Direct2D [1] — это интерфейс программирования приложений (API) для двухмерной векторной графики , разработанный корпорацией Microsoft и реализованный в Windows 10 , [2] Windows 8 , Windows 7 и Windows Server 2008 R2 , а также Windows Vista и Windows Server 2008 (с установленным Platform Update ). [3]
Direct2D использует аппаратное ускорение через графический процессор ( GPU ), который находится в совместимых графических картах в персональных компьютерах, планшетах, смартфонах и современных графических устройствах. Он предлагает высокое визуальное качество и быструю производительность рендеринга, сохраняя при этом полную совместимость с классическими графическими API Win32, такими как GDI /GDI+, и современными графическими API, такими как Direct3D . [4]
Direct2D — это API на основе собственного кода на основе C++ , который может вызываться управляемым кодом и использует подход «легкого COM » [5], как и Direct3D , с минимальным количеством абстракций. Однако, в отличие от WPF и аналогично GDI/GDI+, Direct2D — это API рендеринга «немедленного режима» с простыми вызовами BeginDraw/Draw/EndDraw; Direct2D не имеет понятия «сцены» и не использует сохраненные древовидные структуры, а состояние рендеринга сохраняется между вызовами отрисовки.
Direct2D может минимизировать использование ЦП и использовать аппаратный рендеринг на графической карте с минимальной поддержкой Direct3D Feature Level 9 с драйверами WDDM 1.1 . Приложения могут использовать его исключительно с ЦП, так называемый программный рендеринг, используя его в сочетании с WARP10 в ситуациях, когда аппаратные возможности недоступны, например, при запуске на устройстве с минимальной поддержкой ГП, в терминальной службе , сеансе Windows 0 или когда графический рендеринг выполняется на удаленном сервере с графическим результатом, отправляемым обратно на клиентское устройство. Производительность Direct2D и использование памяти масштабируются линейно с примитивными числами как в программном обеспечении, так и в оборудовании.
Direct2D [6] [7] поддерживает высококачественный рендеринг со следующими ключевыми функциями:
Direct2D обеспечивает полную совместимость с GDI, GDI+ и позволяет выполнять рендеринг на поверхность Direct3D и из нее, а также в контекст устройства GDI/GDI+ (HDC) и из него. Его можно эффективно использовать вместе с компонентом Windows Imaging Component (WIC) для кодирования/декодирования изображений и с DirectWrite для форматирования текста и обработки шрифтов. Такая совместимость позволяет разработчикам постепенно заменять критические пути кода кодом Direct2D без необходимости переделывать весь исходный код. В период Windows 10 компания Microsoft разработала проект с открытым исходным кодом под названием Win2D для дальнейшего упрощения использования Direct2D и DirectWrite в приложении универсальной платформы Windows (UWP). Win2D — это высокоэффективная оболочка WinRT для Direct2D и DirectWrite, разработанная с нуля для бесшовной интеграции с элементом управления XAML Canvas, сохраняя при этом мощь базовой графической подсистемы.
Обновленная версия Direct2D была выпущена вместе с Windows 8 в октябре 2012 года. [8] Она также была перенесена в Windows 7 SP1 (но не в Windows Vista) через обновление платформы Windows 7. [ 9] [10] [11] Первоначальная версия Direct2D была привязана к DirectX 11 (на аппаратном уровне используется Direct3D до версии 10.1), тогда как эта версия Direct2D интегрируется с DirectX 11.1. [9] Windows 8 также добавила взаимодействие между XAML и Direct2D вместе с компонентами Direct3D, которые можно смешивать в приложении. [12]
В октябре 2013 года в Direct2D с выходом Windows 8.1 были добавлены новые функции : [13] реализация геометрии, [14] API эффектов Direct2D, [15] [16] [17] API списка команд, многопоточные API, приоритет рендеринга для каждого устройства, поддержка изображений JPEG YCbCr для уменьшения объема занимаемой памяти и поддержка форматов блочного сжатия (файлы DDS).
Выпуск Windows 10 в июле 2015 года принес важные обновления и новые функции Direct2D, такие как улучшение производительности рендеринга масштабируемого текста без растеризации шрифта , возможность загрузки необходимого шрифта из облака по запросу без необходимости установки шрифта, оптимизация для более быстрой загрузки изображений и рендеринга эффектов изображений, а также более сложный способ применения градиентной кисти с использованием 2D-сетки из градиентных участков. В этом выпуске также было представлено совершенно новое расширение API для поддержки цифровых чернил, которое активно используется браузером Microsoft Edge , а также элементом управления XAML холста чернил .
В своей статье 2012 года о конкурирующем расширении OpenGL для рендеринга NV-путей Марк Килгард и Джефф Больц объясняют (и критикуют) внутреннее устройство Direct2D следующим образом: «Direct2D работает, преобразуя пути на ЦП, а затем выполняя ограниченную трапециевидную тесселяцию каждого пути. Результатом является набор трапеций в пиксельном пространстве и дополнительная затененная геометрия для вычисления дробного покрытия для левого и правого краев трапеций. Эти трапеции и затененная геометрия затем растеризуются графическим процессором. Результирующая производительность, как правило, лучше, чем при подходах, полностью основанных на ЦП, и не требует вспомогательного хранилища для состояния мультисэмпла или трафарета ; Direct2D выполняет рендеринг непосредственно в буфер кадра с псевдонимами с надлежащим образом сглаженными результатами. Основным недостатком Direct2D является то, [что] конечная производительность определяется не графическим процессором (выполняющим довольно тривиальную растеризацию), а скорее центральным процессором, выполняющим преобразование и трапециевидную тесселяцию каждый путь и проверка Direct3D работают." [18]
В июле 2012 года команда Windows 8 опубликовала следующее в блоге Стивена Синофски : «Чтобы улучшить производительность рендеринга геометрии в Windows 8, мы сосредоточились на снижении затрат ЦП, связанных с тесселяцией, двумя способами. Во-первых, мы оптимизировали нашу реализацию тесселяции при рендеринге простых геометрий, таких как прямоугольники, линии, скругленные прямоугольники и эллипсы». [19] Эти общие оптимизации, как утверждается, улучшают производительность в диапазоне от 184% до 438% в зависимости от примитива. В сообщении говорилось: «Во-вторых, для повышения производительности при рендеринге нерегулярной геометрии (например, географических границ на карте) мы используем новую функцию графического оборудования под названием Target Independent Rasterization , или TIR. TIR позволяет Direct2D тратить меньше циклов ЦП на тесселяцию, поэтому он может быстрее и эффективнее давать инструкции по рисованию графическому процессору, не жертвуя визуальным качеством. TIR доступен в новом оборудовании графического процессора, разработанном для Windows 8, которое поддерживает DirectX 11.1». [19] За этим последовал бенчмарк с использованием около 15 SVG , заявляющий об улучшении производительности в диапазоне от 151% до 523%. Раздел заключил: «Мы тесно сотрудничали с нашими партнерами по графическому оборудованию для разработки TIR. Радикальные улучшения стали возможны благодаря этому партнерству. Аппаратное обеспечение DirectX 11.1 уже сегодня на рынке, и мы работаем с нашими партнерами, чтобы убедиться, что больше продуктов с поддержкой TIR будут широко доступны». [19]
Функция TIR была среди тех, которые вызвали «войну слов» между Nvidia и AMD около декабря 2012 года, потому что семейство графических процессоров Kepler от Nvidia не поддерживает ее, тогда как GCN от AMD поддерживает. [20] В ответ на требования клиентов сотрудник службы поддержки Nvidia сообщил, что TIR не может быть просто реализована на уровне драйвера, а требует нового оборудования; [21] [22] архитектура Maxwell 2 , представленная в сентябре 2014 года, является таким оборудованием. [23]
В Windows 8.1 Direct2D может использовать аппаратные тесселяторы Direct3D11, но только в сочетании с D2D1_FILL_MODE_ALTERNATE. Если используется другой режим заполнения (например D2D1_FILL_MODE_WINDING), то Direct2D возвращается к тесселяции на ЦП, но по-прежнему использует TIR для сглаживания (если TIR доступен). Поскольку аппаратная тесселяция доступна в базовом Direct3D11 (не обязательно 11.1), Microsoft заявила о значительном улучшении производительности с Direct2D в Windows 8.1 (по сравнению с Windows 8) на оборудовании без TIR. [24]
Internet Explorer 9 и более поздние версии используют Direct2D и DirectWrite для повышения производительности и визуального качества. [25] [26] [27] Поддержка Direct2D была добавлена в альфа-версию Firefox 3.7, что примерно удвоило скорость рендеринга. [28] (Firefox 4 также добавил поддержку DirectWrite, но она была сделана нестандартной для некоторых шрифтов в Firefox 7 из-за жалоб пользователей на качество рендеринга. [29] Google Chrome использует собственную 2D-библиотеку под названием Skia , которая, в свою очередь, выполняет рендеринг через ANGLE в Windows. [30] ) В Firefox 70.0 на старом оборудовании Direct2D отключается на старых графических драйверах, занесенных в черный список, если в них отсутствуют функции, а область затемняется, например, в Google Maps . [31]
Питер Брайт из Ars Technica летом 2012 года отметил, что «большинство настольных приложений не используют Direct2D». [32]
Microsoft Office 2013 поддерживает Direct2D+DirectWrite или GDI+ Uniscribe для визуализации и типографики. [33]
{{cite web}}: |author=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )