工厂的指针，只能通过 D2D1CreateFactory 函数创建工厂：

OILearner::OILearner() : TApplication(L"OI Learner", L"6D0741A6-057B-4F88-A42B-FFA2280C4988")
{
    if (FAILED(D2D1CreateFactory(
        D2D1_FACTORY_TYPE::D2D1_FACTORY_TYPE_MULTI_THREADED, &pFactory)))
        throw;
}

（由于是边开发边学，我又很懒，因此我直接把我项目里的代码拷贝过来了。相信大家能够看出来哪些是关键代码）

D2D1CreateFactory 有多个重载函数，上面是最简单的一个。其中第一个参数用于指定工厂的类型，工厂分为单线程和多线程两种类型。

类型	枚举名
单线程	`D2D1_FACTORY_TYPE::D2D1_FACTORY_TYPE_SINGLE_THREADED`
多线程	`D2D1_FACTORY_TYPE::D2D1_FACTORY_TYPE_MULTI_THREADED`

顾名思义，多线程的工厂会帮你确保线程安全，但单线程工厂需要你自己确保线程安全（但显然单线程工厂更灵活）。建议就用多线程工厂。

在程序退出时，需要调用成员函数 Release 释放资源。除了工厂，很多其它类型的资源也需要释放，以后不再强调：

OILearner::~OILearner()
{
#define SAFE_RELEASE(obj) if (obj) obj->Release(), obj = NULL 
    SAFE_RELEASE(pFactory);
#undef SAFE_RELEASE 
}

不过需要注意的是，既然资源是由工厂管理的，那么理所应当地，工厂应该最后释放。

一般来说，一个程序只需要一个工厂，所以我把工厂初始化的工作放在了应用程序初始化的地方，而没有放在窗口初始化的地方。

2. 呈现器

呈现器（render target）相当于一个缓冲画板。由于是第一个 D2D 程序，资料又比较缺乏，我又很弱，因此就找别人的教程来，用别人教程中的“窗口呈现器”（ID2D1HwndRenderTarget）为例。

ID2D1HwndRenderTarget * pRenderTarget;

工厂的存活周期应与应用程序的存活周期相同，而窗口呈现器应与窗口的存活周期相同。

BOOL MainWindow::OnCreate(HWND hwnd, LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)
{
    // 移动窗口位置
    auto cxS = GetSystemMetrics(SM_CXSCREEN);
    auto cyS = GetSystemMetrics(SM_CYSCREEN);
    int iLeft = (cxS - cxMin) / 2;
    int iTop = (cyS - cyMin) / 2;
    MoveWindow(hwnd, iLeft, iTop, cxMin, cyMin, TRUE);

    // 设置图标
    SendMessage(hwnd, WM_SETICON, NULL, (LPARAM)app.GetIconLarge());

    // 设置标题
    SetWindowTextW(hwnd, app.GetApplicationName().c_str());

    // 创建呈现器
    if (FAILED(app.pFactory->CreateHwndRenderTarget(D2D1::RenderTargetProperties(),
        D2D1::HwndRenderTargetProperties(hwnd, D2D1::SizeU(cxMin, cyMin)),
        &pRenderTarget)))
        throw;

    return TRUE;
}
VOID MainWindow::OnDestroy(HWND hwnd)
{
    if (pRenderTarget)
    {
        pRenderTarget->Release();
        pRenderTarget = NULL;
    }
    PostQuitMessage(0);
}

必须使用工厂提供的成员函数 CreateHwndRenderTarget 来创建窗口呈现器。它有三个参数，前两个参数应该分别由以下两个函数创建：

类型	使用函数
`D2D1_RENDER_TARGET_PROPERTIES`	`D2D1::RenderTargetProperties`
`D2D1_HWND_RENDER_TARGET_PROPERTIES`	`D2D1::HwndRenderTargetProperties`

具体什么意思，现在我也不知道。可以随时在 IDE 中按下 F1 查询帮助。已经知道的是，这两个函数有很多默认参数。到目前为止我们全都使用默认参数即可（除了窗口句柄）。

窗口呈现器的内存开销是巨大的，可以通过诊断工具查看内存使用情况。

3. 渲染

对于窗口呈现器，我们需要在 WM_PAINT 中编写代码。它的用法与 BeginPaint 和 EndPaint 类似：

VOID MainWindow::OnPaint(HWND hwnd)
{
    pRenderTarget->BeginDraw();

    pRenderTarget->Clear(D2D1::ColorF(D2D1::ColorF::White));

    ID2D1SolidColorBrush * brush;
    pRenderTarget->CreateSolidColorBrush(D2D1::ColorF(D2D1::ColorF::Black), &brush);
    pRenderTarget->DrawRectangle(D2D1::RectF(20, 20, iWidth - 20, iHeight - 20), brush);
    brush->Release();

    pRenderTarget->EndDraw();

    ValidateRect(hwnd, NULL); // note
}
VOID MainWindow::OnSize(HWND hwnd, UINT state, int cx, int cy)
{
    iWidth = cx;
    iHeight = cy;
    if (pRenderTarget)
        pRenderTarget->Resize(D2D1::SizeU(cx, cy));
}

注意，需要宣布窗口区域有效，否则将不断收到 OnPaint 消息。再次提醒，窗口呈现器的内存开销是巨大的。

4. 运行结果

（已在程序清单中将 DPI 识别等级修改为“高 DPI 识别”）

在 100% 的缩放比例下：

在 125% 的缩放比例下：

WTF？

参考资料

原来 D2D 需要你在绘图时忽视 DPI。在你设置 DPI 识别为“高 DPI 识别”后，D2D 会帮你自动缩放（至少对窗口呈现器来说是如此）。仔细研究一下窗口呈现器的原理，发现它的绘图大致分为两步（不准确，但足以让人理解为什么会这样）：

在缓存中根据给定的 Size 绘图。如果 DPI 大于 96，将 Size 按比例放大，将绘图指令也按比例放大；
调用 EndDraw 后，绘制到窗口上。将缓存中的内容缩放成客户区大小。

换句话说，D2D 有以下特征：

是双缓冲；
对固定分辨率支持十分良好；
~~对一般的 GUI 很不友好。~~

也就是说如果用 D2D 写一般的界面，不仅资源占用高，而且对高 DPI 的支持很麻烦。所以第一个程序写下来，我就打消了继续的念头……

Direct2D 学习笔记