dotnet C# 使用 Vortice 支持 Direct2D1 離屏渲染

本文告訴大家如何使用 Vortice 進行 D2D 的離屏渲染功能，本文將在一個純控制台無視窗的應用下，使用 Direct2D1 進行離屏繪製，將繪製結果保存為本地圖片文件

本文屬於使用 Vortice 調用 DirectX 系列博客，也屬於 DirectX 系列博客，本文屬於入門級博客，但在閱讀本文之前，期望大家瞭解了 DirectX 的基礎概念

本文使用的 Vortice 是 SharpDx 的代替品，是對 DirectX 的底層 C# 封裝。使用 Vortice 底層庫，能讓 C# 代碼比較方便的和 DirectX 對接。儘管本文使用的是 Vortice 庫來調用 DirectX 相關的介面，但不代表著只有 Vortice 庫能做此實現，可以將 Vortice 換成其他的對 DirectX 封裝的庫，例如 SharpDx 或者是 Silk.NET 等，更換之後只是調用的方法或者是參數等稍微有點不相同，但是實現思路都是相同的

使用 Direct2D1 離屏渲染技術，可以進行脫離具體的視窗調用渲染，可以不需要占用主線程的時間，採用後臺線程驅動執行渲染。可以實現在某些性能敏感的業務上，預先準備好渲染內容，從而提升性能等

新建一個 dotnet 6 的控制台項目，咱將在此新建的項目裡面完成一個簡單的 Direct2D1 離屏渲染的控制台應用。本文不會貼所有的代碼，如果按照本文給出的代碼構建不通過或者遇到其他問題，還請到本文末尾獲取所有源代碼，將源代碼拉到本地構建

按照慣例，在開始之前，先通過 NuGet 安裝必要的庫。在 dotnet 6 項目里，採用 SDK 風格的 csproj 項目文件格式，可以通過編輯項目文件的方式快速安裝 NuGet 庫。可以在 VisualStudio 里，右擊項目，點擊編輯項目文件，或者雙擊項目都可以，替換項目文件為以下代碼即可完成安裝

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
  <PropertyGroup>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <TargetFramework>net6.0</TargetFramework>
    <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
    <Nullable>enable</Nullable>
  </PropertyGroup>
  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="Vortice.Direct2D1" Version="2.1.32" />
    <PackageReference Include="Vortice.Win32" Version="1.6.2" />
  </ItemGroup>
</Project>

以上代碼安裝了 Vortice.Direct2D1 庫用來對接 Direct2D1 的邏輯，安裝了 Vortice.Win32 用來輔助處理雜項邏輯

打開 Program.cs 文件，開始編寫離線渲染邏輯。開始編寫代碼之前，先引用命名空間

using Vortice.Mathematics;
using Vortice.WIC;
using D2D = Vortice.Direct2D1;
using PixelFormat = Vortice.DCommon.PixelFormat;

大家都知道，使用 D2D 時，最重要的就是獲取到 ID2D1RenderTarget 用來作為繪製的畫布。創建 ID2D1RenderTarget 的方法有很多個，本文是通過 ID2D1Factory1 工廠調用 CreateWicBitmapRenderTarget 方法，從一個 IWICBitmap 創建的

也就是說想要獲取到 ID2D1RenderTarget 進行繪製，就需要能先拿到 IWICBitmap 類型的對象。創建 IWICBitmap 類型的對象需要通過 WIC 工廠進行創建。於是先創建工廠

        using var wicImagingFactory = new IWICImagingFactory();

通過 IWICImagingFactory 工廠創建 IWICBitmap 對象，需要調用 CreateBitmap 方法，傳入尺寸和顏色格式。顏色格式裡面只有一些是 D2D 支持的，本文這裡採用常用的 PixelFormat32bppPBGRA 格式

        using IWICBitmap wicBitmap =
            wicImagingFactory.CreateBitmap(1000, 1000, Win32.Graphics.Imaging.Apis.GUID_WICPixelFormat32bppPBGRA);

獲取到 IWICBitmap 類型的對象，即可開始通過 D2D 工廠創建 ID2D1RenderTarget 畫布。先創建 D2D 工廠

        using D2D.ID2D1Factory1 d2DFactory = D2D.D2D1.D2D1CreateFactory<D2D.ID2D1Factory1>();

接著設置渲染參數

        var renderTargetProperties = new D2D.RenderTargetProperties(PixelFormat.Premultiplied);

創建 ID2D1RenderTarget 對象

        D2D.ID2D1RenderTarget d2D1RenderTarget =
            d2DFactory.CreateWicBitmapRenderTarget(wicBitmap, renderTargetProperties);

以上就是最核心的步驟了，獲取到 ID2D1RenderTarget 對象，即可開始 D2D 的繪製邏輯，如下麵代碼，修改畫布顏色

        using var renderTarget = d2D1RenderTarget;
        // 開始繪製邏輯
        renderTarget.BeginDraw();

        // 隨意創建顏色
        var color = new Color4((byte) Random.Shared.Next(255), (byte) Random.Shared.Next(255),
            (byte) Random.Shared.Next(255));
        renderTarget.Clear(color);

        renderTarget.EndDraw();

如此即可將內容繪製到 IWICBitmap 上

接下來是將 IWICBitmap 的內容保存到本地的圖片，保存 IWICBitmap 需要先對 IWICBitmap 進行編碼，編碼時需要使用 WIC 工廠創建編碼器，接著傳入編碼的格式和編碼的輸出

先打開一個文件用來存放編碼的輸出

        var file = @"D2D.png";
        using (var fileStream = File.OpenWrite(file))
        {
            // 忽略代碼
        }

通過 WIC 工廠創建編碼器，設置編碼的格式是 png 格式

            using var wicBitmapEncoder =
                wicImagingFactory.CreateEncoder(Win32.Graphics.Imaging.Apis.GUID_ContainerFormatPng);

設置編碼的輸出到文件

            wicBitmapEncoder.Initialize(fileStream);

從編碼器創建出一張圖片

            using var wicFrameEncode = wicBitmapEncoder.CreateNewFrame(out var _);
            wicFrameEncode.Initialize();

將上文完成繪製的 IWICBitmap 輸入到編碼器裡面

            wicFrameEncode.WriteSource(wicBitmap);

完成邏輯之後提交一下

            wicFrameEncode.Commit();
            wicBitmapEncoder.Commit();

如此執行完成，即可將繪製的內容保存到本地文件里。這就是本文的採用 D2D 進行離屏繪製的方法

想不開的話，可以測試一下調用渲染時是否能跑滿 GPU 資源，稍微更改一下渲染的代碼，從原本的調用 Clear 修改顏色，修改為以下邏輯

        using var renderTarget = d2D1RenderTarget;
        var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
        while (true)
        {
            // 開始繪製邏輯
            renderTarget.BeginDraw();

            // 隨意創建顏色
            var color = new Color4((byte) Random.Shared.Next(255), (byte) Random.Shared.Next(255),
                (byte) Random.Shared.Next(255));
            renderTarget.Clear(color);
            color = new Color4(GetRandom(), GetRandom(), GetRandom());
            using var brush = renderTarget.CreateSolidColorBrush(color);

            for (int i = 0; i < 1000; i++)
            {
                renderTarget.DrawEllipse(new D2D.Ellipse(new Vector2(GetRandom(), GetRandom()), 5, 5), brush, 2);
            }

            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine($"Draw: {stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
            stopwatch.Restart();

            renderTarget.EndDraw();

            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine($"EndDraw: {stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
            stopwatch.Restart();

            byte GetRandom() => (byte) Random.Shared.Next(255);
        }

嘗試運行代碼，看看任務管理器裡面，顯示當前進程是否有用到 GPU 資源，以及占用了多少 GPU 資源

本文的代碼放在github 和 gitee 歡迎訪問

可以通過如下方式獲取本文的源代碼，先創建一個空文件夾，接著使用命令行 cd 命令進入此空文件夾，在命令行裡面輸入以下代碼，即可獲取到本文的代碼

git init
git remote add origin https://gitee.com/lindexi/lindexi_gd.git
git pull origin bb1f1f3db2cf7317341e830d1e3adb14df67a71e

以上使用的是 gitee 的源，如果 gitee 不能訪問，請替換為 github 的源。請在命令行繼續輸入以下代碼

git remote remove origin
git remote add origin https://github.com/lindexi/lindexi_gd.git
git pull origin bb1f1f3db2cf7317341e830d1e3adb14df67a71e

獲取代碼之後，進入 WakolerwhaKanicabirem 文件夾

渲染部分，關於 SharpDx 使用，包括入門級教程，請參閱：

• WPF 使用 SharpDx 渲染博客導航
• SharpDX 系列

在 WPF 框架的渲染部分，請參閱： WPF 底層渲染_lindexi_gd的博客-CSDN博客

更多關於我博客請參閱 博客導航

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