Qt之高DPI显示器(一) - 解决方案整理
最近一直在处理高DPI问题，也花费了不少功夫，前前后后使用了多种解决方案，各种方案也都有利弊，笔者最终采用了自适配方案，虽然复杂一些，但是结果可控。这里把处理的过程记录下来，留给有同样需求的同学
DPI发展
随着显示器质量的增高，高分屏逐渐增多，很多用户平时使用的机器都是2k屏甚至是4k屏。
显示器分辨率变大后，同样的物理尺寸下可以表示更多的点，也就是我们平时所说的像素。
误区说明
我们现在平时所说的软件像素应该是PPI(Pixels Per Inch)，中文意思是每英寸像素数，而我们windows系统中修改的DPI其实就是这个PPI。
为什么会有这个误区呢？
答案：因为这个世界正在尽人类想象所能地使其变得难懂。
1、PPI
每英寸像素数，像素表示的是“图片的原色”，足够靠近你显示屏上的图片你就会看到他们：一排一排的小方块。换句话说，他们也是一个电子图片的最小可寻址单元。
其中每一个电子图片则是由更小的光学单元组成，这些光学单元就是红色、绿色和蓝色。
PPI的始作俑者
可悲的是，一些生产厂商将这些 sub-pixel 描述为“dot”，为什么这样认为呢？因为他和DPI的墨点工作方式相同，然后就是一顿商业互吹，用DPI来描述PPI就被开始误用了。
需要注意的是，pixel 是一个固定大小的物理物体，因此，一个屏幕上的 PPI 是固定的。大部显示器都是 66 - 130ppi。
PPI 和打印的目标
只有要打印出来时，设定 PPI 才有效。
在打印的过程中，所有在屏幕上组成图片的物理pixel都被转换成不同色调的小正方形，这些小正方形是另外一种“像素”，下文中都使用pixel-d来表示。
当打印时，如果增加图片的大小为300%，图片是放大了300%，但是图片的颗粒度更大了！如果想要清晰度不变，而大小发生变化，这个时候我们就需要修改PPI。
看一个图片打印的示例
| 图片尺寸 | PPI | 物理春 | 结果 | 打印机(DPI) | 每英寸点数 | 总点数 | 结果 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 300px * 300px | 10 | 30 * 30英寸 | 非常大 | 60 | 60 * 60 | 30 * 30 * 每英寸点数 | 非常虚 |
| 300px * 300px | 300 | 1 * 1英寸 | 非常小 | 90 | 90 * 90 | 1 * 1 * 每英寸点数 | 细腻 |
| 300px * 300px | 60 | 5 * 5英寸 | 可能合适 | 120 | 120 * 120 | 5 * 5 * 每英寸点数 | 非常细腻 |
对于最终的打印输出而言，将 PPI 输入认为是一种调节物理大小的方式，而不是分辨率。
PPI可以决定打印的大小，想要更加细腻的打印效果则是需要增加更多的pixel-d。
2、DPI
DPI 只是打印机的技术参数，就像是你电脑显示器的 pixel 分辨率。
比如说，你以 600 dpi 来打印一幅 150ppi 的图像，那么每个“pixel”将会包括16个 dot（600 dot/150 “pixel” = 4 x 4 / “pixel”)。
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| Inch英寸 | 物理单位，可以衡量显示器的物理大小 |
| PPI每英寸像素数 | 物理值，由硬件厂商决定。表示每英寸下可以存储多少个光学单元 |
| DPI每英寸点数 | 打印机单位，一个技术参数，代表打印机的好坏。通常来说，dot 矩阵打印机可打印的 dpi 范围为 60 - 90，喷墨打印机的 dpi 范围为 300 - 600，而激光打印机为 600 - 1800。 |
| Resolution分辨率 | 显示器单位，描述每英寸像素数 |
| windows系统DPI | 个人理解：windows自己的一个标准，表示每英寸像素数，也就是PPI(显示器真正的PPI不支持修改)；类似于打印时的DPI。一个技术指标或者参数 |
综上：对于我们软件开发来说，其实所说的像素大小都是指PPI，这里要区分不是显示器的固定PPI，windows系统上修改DPI时其实修改的系统模拟出来的PPI；就类似于我们打印图片时输出的PPI一样，可以决定图片打印的物理尺寸。
一、Win自适应系统
High DPI Desktop Application Development on Windows
总的来说可以用，但是会模糊。目前win10效果最好，基本清晰，但是还可以优化；win7系统上基本是糊的，如果您的产品是一个互联网软件，那么系统自适应绝对不是最佳方案。
二、Qt机制
要使用Qt高DPI缩放，首先得禁用系统缩放。
方式1： QApplication构造前设置Qt::AA_EnableHighDpiScaling属性
方式2： 设置环境变量QT_AUTO_SCREEN_SCALE_FACTOR为1
1、Windows系统DWM缩放
启用系统缩放时，由于使用的都是图片拉伸的方式则会产品模糊
| --- | DPI Unaware | System DPI Awareness | Per-Monitor and Per-Monitor (V2) DPI Awareness |
|---|---|---|---|
| 含义 | 启用系统缩放 | 应用程序已在启动的显示器上支持高DPI，但是没有对其他显示器支持，也就是说请系统在其他显示器上帮我启用系统缩放 | 永远不要对我做虚拟化，因为我自己能搞定 |
启用系统DPI虚拟化，可以调用SetProcessDpiAwareness接口。该接口有一个枚举的参数类型PROCESS_DPI_AWARENESS，但是这个参数只有在Win8.1之后才有。
Win10上有一个增强型虚拟化，可以大大优化DWM效果。
Win7可以调用SetProcessDpiAware接口
2、 Qt适配高DPI
基于Qt5.7测试结果
| --- | Qt虚拟化 | 推荐度 | 系统虚拟化 | 推荐度 |
|---|---|---|---|---|
| Win7 | 只能使用整数倍放大，效果会模糊 | * | 支持系统下拉框中的浮点缩放，图片会模糊(有些系统失效) | ** |
| Win10 | 只能使用整数倍放大，字体比较清晰，但是需要适配高DPI图片 | **** | 图片拉伸，启用了Win增强型DWM，效果还可以，但字体没有Qt适配清楚 | ** |
基于Qt5.13测试结果
| --- | Qt虚拟化 | 推荐度 | 系统虚拟化 | 推荐度 |
|---|---|---|---|---|
| Win7 | 同Qt5.7，但是显示有过好于Qt5.7 | ** | 同Qt5.7 | ** |
| Win10 | 支持系统自定义分辨率，例如125%、175% 在不同分辨率下分别启动软件后，在相同指定分辨率下显示大小不一样 例如：在分辨率125%下启动软件，此时不要关闭程序1并修改分辨率为150%，然后在启动一次软件为程序2，观察程序1和程序2的大小，发现不一大。 |
**** | 同Qt5.7 | ** |
我们的软件在Win10上会强制启用增强型虚拟户，需要对exe右键属性-兼容性-所有用户设置进行禁用
3、适配DPI结论
1、Qt5.7只支持整数比例缩放
- 100%:0-149%
- 200%:150%-249%
- 300%:250%-349%
- ...往后依次类推
- 100%DPI下启动程序，切换DPI时无法对已启动软件大小做出影响；反之如果非100%DPI启动程序则是正常的。
2、Qt5.13支持系统预定义缩放比例
- 100%：100%
- 125%：125%
- ...往后依次类推，如果自定义了缩放比，默认按250%(测试结果，不一定准，有待测试多个显示器)显示。但不同分辨率下启动同一个软件后(启动的软件不关闭切换分辨率)，在最后切换的分辨率上观察程序，大小都不一样。
Qt5.7和Qt5.13都有的问题
100%DPI启动软件后，再次修改DPI时，软件大小不会再次发生变化。
到这这里高DPI测试基本结束，综合各种情况，得出如下两个结论：
- 高DPI适配使用Qt来做。Qt支持高DPI比windows系统缩放效果要好。
- Qt使用5.7。升级Qt到5.13时，需要升级vs至少到2015，并且软件只能是x64版本的，否则还需要升级工具到更高版本，并且我们的依赖库也可能需要重新编译，成本较高，而且5.13支持高DPI比5.7多的地方我们暂时可以不需要(主要是支持系统定义好的浮点缩放)，因此不做Qt升级工作。
三、Qt适配
由于升级到5.13有很多成本，暂且使用Qt5.7进行适配
使用Qt5.7适配高DPI
缺点请看一节第三小节中
Qt5.7只支持整数比例缩放
决定使用Qt5.7适配高DPI后，我们需要干如下几件事：
- 原生放大比例和web放大比例统一
- 系统DPI修改时，禁用刷新
- 添加不同DPI下图片
1、统一比例
100% 200%
2、强制刷新
WM_DPICHANGED
接收系统DPI发生变化消息
3、图片适配
添加不同DPI下图片
Qt适配完之后还是存在一些问题，比方说只支持系统已有缩放比，不能支持任意比例缩放，而且有时候还存在刷新问题、软件异常放大等等。
四、自己适配
业务层不需要考虑scale，只需要使用T打头控件开发即可。
注：由于篇幅的缘故，T打头的控件下一篇文章讲解
适配项目
- 窗口大小
- 字体大小
- 间距
- 图标
1、窗口大小
重写顶层窗口设置界面大小函数
setFixedWidth
setFixedHeight
......
动态调整
记录调用了哪些设置大小的函数，在dpi发生变化时重新设置一遍
if (testflag("setfixedWidth"))
{
setFixedWidth(width * scale);
}
2、字体大小
重新生成qss文件
读取原有qss文件，使用正则表达式生成scale版本的新qss文件。
3、间距
布局的margin
记录调用了哪些设置大小的函数，在dpi发生变化时重新设置一遍，类似于窗口大小变化时所作调整
if (testflag("margin"))
{
setContextMargin(...);
}
padding和margin
读取原有qss文件，使用正则表达式生成scale版本的新qss文件。
4、图标
工程中需要添加1x 2x 3x等不同分辨率的图标，1x图标为正常情况下使用的图标，2x和3x图标分别是高分辨率下的图标
替换图标有两种情况，一种是使用qss方式贴图，另一种是自绘贴图
qss方式
预先生成高分辨率下的整数倍xxx_2x.qss和xxx_3x.qss文件，实际使用的时候在动态调整，具体方案下一篇文章讲解
自绘
如果是自绘文字图图片，那就需要自己控制缩放比，和图片压缩系数，具体方案下一篇文章讲解
五、参考文章
High DPI Desktop Application Development on Windows
PROCESS_DPI_AWARENESS Enumeration
SetProcessDPIAware function：Win Vista开始支持的接口
SetProcessDpiAwareness function：Win8.1开始支持的接口
值得一看的优秀文章：
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