Windows 2D 绘图（GDI, GDI+, Direct2D)

最新推荐文章于 2024-11-30 16:00:00 发布

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分类专栏： Multimedia 多媒体开发文章标签： GDI GDI+ GDIPlus Direct2D 2D绘图

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Windows 2D 绘图

GDI
- GDI 函数
GDI+
- GDI 和 GDI+ 的区别
- GDI+ 新特性
Direct2D
- 视觉效果
demo

GDI

GDI 是 Graphics Device Interface 的缩写，含义是图形设备接口，它的主要任务是负责系统与绘图程序之间的信息交换，处理所有 Windows 程序的图形输出。

在 Windows 操作系统下，绝大多数具备图形界面的应用程序都离不开 GDI，我们利用 GDI 所提供的众多 API 就可以方便的在屏幕、打印机及其它输出设备上输出图形、文本等操作。

GDI 具有如下特点：

不允许程序直接访问物理显示硬件，通过称为“设备环境”的抽象接口间接访问显示硬件
程序需要与显示硬件（显示器、打印机等）进行通讯时，必须首先获得与特定窗口相关联的设备环境
用户无需关心具体的物理设备类型
Windows 参考设备环境的数据结构完成数据的输出

GDI 函数

GDI 函数大致可分类为：

设备上下文函数（如 GetDC、CreateDC、DeleteDC）
画线函数（如 LineTo、Polyline、Arc）
填充画图函数（如 Ellipse、FillRect、Pie）
画图属性函数（如 SetBkColor、SetBkMode、SetTextColor）
文本、字体函数（如 TextOut、GetFontData）
位图函数（如 SetPixel、BitBlt、StretchBlt）
坐标函数（如 DPtoLP、LPtoDP、ScreenToClient、ClientToScreen）
映射函数（如 SetMapMode、SetWindowExtEx、SetViewportExtEx）
元文件函数（如 PlayMetaFile、SetWinMetaFileBits）
区域函数（如 FillRgn、FrameRgn、InvertRgn）
路径函数（如 BeginPath、EndPath、StrokeAndFillPath）
裁剪函数（如 SelectClipRgn、SelectClipPath）

GDI+

GDI+ 是 GDI 的后续版本，最早于 2000 年随 Windows 2000 一起推出，后来又被包装进 .NET 框架的托管类库中，成为 .NET 中窗体绘图的主要工具。

GDI+ 主要提供了以下三类服务:

二维矢量图形：GDI+ 提供了存储图形基元自身信息的类（或结构体）、存储图形基元绘制方式信息的类以及实际进行绘制的类；
图像处理：大多数图片都难以划定为直线和曲线的集合，无法使用二维矢量图形方式进行处理。因此，GDI+ 为我们提供了 Bitmap、Image 等类。它们可用于显示、操作和保存 BMP、JPG、GIF 等图像。
文字显示：GDI+ 支持使用各种字体、字号和样式来显示文本。

GDI 接口是基于函数的，而 GDI+ 是基于 C++ OO 的编程接口，因此使用起来比 GDI 要方便。因为 GDI+ 实际上是 GDI 的封装和扩展，所以执行效率一般要低于 GDI。
GDI+

GDI 和 GDI+ 的区别

GDI 的核心是设备上下文，GDI 函数都依赖于设备上下文句柄，其编程方式是基于句柄的；GDI+ 无需时刻依赖于句柄或设备上下文，用户只需创建一个 Graphics 对象，就可以用面向对象的方式调用其成员函数进行图形操作，编程方式是基于对象的。

GDI 在使用设备上下文绘制线条之前，必须先调用 SelectObject 以使钢笔对象和设备上下文关联。其后，在设备上下文中绘制的所有线条均使用该钢笔，直到选择另一支不同的钢笔为止。GDI 中有当前位置的概念，所以在使用 GDI 绘制线条前应该先使用MoveTo 移动当前位置，再使用 LineTo 画线。

  CPen pen(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));
  dc.SelectObject(pen.GetSafeHandle());
  dc.MoveTo(0, 0);
  dc.LineTo(100, 100);

在 GDI+ 中，只需将 Pen 对象直接作为参数传递给 Graphics 类的 DrawLine 等方法即可，而不必使 Pen 对象与 Graphics 对象关联。且 GDI+ 中则没有当前位置的概念，画线函数中可以直接指定起点和终点。

  Pen myPen(Color::Red);
  graphics.DrawLine(&myPen, 0, 0, rect.right, 0);

GDI+ 新特性

改进了颜色管理
GDI+ 不仅提供了更多可供选择使用的颜色，使其支持 Alpha 通道合成运算，而且还保持了与其他颜色的兼容性。
绘图支持反锯齿
通过设置 GDI+ 对象的相关属性，GDI+ 可以与相关的显示驱动程序搭配完成图形绘制时的反锯齿功能，使得绘制的图形更加平滑、美观，而整个过程是由 GDI+ 对象自动计算完成的。
提供渐变画刷
GDI+ 拓展了 GDI 的功能，提供线性渐变和路径渐变画刷来填充图形、路径和区域，甚至也可用来绘制直线、曲线等。
独立的路径对象
GDI+ 使用 Graphics 对象来进行绘图操作，并将路径操作从 Graphics 对象分离出来，提供一个 Graphics 类供用户使用，用户不必担心对象会受到 Graphics 对象操作的影响，从而可以使用同一个操作对象进行多次的路径绘制操作。
样条曲线
GDI+ 封装了绘制基数样条曲线和贝塞尔样条曲线的方法。
变形和矩阵运算
GDI+ 提供了功能强大的 Matrix 类来实现矩阵的旋转，错切、平移、比例等变换操作，以便产生复杂的新图形。
多图片格式的支持
GDI+ 改进了图形处理能力，通过 GDI+，用户能够访问多种格式的图片文件，转换文件格式等，还能进行图像重新着色、色彩修正、消除走样等图像处理。

Direct2D

Direct2D 是一个基于 Direct3D 的 2D 图形 API，可以利用硬件加速特性来提供高性能、高质量的 2D 渲染。而且十分方便的是，Direct2D 与 GDI，GDI+ 和 D3D 都是可以交互的。一项技术总是有其受众面，看看微软怎么说的：

大型企业级本机应用程序开发人员。
创建供下游开发人员使用的控件工具包和库的开发人员。
需要对二维图形进行服务器端呈现的开发人员。
使用 Direct3D 图形，并且需要在菜单、用户界面 (UI) 元素和抬头显示器 (HUD) 中使用高性能的简单二维和文本呈现的开发人员。

在 Direct2D 架构的右下方，有一个软件光栅化（software rasterizer），假如显卡不支持硬件加速，那么 Direct2D 可以使用软件方式渲染，即便是这样，其效果还是要优于 GDI。

视觉效果

使用 Direct2D 渲染出来的效果要比 GDI 要好的多。因为 Direct2D 使用基于图元的反锯齿效果（这样会使线条更加的平滑），而且在渲染二维图元的时候，完全支持透明和 Alpha 混合。以下是对比的照片:
direct2d vs gdi
显然，右边的 Direct2D 的线条效果要好于左边的 GDI。

demo

GDI
正弦曲线
GDI+
渐变色，Alpha混合
D2D
螺旋路径动画

GDI 绘图代码：

void CChildView::_drawWithGDI( CPaintDC& dc )
{
   
    CRect rect;
    GetClientRect(&rect

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