在 WinForm 中使用 Direct2D

在 C# 的 WinForm 应用中，界面的绘制使用的是 GDI+。不过在一些特别的应用中，可能需要用硬件加速来提高绘制的效率。下面就来介绍两种在 WinForm 应用中嵌入 Direct2D 的方法。

这里所谓的“嵌入”，指的是只有窗口的某一部分应用 Direct2D 绘制（用一些控件承载），而不是整个窗口都使用 Direct2D 绘制。这是一种混合方案，需要用硬件加速的部分由自己来绘制，其它部分仍然可以使用现有的 WinForm 技术。

至于 Direct2D 的类库，我仍然使用 SharpDX 类库，使用 SharpDX.Windows.RenderControl 控件承载 Direct2D 渲染。

一、使用 HwndRenderTarget

HwndRenderTarget（ID2D1HwndRenderTarget interface），在 SharpDX 中对应的类是 WindowRenderTarget，是将窗口句柄（hwnd）作为渲染目标的类，利用它可以非常容易的在窗口中嵌入 Direct2D 渲染。

它的用法非常简单，只要先创建一个 Direct2D 工厂（SharpDX.Direct2D1.Factory），接下来直接创建 WindowRenderTarget 实例，然后就可以使用了。其核心代码如下所示：

// 创建 Direct2D 单线程工厂。
Factory factory = new Factory(FactoryType.SingleThreaded);
// 渲染参数。
RenderTargetProperties renderProps = new RenderTargetProperties
{
	PixelFormat = D2PixelFormat,
	Usage = RenderTargetUsage.None,
	Type = RenderTargetType.Default
};
// 渲染目标属性。
HwndRenderTargetProperties hwndProps = new HwndRenderTargetProperties()
{
	// 承载控件的句柄。
	Hwnd = hwndRenderControl.Handle,
	// 控件的尺寸。
	PixelSize = new Size2(hwndRenderControl.ClientSize.Width, hwndRenderControl.ClientSize.Height),
	PresentOptions = PresentOptions.None
};
// 渲染目标。
hwndRenderTarget = new WindowRenderTarget(factory, renderProps, hwndProps)
{
	AntialiasMode = AntialiasMode.PerPrimitive
};

一般的用法，就是在控件的 Paint 事件中，调用 hwndRenderTarget 的相关方法进行绘制。需要特别注意的是，如果控件的大小发生了改变，必须调用 WindowRenderTarget.Resize 方法，重新调整渲染目标的尺寸才可以，否则会导致绘制结果被拉伸，引起失真。

这个方法的优点就是非常简单易用，而且基本上只要操作系统是 Windows 7 及更高版本，都可以正常绘制（在第 8 行设置 Type = RenderTargetType.Default，会根据情况自动选择硬件渲染或软件渲染），适用范围很广。

其缺点首先是不能在 Windows 8 的 Store app 中使用，其次是与 Direct2D 的一些高级功能不能很好的结合。Direct2D 的很多高级功能，如渲染特效，都是需要与 DeviceContext 结合使用的，而 HwndRenderTarget 不能直接使用 DeviceContext 的渲染结果。

二、使用 DeviceContext

DeviceContext 则是一个比较“万能”的类，它可以将结果绘制到任意的 Image 上，在离线渲染与多线程渲染中是非常有用的。

使用 DeviceContext 来绘制 Direct2D 的做法则要复杂很多，由于 DeviceContext 并不能直接将结果渲染到窗口句柄上，因此需要在 DeviceContext 和 hwnd 之间建立起联系，这里使用的是 DXGI 的 SwapChain。

大致的步骤，是先利用 DeviceContext，将结果绘制到一块缓冲区中（BackBuffer 后台缓冲区），然后由 SwapChain 将后台缓冲区的内容，呈现到 hwnd 上，完成一次绘制。

创建时，需要创建 Direct3D Device、DXGI Device 和 Diect2D Device，这样才能创建 DeviceContext。接着再创建 SwapChain 和相应的 Surface 作为缓冲区，才能正常使用。相应的代码如下所示，由于会有很多重名类，因此我用 using 语句定义了很多类型别名，代码看起来会乱一些：

// 创建 Dierect3D 设备。
D3D11Device d3DDevice = new D3D11Device(DriverType.Hardware, DeviceCreationFlags.BgraSupport);
DXGIDevice dxgiDevice = d3DDevice.QueryInterface<D3D11Device1>().QueryInterface<DXGIDevice>();
// 创建 Direct2D 设备和工厂。
D2D1Device d2DDevice = new D2D1Device(dxgiDevice);
this.deviceContext = new DeviceContext(d2DDevice, DeviceContextOptions.None);

// 创建 DXGI SwapChain。
SwapChainDescription swapChainDesc = new SwapChainDescription()
{
	BufferCount = 1,
	Usage = Usage.RenderTargetOutput,
	OutputHandle = dcRenderControl.Handle,
	IsWindowed = true,
	// 这里宽度和高度都是 0，表示自动获取。
	ModeDescription = new ModeDescription(0, 0, new Rational(60, 1), Format),
	SampleDescription = new SampleDescription(1, 0),
	SwapEffect = SwapEffect.Discard
};
this.swapChain = new SwapChain(dxgiDevice.GetParent<Adapter>().GetParent<DXGIFactory>(),
	d3DDevice, swapChainDesc);
// 创建 BackBuffer。
this.backBuffer = Surface.FromSwapChain(this.swapChain, 0);
// 从 BackBuffer 创建 DeviceContext 可用的目标。
this.targetBitmap = new Bitmap1(this.deviceContext, backBuffer);
this.deviceContext.Target = targetBitmap;

绘制同样是在控件的 Paint 事件中绘制的，但要记得在最后调用 swapChain.Present 方法，令 SwapChain 将结果呈现在 hwnd 中。

在改变控件大小时，也要复杂很多。因为在调用 SwapChain 的 ResizeBuffers 方法之前，需要先将与 SwapChain 相关的资源全部释放掉，才能调整缓冲区的尺寸，最后还要重建相关的资源。

使用 DiviceContext 的优点很多，包括：

• 可以用于 Windows Store apps。
• DeviceContext 可以绘制到其它目标，只要简单的改变 Target 属性即可。
• 可以创建 Direct2D 特效。
• 可以使用多个 DeviceContext 来进行多线程绘制，可以参见这里。

在下面的 Demo 中，我也简单的演示了其它 DeviceContext 的绘制结果，可以直接被绘制到界面中。

该方法的缺点，就是创建略微复杂，而且需要电脑在一定程度上支持 Direct3D 才可以（具体要支持到什么程度，还不清楚~）。

关于 Direct2D 特效的应用，可以参见《C# 使用 Direct2D 实现斜角效果》。Direct2D 在 WinForm 中的实际应用，可以参见我的拼图游戏。

所有源代码和用到的类库都可以在这里下载。