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WarmGUI(3-1) 對DirectX2D座標變換的討論 【繪圖類封裝、多執行緒繪圖和優化處理(1)】

前一篇 說明了最基本的繪圖封裝eArtist類,這一篇通過探討座標變換說明使用方法,重點在說明eArtist座標變換容易讓人迷惑的地方,但是這個類的函式這樣設計是有原因的,或許有更好的實現來避免這些迷惑。
首先寫一個class CTestDx2d幫助窗體完成繪圖
 1 class CTestDx2d
 2 {
 3 public:
 4     CTestDx2d(void);
 5 ~CTestDx2d(void);
 6  7 int  OnCreate(HWND hwnd);    
 8 void OnSize(int cx, int cy);
 9 void Render();
10 11
 protected:
12     HWND _hwnd;                   ///儲存視窗控制代碼13     WARMGUI::eArtist* _artist; ///i am Artist!14     RECT _rectClient;          ///視窗大小15 };在WM_CREATE訊息時,初始化_artist
 1 int CTestDx2d::OnCreate(HWND hwnd)
 2 {
 3     _hwnd = hwnd;
 4  5 //create render target 6     CDxFactorys::GetInstance()->CreateRenderTarget(_hwnd, 
&_pHwndRT);
 7     _artist = new WARMGUI::eArtist();
 8     _artist->Init(_hwnd);
 9 10 return (0);
11 }響應WM_SIZE訊息,改變RenderTarget的大小,實際上不改變他的大小也是沒有任何問題的,因為DirectX會自動根據新視窗大小按比例縮放。這裡我們還是讓他改變
1 void CTestDx2d::OnSize(int cx, int cy)
2 {
3     _rectClient.left = _rectClient.top = 0, _rectClient.right = cx, _rectClient.bottom 
= cy;
4     _artist->ResizeRenderTarget(cx, cy);
5 }在響應WM_PAINT訊息時,呼叫Render()函式,我們在這個函式中展示座標變換的用法。D2D1_MATRIX_3X2_F 是一個3X2的矩陣,其中前2X2方陣是座標變換方陣,可以完成旋轉和縮放,第3行的兩個點是原點的平移位置。這些內容可以參考任何線性代數書,計算機繪圖書或遊戲開發材料,在此不多說了。
下面這個函式用三種顏色分段畫了一條從左上角到右下角的直線,如下圖:

程式碼如下:注意畫出三個線段的程式碼是同樣的,由於座標原點平移了,劃線的位置也不同。 1 #define BGR(b,g,r) ((COLORREF)(((BYTE)(b)|((WORD)((BYTE)(g))<<8))|(((DWORD)(BYTE)(r))<<16))) 2  3 void CTestDx2d::_test_trns()
 4 {
 5 int width = _rectClient.right / 3, height = _rectClient.bottom / 3;
 6  7     D2D1_MATRIX_3X2_F m = D2D1::Matrix3x2F::Identity();
 8     _artist->BeginDraw(true);
 9 10 //設定座標變換為單位矩陣11     _artist->SetTransform(&m);
12     _artist->SetSolidColorBrush(D2D1::ColorF(BGR(02550)));
13 //畫出第一段14     _artist->DrawLine(00, width, height);
15 16 //設定座標原點的平移17     m._31 = _rectClient.right/3, m._32 = _rectClient.bottom / 3;
18     _artist->SetTransform(&m);
19 //設定藍色線段20     _artist->SetSolidColorBrush(D2D1::ColorF(BGR(25500)));
21 //同樣的程式碼畫出第二段22     _artist->DrawLine(00, width, height);
23 24 25 //設定座標原點的平移26     m._31 = _rectClient.right * 2 /3, m._32 = _rectClient.bottom * 2/ 3;
27     _artist->SetTransform(&m);
28 //紅色線段29     _artist->SetSolidColorBrush(D2D1::ColorF(BGR(00255)));
30 //同樣的程式碼畫出第三段31     _artist->DrawLine(00, width, height);
32 33     _artist->EndDraw();
34 }巨集BGR按照blue, green, red的順序定義顏色,這與一般使用的RGB定義順序不同,是因為這樣的順序能獲得更好的效能,RenderTarget的相容格式一般也設定為BGRA,A是alpha透明度。具體的可以看微軟影象相容格式規格文件。
容易混淆的地方在於,如果螢幕上的圖形有很多部分,每部分用到了不同的變換,對於一個智商低下的我來說,很容易搞亂

第一種辦法是在單執行緒繪圖中先對原來的變換作個備份,用完之後再恢復:
1 ID2D1_MATRIX_3X2_F mOld, mNew;
2 _artist->GetTransform(&mOld;)
3 _artist->SetTransform(&mNew;)
4 5 DrawSomething();
6 7 _artist->SetTransform(&mOld;)

如果有多個執行緒同時使用,用互斥鎖又等於把多執行緒繪圖變成了單執行緒繪圖,因此第二個方法是使用Bitmap-RT繪圖,然後再從Bitmap-RT繪製到Hwnd-RT.由於每個Bitmap-RT是獨立的,對他的變換設定不會影響到其他執行緒,首先按照微軟的建議,在CTestDx2d中新增一個ID2D1Bitmap *_bmp_screen,這個點陣圖資源在初始時被建立,大小為視窗客戶區大小,把這句話加到OnSize函式中就可以使用了,並且不要忘記在~CTestDx2d中釋放資源:

1 _artist->CreateBitmap(&_bmp_screen, _rectClient);CreateBitmap的內部實現是這樣的:
1 inline HRESULT eArtist::CreateBitmap(WGBitmap** pBitmap, RECT& rect)
2 {
3     SafeRelease(pBitmap);
4 return _pHwndRT->CreateBitmap(
5                 D2D1::SizeU(RectWidth(rect), RectHeight(rect)),
6                 D2D1::BitmapProperties(D2D1::PixelFormat(DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM, D2D1_ALPHA_MODE_PREMULTIPLIED)),
7                 pBitmap);
8 }
先釋放現有的點陣圖資源,然後建立了BGRA格式的點陣圖。Again, 點陣圖建立後應儘量重複使用,直到程式退出再釋放。
現在用Bitmap-RenderTarget畫第三個線段,用一個小矩形標出Bmp-RT繪製的區域:


第18行使用了Bitmap-RT繪圖,注意所有的座標還是從0,0開始的
 1 void CTestDx2d::Render()
 2 {
 3 int width = _rectClient.right /3, height = _rectClient.bottom /3;
 4  5     MATRIX_2D_t m = D2D1::Matrix3x2F::Identity();
 6     _artist->BeginDraw(true);
 7  8 // 9 //畫前兩段的程式碼同上
10 //11 12 //畫第三段
13 //使用Bitmap-RenderTarget畫圖14     _artist->BeginBmpDraw();
15
//設定座標原點的平移16     m._31 = _rectClient.right *2/3, m._32 = _rectClient.bottom *2/3;
17     _artist->SetTransform(&m);
18 19 //紅色線段20     _artist->SetSolidColorBrush(D2D1::ColorF(BGR(00255)));
21 //同樣的程式碼畫出第三段
22 //注意座標原點是從0,0開始的,說明Bitmap-RT已經繼承了來自Hwnd-RT的座標變換23     _artist->DrawLine(00, width, height);
24 25 //畫一個矩形以清楚的表明Bitmap的位置26     _artist->SetSolidColorBrush(D2D1::ColorF(BGR(255255255)));
27     _artist->DrawRectangle(00, width, height);
28 29 //結束Bmp-RT畫圖30     _artist->EndBmpDraw();
31 32 //從Bitmap-RenderTarget上獲得點陣圖33     POINT p0 = {00};
34     RECT rect = {00, width, height};
35     _artist->CopyFromRenderTarget(_bmp_screen, p0, rect);
36 37 //繪製點陣圖38     _artist->UsingHwndRT();
39     _artist->DrawBitmap(_bmp_screen, rect, rect);
40 41     _artist->EndDraw();
42 }
看這幾句話,
12 //畫第三段
13 //使用Bitmap-RenderTarget畫圖14     _artist->BeginBmpDraw();
15
//設定座標原點的平移16     m._31 = _rectClient.right * 2 /3, m._32 = _rectClient.bottom * 2/ 3;
17     _artist->SetTransform(&m);注意BeginBmpDraw在SetTransfor之前,這樣就是給Bmp-RT設定座標變換,如果這兩句反過來寫,就是給Hwnd-RT設定變換,在這個例子中,這兩者的效果是一樣的,但是如果想在Bmp-RT中再畫一條線小矩形區域外的線,就會在錯誤的地方畫一條先,甚至產生種種讓人迷惑費解的效果,原因就是設定了不同的RenderTarget。或者可以在設定座標變換之前顯示的使用UsingBmpRT(),然後再設定座標。這是非常容易誤解的地方。

但這麼設計是有原因的,原因在於繪圖的函式可以寫的很簡單,比如_artist->DrawLine(),可以不同繪圖策略中使用同樣的程式碼繪製圖形,圖形被繪製到了不同的RenderTarget上,所以要小心的使用座標變換,確保正確。實踐中,儘可能保持HwndRT的變換始終為單位矩陣,變換更多的在BmpRT中做。如果是多執行緒繪圖更應該使用這樣的方法。