Direct2D编程入门
Direct2D 编程入门
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一．引言
早就听说Direct2D和DirectWrite发布了。但由于安装的系统是XP，D2D和DWrite一直没有试——因为D2D/DWrite只支持Win7和Vista SP2。暑假重装了Win7，终于可以用了。如果你学过GDI+或Direct 3D，那么学起来比较容易，因为有很多函数、方法都和GDI+很相似。下面贴一些学习的笔记。
二．开发包安装
有关D2D/DWrite的最新文档，可以在它老窝：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd370990(VS.85).aspx找到。如果你没有安装D2D/DWrite开发包，可以去http://msdn.microsoft.com/en-us/windowsserver/bb980924.aspx下载最新微软Windows软件开发包。其中有D2D/DWrite所需要的头文件和库文件。安装好之后将Include、Lib目录添加到你的编译器中就可以了。当然你的操作系统必须为Win7或Vista SP2。安装之后的目录结构如下：
三．初步介绍
D2D开发所需要的头文件有d2d1.h（其中包含了d2d1helper.h、d2dbasetypes.h、d2derr.h），库文件有d2d1.lib。DWrite所需头文件有dwrite.h，库文件为dwrite.lib。D2D根对象为ID2D1Factory和ID2D1Resource接口，它们都是一组COM接口。而ID2D1Resource又通过ID2D1Factory来创建。所有的D2D资源对象都继承自ID2D1Resource接口。
ID2D1Factory接口是D2D程序的起始点。D2D资源有两种：与设备相关（Device Dependent）的和与设备无关（Device InDependent）的。与设备无关的资源在整个应用程序运行过程中一直存在，如ID2D1Factory。而与设备相关的资源当设备丢失（移除）时会停止运作。D2D的绘制工作都交由ID2D1HwndRenderTarget接口来完成，就像GDI+中的Graphics类。它是与设备相关的。其余绘制过程中所用到的资源——如Brush、Bitmap、Mesh、Layer——都由ID2D1HwndRenderTarget接口创建，它们也是设备相关资源。
D2D中的接口一般为ID2D1xxxx，其中xxxx为大小写结合的单词组，如ID2D1SolidBrush。而一般的结构为单词之间用下划线连接的全大写组合（D2D1_XXX_XXX），如D2D1_GRADIENT_STOP。枚举类型则是用下划线连接的大写字母组合，如D2D1_GAMMA；具体的枚举值则是枚举类型后加上限定字符，如D2D1_GAMMA_2_2、D2D1_GAMMA_1_0。函数或方法为大小写结合的单词组，如D2D1CreateFactory。函数一般返回HRESULT值，可用SUCCEEDED(hr)或FAILED(hr)来检测函数调用成功还是失败。
四．Demo
1> 框架简介：
多说无益，我们看一个例子。创建窗口、消息处理等我们自己写就是了。我们需要关注的是D2D资源的创建、D2D绘制、D2D资源销毁。这样我们需要关注的函数只有下面几个：
BOOL CreateDeviceIndependentResource(); //创建设备无关资源. BOOL CreateDeviceDependentResource(); //创建设备相关资源. void DiscardDeviceIndependentResource(); //销毁设备无关资源. void DiscardDeviceDependentResource(); //销毁设备相关资源. void Render(); //执行D2D绘制. void SizeUpdate(); //WM_SIZE消息触发.
需要注意的是：设备无关资源可以在WinMain入口处就创建。由于涉及到设备丢失的问题，所以设备相关资源必须在创建窗口获得窗口句柄后，窗口显示前完成。Rende()函数可以在程序WM_PAINT消息和空闲时间处理。资源销毁的顺序一般是：先创建的后销毁。所有绘制操作都交由D2D完成，所以我们要处理WM_ERASEBKGND消息。
这样我们需要关注的消息就有：WM_PAINT、WM_ERASEBKGND、WM_SIZE（稍后介绍）。所以程序的一般结构是：
int WINAPI WinMain(…) { CreateDeviceIndependentResource(); //创建设备无关资源. WNDCLASS wndClass; //窗口类填充、注册。 g_hWnd = CreateWindow(…); //创建窗口. CreateDeviceDependentResource(); //创建设备相关资源. ShowWindow(g_hWnd, SW_NORMAL); //显示窗口. UpdateWindow(g_hWnd); //更新窗口. RunMessageLoop(); //抓取消息.GetMessage DiscardDeviceDependentResource(); //销毁设备相关资源. DiscardDeviceIndependentResource(); //销毁设备无关资源. return 0; } // //消息处理回调函数如下: // LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, …) { Switch(message) { case WM_PAINT: Render(); //执行D2D绘制. return 0; case WM_ERASEBKGND: return 0; //直接返回,刷新交由D2D处理. case WM_SIZE: SizeUpdate(); //处理WM_SIZE消息. return 0; // 其余消息处理. default: break; } return DefWindowProc(hWnd, message, …); }
一般结构就是这样，如果我们用C++类封装一下，会显得更紧凑。我们要执行D2D绘制，必须定义的接口有ID2D1Factory、ID2D1HwndRenderTarget。如果还要画出一些东西的话，那么就要用到画刷（ID2D1SolidColorBrush等）。
2> 资源变量定义：
// // 定义的变量. // ID2D1Factory* g_pD2DFactory = 0; //D2D根对象. ID2D1HwndRenderTarget* g_pD2DRenderTarget = 0; //绘制目标. ID2D1SolidColorBrush* g_pSolidBrush = 0; //纯色画刷. ID2D1LinearGradientBrush* g_pLGBrush = 0; //线性渐变画刷. HWND g_hWnd = NULL; //全局窗口句柄.
3> 资源的创建：
// // D2D设备无关资源的创建. // BOOL CreateDeviceIndependentResource() { HRESULT hr = NULL; hr = D2D1CreateFactory( D2D1_FACTORY_TYPE_SINGLE_THREADED, &g_pD2DFactory ); return SUCCEEDED(hr); }
我们用D2D1CreateFactory创建了一个ID2D1Factory对象，第一个参数很明显是使用单线程。
// // D2D设备相关资源的创建. // BOOL CreateDeviceDependentResource() { HRESULT hr = NULL; RECT rc; ::GetClientRect(g_hWnd, &rc); D2D1_SIZE_U size = SizeU( rc.right - rc.left, rc.bottom - rc.top ); // // 创建绘制目标区域. // hr = g_pD2DFactory->CreateHwndRenderTarget( RenderTargetProperties(), HwndRenderTargetProperties(g_hWnd, size), &g_pD2DRenderTarget ); // // 创建纯色画刷. // if(SUCCEEDED(hr)) { hr = g_pD2DRenderTarget->CreateSolidColorBrush( ColorF(ColorF::OrangeRed), //画刷颜色. &g_pSolidBrush ); } ID2D1GradientStopCollection* pGStop = 0; //渐变点集合. D2D1_GRADIENT_STOP stops[2]; //渐变信息描述数组. stops[0].color = ColorF(ColorF::White); //第一个渐变点颜色. stops[1].color = ColorF(ColorF::Blue); //第二个渐变点颜色. stops[0].position = 0.0f; //第一个渐变点位置百分比. stops[1].position = 1.0f; //第二个渐变点位置百分比. if(SUCCEEDED(hr)) { hr = g_pD2DRenderTarget->CreateGradientStopCollection( stops, sizeof(stops) / sizeof(D2D1_GRADIENT_STOP), D2D1_GAMMA_2_2, //启用Gamma 2.2版本校正. D2D1_EXTEND_MODE_CLAMP, //扩展环绕模式. &pGStop ); } // // 创建线性渐变画刷. // if(SUCCEEDED(hr)) { hr = g_pD2DRenderTarget->CreateLinearGradientBrush( LinearGradientBrushProperties( Point2F(0.0f, 0.0f) //第一个渐变点坐标. Point2F(1.0f, 1.0f) //第二个渐变点坐标. ), pGStop, //渐变信息集合. &g_pLGBrush //所创建的渐变画刷. ); SafeRelease(pGStop); //释放局部资源. } return SUCCEEDED(hr); }
我们在释放的时候用到了一个模板SafeRelease，我们的定义如下:
// // 释放模板. // template
4> D2D绘制：
很简单。我们接着看绘制Render():
// // D2D绘制函数. // void Render() { // // 如果设备丢失,则创建与设备相关资源. // if(!g_pD2DRenderTarget) { if(!CreateDeviceDependentResource()) { return ; } } g_pD2DRenderTarget->BeginDraw(); //开始绘制. g_pD2DRenderTarget->Clear(ColorF(ColorF::White)); //将窗体设置为白色. // // 执行D2D绘制. // D2D1_POINT_2F StartPoint = Point2F(10.0f, 10.0f); D2D1_POINT_2F EndPoint = Point2F(100.0f, 100.0f); g_pSolidBrush->SetColor(ColorF(ColorF::Red)); //设置纯色画刷颜色. g_pD2DRenderTarget->DrawLine( //绘制一条线段. StartPoint, //起点. EndPoint, //终点. g_pSolidBrush, //所使用的画刷. 8.0f //线宽. ); D2D1_RECT_F rc = RectF(130.0f, 10.0f, 230.0f, 110.0f); g_pSolidBrush->SetColor(ColorF(ColorF::Pink)); g_pD2DRenderTarget->DrawRectangle( //绘制一个矩形. &rc, //要绘制的矩形. g_pSolidBrush, //所使用画刷. 6.0f //线宽. ); // // 用线性渐变画刷绘制一个椭圆. // D2D1_ELLIPSE ellipse = Ellipse( Point2F(350.0f, 70.0f), 80.0f, 40.0f ); g_pLGBrush->SetStartPoint(Point2F(270.0f, 30.0f)); //设置渐变起点. g_pLGBrush->SetEndPoint(Point2F(430.0f, 110.0f)); //设置渐变终点. g_pD2DRenderTarget->DrawEllipse( //绘制椭圆. ellipse, g_pLGBrush, 20.0f ); // // 用线性渐变画刷填充一个矩形. // g_pLGBrush->SetStartPoint(Point2F(10.0f, 150.0f)); //设置渐变起点. g_pLGBrush->SetEndPoint(Point2F(160.0f, 300.0f)); //设置渐变终点. rc = RectF(10.0f, 150.0f, 160.0f, 300.0f); g_pD2DRenderTarget->FillRectangle( rc, g_pLGBrush ); // // 绘制一个绿色圆角矩形. // rc = RectF(200.0f, 150.0f, 450.0f, 300.0f); D2D1_ROUNDED_RECT RoundRc = RoundedRect(rc, 10.0f, 10.0f); g_pSolidBrush->SetColor(ColorF(ColorF::ForestGreen)); g_pD2DRenderTarget->DrawRoundedRectangle( &RoundRc, g_pSolidBrush, 2.0f ); HRESULT hr = g_pD2DRenderTarget->EndDraw(); // // 如果设备丢失.我们丢弃设备相关资源以备下次 // 执行绘制时创建. // if(D2DERR_RECREATE_TARGET == hr) { DiscardDeviceDependentResource(); } }
如果你学过GDI+，可以看到，所有的绘制步骤与GDI+极其类似。绘制也很简单，三步走：开始绘制（BeginDraw）、绘制、结束绘制（EndDraw）。期间我们用ID2D1HwndRenderTarget::Clear来将窗体背景设置为我们想要的颜色——此例中我们设置为白色ColorFul::White。可以看出，全部的绘制工作都交由ID2D1HwndRenderTarget对象来完成。
除了绘制，我们还要处理设备丢失的问题——如果设备丢失，则丢弃与设备相关的资源，因为它们已经不可用了。然后在下一次绘制开始时重新创建设备相关资源。而设备无关资源一旦创建，就在整个应用程序运作过程中存在。
5> 资源释放：
我们接着看资源的释放。由于我们已经介绍了SafeRelease这个模板，所以释放工作显得非常简单。我们只需遵循“先创建的后释放”这一原则就是了。
// // 销毁资源无关资源. // void DiscardDeviceIndependentResource() { SafeRelease(g_pD2DFactory); } // // 销毁资源相关资源. // void DiscardDeviceDependentResource() { SafeRelease(g_pLGBrush); SafeRelease(g_pSolidBrush); SafeRelease(g_pD2DRenderTarget); }
6> WM_SIZE消息处理：
我们一直提到了WM_SIZE消息的处理。这有什么用呢？我们先看CreateDeviceDependentResource函数中ID2D1Factory::CreateHwndRenderTarget的第二个参数HwndRenderTargetProperties(g_hWnd, size);其中g_hWnd是这个绘制目标所关联的窗口句柄，而size是一个D2D1_SIZE_U类型的结构。size我们用的是客户区（Client）的宽度和高度来初始化的。所以，ID2D1HwndRenderTarget不仅关联了要绘制窗口的句柄，而且还关联了要绘制区域的大小。当窗口大小发生改变时，我们必须重设这个绘制区域大小。就是下面的SizeUpdate函数：
// // 处理WM_SIZE消息. // void SizeUpdate() { RECT rc; GetClientRect(g_hWnd, &rc); g_pD2DRenderTarget->Resize( SizeU(rc.right - rc.left, rc.bottom - rc.top) ); }
如果你在SizeUpdate中不做任何事情，那么会出现什么情况呢？如果你注释SizeUpdate中的所有代码，当你运行例程时，会发生有趣的现象：当拖动改变窗体大小时，窗体上你所绘制的图形也会随之变大或缩小！！你可以自己试验一下。
7> 运行与分析：
编译链接成功后，我们可以看看运行结果了。如下：
我同样用GDI+实现过这样的程序，但如果不用双缓冲的话，GDI+绘制的程序当拖动时有明显的闪烁现象。而此D2D绘制的例程在拉动、拖动时没有任何闪烁。D2D比GDI+的强大之处可见一斑。
五．小结
我们通过初步介绍D2D，并用一个小例程来学习了如何使用D2D来做自己想做的事情——当然，这个程序不是太酷，但这都是最基本的东西。只有将基础的东西弄懂，才能去发掘D2D中最精妙的知识。在附件中，包含了本例程的所有代码和可执行程序。当然，为了使程序显得更紧凑，我另外写了一个CD2DDemoApp类来封装了各个函数，也放在了附件中。你可以用VS2008或者VS2010编译。
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