Direct2D 教程 第 1 部分：RenderTarget
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Direct2D RenderTarget 教程
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引言
Direct2D 于 2009 年推出，旨在取代过时的 GDI+，并支持 Windows 7 或更高版本。这是 introductory Direct2D 教程系列的第一篇。在本教程中，我们将了解各种 RenderTarget。将 RenderTarget 视为一个可以绘制的画布。我们将重点介绍下面列出的四种 RenderTarget 类型。每种都有其特定的用途。
HWND渲染目标- 设备上下文 (DC) 渲染目标
- 位图渲染目标
- Windows 图像组件 (WIC) 渲染目标
HWND 渲染目标
第一个渲染目标是基于 HWND 的。在使用 Direct2D 之前，需要引入两个命名空间：D2D1 和 Microsoft::WRL，用于访问 Direct2D 类和 ComPtr（COM 对象的智能指针）。
using namespace D2D1;
using namespace Microsoft::WRL;
为了简化工厂的创建和访问，工厂被 put 在 FactorySingleton 中。
class FactorySingleton
{
public:
static ComPtr<ID2D1Factory> GetGraphicsFactory();
static ComPtr<IWICImagingFactory> GetImageFactory();
static void DestroyImageFactory();
private:
static ComPtr<ID2D1Factory> m_GraphicsFactory;
static ComPtr<IWICImagingFactory> m_ImageFactory;
};
如果 GetGraphicsFactory() 的指针是 nullptr，它将创建图形工厂。
ComPtr<ID2D1Factory> FactorySingleton::GetGraphicsFactory()
{
if (!m_GraphicsFactory)
{
D2D1_FACTORY_OPTIONS fo = {};
#ifdef DEBUG
fo.debugLevel = D2D1_DEBUG_LEVEL_INFORMATION;
#endif
HR(D2D1CreateFactory(D2D1_FACTORY_TYPE_SINGLE_THREADED,
fo,
m_GraphicsFactory.GetAddressOf()));
}
return m_GraphicsFactory;
}
我们将使用 MFC 来演示 Direct2D 代码。一个 MFC 对话框类，用于持有名为 m_Target 的 ID2D1HwndRenderTarget 对象，以及三个函数。
class CD2DHwndRTDlg : public CDialogEx
{
ComPtr<ID2D1HwndRenderTarget> m_Target;
void CreateDeviceResources();
void CreateDeviceIndependentResources();
void Draw();
};
在本教程中，我们不会使用任何资源，因此也不会创建任何资源，所以 CreateDeviceResources() 和 CreateDeviceIndependentResources() 应该为空。Draw() 会将对话框窗口清除为玉米蓝色。
void CD2DHwndRTDlg::CreateDeviceResources()
{
}
void CD2DHwndRTDlg::CreateDeviceIndependentResources()
{
}
void CD2DHwndRTDlg::Draw()
{
m_Target->Clear(ColorF(0.26f, 0.56f, 0.87f));
}
所有绘图都发生在重写的 OnPaint() 函数中。如果 m_Target 是 nullptr，我们使用图形工厂的 CreateHwndRenderTarget() 来创建它。在 m_Target 被创建之后，应该调用 CreateDeviceResources() 来创建与 m_Target 关联的设备相关资源。如前所述，在本教程中，我们没有任何资源。在进行任何绘图之前，我们首先检查我们的窗口是否被遮挡（意味着被其他窗口覆盖），如果被遮挡，则跳过绘图。所有绘图必须在 BeginDraw() 和 EndDraw() 之间进行。当 EndDraw() 返回 D2DERR_RECREATE_TARGET 时，我们将 m_Target 重置为 nullptr 并调用 Invalidate()，这将触发 WM_PAINT 消息，进而再次调用 OnPaint()。当 m_Target 被发现是 nullptr 时，它将被再次创建。
void CD2DHwndRTDlg::OnPaint()
{
// unrelated code generated from VC++ wizard not shown
CDialogEx::OnPaint();
if (!m_Target)
{
CRect rc;
GetClientRect(rc);
D2D1_SIZE_U size = D2D1::SizeU(
rc.right - rc.left,
rc.bottom - rc.top
);
HR(FactorySingleton::GetGraphicsFactory()->CreateHwndRenderTarget(
RenderTargetProperties(),
HwndRenderTargetProperties(GetSafeHwnd(), size),
m_Target.ReleaseAndGetAddressOf()));
CreateDeviceResources();
}
if (!(D2D1_WINDOW_STATE_OCCLUDED & m_Target->CheckWindowState()))
{
m_Target->BeginDraw();
Draw();
if (D2DERR_RECREATE_TARGET == m_Target->EndDraw())
{
m_Target.Reset();
Invalidate();
}
}
}
这是我们的玉米蓝色窗口。
设备上下文 (DC) 渲染目标
接下来，我们来看设备上下文渲染目标。读者可能会问，既然我们有了 HWND 渲染目标，为什么还需要 DC 渲染目标？这是一个非常好的问题。HWND 渲染目标在可滚动窗口上渲染不正确，而 DC 渲染目标在窗口滚动时渲染没有任何问题。除此之外，没有其他理由要使用 DC RT 而不是 HWND RT。这次，m_Target 是一个通用的 ID2D1DCRenderTarget 对象。
class CD2DDeviceContextRTDlg : public CDialogEx
{
ComPtr<ID2D1DCRenderTarget> m_Target;
void CreateDeviceResources();
void CreateDeviceIndependentResources();
void Draw();
};
DC RT 使用图形工厂的 CreateDCRenderTarget() 创建。在 DC RT 上进行任何绘图之前，必须使用 BindDC() 绑定一个有效的 DC。DC 不会检查是否被遮挡，因为通用的 m_Target 不提供 CheckWindowState()。
void CD2DDeviceContextRTDlg::OnPaint()
{
//CDialogEx::OnPaint();
if (!m_Target)
{
// Create a pixel format and initial its format
// and alphaMode fields.
D2D1_PIXEL_FORMAT pixelFormat = D2D1::PixelFormat(
DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM,
D2D1_ALPHA_MODE_PREMULTIPLIED
);
D2D1_RENDER_TARGET_PROPERTIES props = D2D1::RenderTargetProperties();
props.pixelFormat = pixelFormat;
HR(FactorySingleton::GetGraphicsFactory()->CreateDCRenderTarget(&props,
m_Target.ReleaseAndGetAddressOf()));
CreateDeviceResources();
}
CPaintDC dc(this);
CRect rc;
GetClientRect(rc);
m_Target->BindDC(dc.GetSafeHdc(), &rc);
m_Target->BeginDraw();
Draw();
if (D2DERR_RECREATE_TARGET == m_Target->EndDraw())
{
m_Target.Reset();
Invalidate();
}
}
位图渲染目标
我们可以使用 Bitmap RT 为 DC RT 提供双缓冲。m_BmpTarget 是一个额外的 RT（将进行所有绘图），而 m_Target 将其位图blit（复制）到窗口。
class CD2DBmpRTDlg : public CDialogEx
{
ComPtr<ID2D1DCRenderTarget> m_Target;
ComPtr<ID2D1BitmapRenderTarget> m_BmpTarget;
void CreateDeviceResources();
void CreateDeviceIndependentResources();
void Draw();
};
m_BmpTarget 的 Clear() 必须在其 BeginDraw() 和 EndDraw() 之间调用。
void CD2DBmpRTDlg::Draw()
{
m_BmpTarget->BeginDraw();
m_BmpTarget->Clear(ColorF(0.26f, 0.56f, 0.87f));
m_BmpTarget->EndDraw();
}
在 m_Target 创建 m_BmpTarget 之前，其 DC 必须使用 BindDC() 绑定。在 m_BmpTarget 上调用 GetBitmap 以获取其内部位图，供 m_Target 使用 DrawBitmap() 绘制到窗口。
void CD2DBmpRTDlg::OnPaint()
{
//CDialogEx::OnPaint();
CRect rc;
GetClientRect(rc);
CPaintDC dc(this);
if (!m_Target)
{
// Create a pixel format and initial its format
// and alphaMode fields.
D2D1_PIXEL_FORMAT pixelFormat = D2D1::PixelFormat(
DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM,
D2D1_ALPHA_MODE_PREMULTIPLIED
);
D2D1_RENDER_TARGET_PROPERTIES props = D2D1::RenderTargetProperties();
props.pixelFormat = pixelFormat;
HR(FactorySingleton::GetGraphicsFactory()->CreateDCRenderTarget(&props,
m_Target.ReleaseAndGetAddressOf()));
m_Target->BindDC(dc.GetSafeHdc(), &rc);
HR(m_Target->CreateCompatibleRenderTarget(m_BmpTarget.ReleaseAndGetAddressOf()));
CreateDeviceResources();
}
Draw();
ComPtr<ID2D1Bitmap> bitmap;
m_BmpTarget->GetBitmap(bitmap.GetAddressOf());
m_Target->BindDC(dc.GetSafeHdc(), &rc);
m_Target->BeginDraw();
m_Target->DrawBitmap(bitmap.Get());
if (D2DERR_RECREATE_TARGET == m_Target->EndDraw())
{
m_Target.Reset();
Invalidate();
}
}
Windows 图像组件 (WIC) 渲染目标
最后，我们有 Windows 图像组件位图渲染目标，用于将绘图保存为 JPEG 和 PNG 等图像格式。在 FactorySingleton 中，我们有 GetImageFactory()，它在检查到为 nullptr 时创建图像工厂。我们还有 DestroyImageFactory() 来销毁图像工厂。
ComPtr<IWICImagingFactory> FactorySingleton::GetImageFactory()
{
if (!m_ImageFactory)
{
CreateInstance(CLSID_WICImagingFactory, m_ImageFactory);
}
return m_ImageFactory;
}
void FactorySingleton::DestroyImageFactory()
{
if (m_ImageFactory)
{
m_ImageFactory.Reset();
}
}
WIC 需要 COM 运行时，所以我们必须调用 CoInitialize() 和 CoUninitialize() 来初始化和反初始化 COM 运行时。由于图像工厂是一个单例，而它本身又是一个全局变量：它可能在 COM 运行时反初始化后才被销毁。为了防止这种情况，我们在 CoUninitialize() 之前调用 DestroyImageFactory()，以确保全局 COM 对象（图像工厂）首先被销毁。
CD2DWicRTApp::CD2DWicRTApp()
{
HR(CoInitialize(nullptr));
}
CD2DWicRTApp::~CD2DWicRTApp()
{
FactorySingleton::DestroyImageFactory();
CoUninitialize();
}
在对话框类中，m_Target 是一个通用的 ID2D1RenderTarget 对象，它将由 WIC 位图支持。这次，我们不绘制到窗口，而是通过 m_Target 绘制到 WIC 位图，然后使用 SaveAs() 将图像保存到磁盘。
class CD2DWicRTDlg : public CDialogEx
{
ComPtr<ID2D1RenderTarget> m_Target;
ComPtr<IWICBitmap> m_WicBitmap; // WIC for above RT
void CreateDeviceResources();
void CreateDeviceIndependentResources();
void Draw();
void PaintAndSaveImage(PCWSTR filename);
void SaveAs(ComPtr<IWICBitmap>& bitmap, PCWSTR filename);
};
我们调用 PaintAndSaveImage()，并提供新图像文件的路径。
BOOL CD2DWicRTDlg::OnInitDialog()
{
// irrelevant code not displayed
// TODO: Add extra initialization here
PaintAndSaveImage(L"C:\\temp\\sample.PNG");
return TRUE;
}
m_WicBitmap 通过 CreateBitmap() 使用图像工厂创建，然后使用图形工厂的 CreateWicBitmapRenderTarget() 和 m_WicBitmap 作为第一个参数创建 m_Target。绘图完成后，调用 SaveAs() 保存图像。
void CD2DWicRTDlg::PaintAndSaveImage(PCWSTR filename)
{
CRect rc;
GetClientRect(rc);
if (!m_Target)
{
// Create a pixel format and initial its format
// and alphaMode fields.
D2D1_PIXEL_FORMAT pixelFormat = D2D1::PixelFormat(
DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM,
D2D1_ALPHA_MODE_PREMULTIPLIED
);
D2D1_RENDER_TARGET_PROPERTIES props = D2D1::RenderTargetProperties();
props.pixelFormat = pixelFormat;
HR(FactorySingleton::GetImageFactory()->CreateBitmap(rc.right, rc.bottom,
GUID_WICPixelFormat32bppPBGRA,
WICBitmapCacheOnLoad,
m_WicBitmap.ReleaseAndGetAddressOf()));
HR(FactorySingleton::GetGraphicsFactory()->CreateWicBitmapRenderTarget(m_WicBitmap.Get(),
RenderTargetProperties(), m_Target.ReleaseAndGetAddressOf()));
CreateDeviceResources();
}
m_Target->BeginDraw();
Draw();
if (D2DERR_RECREATE_TARGET == m_Target->EndDraw())
{
m_Target.Reset();
Invalidate();
}
else
{
SaveAs(m_WicBitmap, filename);
}
}
void CD2DWicRTDlg::SaveAs(ComPtr<IWICBitmap>& bitmap, PCWSTR filename)
{
CString filename_lower = filename;
filename_lower = filename_lower.MakeLower();
CString ext = filename_lower.Right(4);
GUID guid = GUID_ContainerFormatPng;
if (ext == L".png")
guid = GUID_ContainerFormatPng;
else if (ext == L".jpg")
guid = GUID_ContainerFormatJpeg;
ext = filename_lower.Right(5);
if (ext == L".jpeg" || ext == L".jpg+")
guid = GUID_ContainerFormatJpeg;
ComPtr<IStream> file;
HR(SHCreateStreamOnFileEx(filename,
STGM_CREATE | STGM_WRITE | STGM_SHARE_EXCLUSIVE,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
TRUE, // create
nullptr, // template
file.GetAddressOf()));
ComPtr<IWICBitmapEncoder> encoder;
HR(FactorySingleton::GetImageFactory()->CreateEncoder(guid,
nullptr, // vendor
encoder.GetAddressOf()));
HR(encoder->Initialize(file.Get(), WICBitmapEncoderNoCache));
ComPtr<IWICBitmapFrameEncode> frame;
ComPtr<IPropertyBag2> properties;
HR(encoder->CreateNewFrame(frame.GetAddressOf(), properties.GetAddressOf()));
HR(frame->Initialize(properties.Get()));
UINT width, height;
HR(bitmap->GetSize(&width, &height));
HR(frame->SetSize(width, height));
GUID pixelFormat;
HR(bitmap->GetPixelFormat(&pixelFormat));
auto negotiated = pixelFormat;
HR(frame->SetPixelFormat(&negotiated));
HR(frame->WriteSource(bitmap.Get(), nullptr));
HR(frame->Commit());
HR(encoder->Commit());
}
我们已经完成了第一个教程。我希望您能清楚地了解每种 Render Target 的用途。示例代码托管在 Direct2D tutorials。
历史
- 2020年5月25日：初始版本