dotnet C# 使用 Vortice 支持 Direct2D1 离屏渲染

本文告诉大家如何使用 Vortice 进行 D2D 的离屏渲染功能，本文将在一个纯控制台无窗口的应用下，使用 Direct2D1 进行离屏绘制，将绘制结果保存为本地图片文件
本文属于使用 Vortice 调用 DirectX 系列博客，也属于 DirectX 系列博客，本文属于入门级博客，但在阅读本文之前，期望大家了解了 DirectX 的基础概念
本文使用的 Vortice 是 SharpDx 的代替品，是对 DirectX 的底层 C# 封装。使用 Vortice 底层库，能让 C# 代码比较方便的和 DirectX 对接。尽管本文使用的是 Vortice 库来调用 DirectX 相关的接口，但不代表着只有 Vortice 库能做此实现，可以将 Vortice 换成其他的对 DirectX 封装的库，例如 SharpDx 或者是 Silk.NET 等，更换之后只是调用的方法或者是参数等稍微有点不相同，但是实现思路都是相同的
使用 Direct2D1 离屏渲染技术，可以进行脱离具体的窗口调用渲染，可以不需要占用主线程的时间，采用后台线程驱动执行渲染。可以实现在某些性能敏感的业务上，预先准备好渲染内容，从而提升性能等
新建一个 dotnet 6 的控制台项目，咱将在此新建的项目里面完成一个简单的 Direct2D1 离屏渲染的控制台应用。本文不会贴所有的代码，如果按照本文给出的代码构建不通过或者遇到其他问题，还请到本文末尾获取所有源代码，将源代码拉到本地构建
按照惯例，在开始之前，先通过 NuGet 安装必要的库。在 dotnet 6 项目里，采用 SDK 风格的 csproj 项目文件格式，可以通过编辑项目文件的方式快速安装 NuGet 库。可以在 VisualStudio 里，右击项目，点击编辑项目文件，或者双击项目都可以，替换项目文件为以下代码即可完成安装

1. <Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
2.   <PropertyGroup>
3.     <OutputType>Exe</OutputType>
4.     <TargetFramework>net6.0</TargetFramework>
5.     <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
6.     <Nullable>enable</Nullable>
7.   </PropertyGroup>
8.   <ItemGroup>
9.     <PackageReference Include="Vortice.Direct2D1" Version="2.1.32" />
10.     <PackageReference Include="Vortice.Win32" Version="1.6.2" />
11.   </ItemGroup>
12. </Project>

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以上代码安装了 Vortice.Direct2D1 库用来对接 Direct2D1 的逻辑，安装了 Vortice.Win32 用来辅助处理杂项逻辑
打开 Program.cs 文件，开始编写离线渲染逻辑。开始编写代码之前，先引用命名空间

1. using Vortice.Mathematics;
2. using Vortice.WIC;
3. using D2D = Vortice.Direct2D1;
4. using PixelFormat = Vortice.DCommon.PixelFormat;

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大家都知道，使用 D2D 时，最重要的就是获取到 ID2D1RenderTarget 用来作为绘制的画布。创建 ID2D1RenderTarget 的方法有很多个，本文是通过 ID2D1Factory1 工厂调用 CreateWicBitmapRenderTarget 方法，从一个 IWICBitmap 创建的
也就是说想要获取到 ID2D1RenderTarget 进行绘制，就需要能先拿到 IWICBitmap 类型的对象。创建 IWICBitmap 类型的对象需要通过 WIC 工厂进行创建。于是先创建工厂

1.         using var wicImagingFactory = new IWICImagingFactory();

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通过 IWICImagingFactory 工厂创建 IWICBitmap 对象，需要调用 CreateBitmap 方法，传入尺寸和颜色格式。颜色格式里面只有一些是 D2D 支持的，本文这里采用常用的 PixelFormat32bppPBGRA 格式

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

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获取到 IWICBitmap 类型的对象，即可开始通过 D2D 工厂创建 ID2D1RenderTarget 画布。先创建 D2D 工厂

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

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接着设置渲染参数

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

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创建 ID2D1RenderTarget 对象

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

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以上就是最核心的步骤了，获取到 ID2D1RenderTarget 对象，即可开始 D2D 的绘制逻辑，如下面代码，修改画布颜色

1.         using var renderTarget = d2D1RenderTarget;
2.         // 开始绘制逻辑
3.         renderTarget.BeginDraw();
5.         // 随意创建颜色
6.         var color = new Color4((byte) Random.Shared.Next(255), (byte) Random.Shared.Next(255),
7.             (byte) Random.Shared.Next(255));
8.         renderTarget.Clear(color);
10.         renderTarget.EndDraw();

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如此即可将内容绘制到 IWICBitmap 上
接下来是将 IWICBitmap 的内容保存到本地的图片，保存 IWICBitmap 需要先对 IWICBitmap 进行编码，编码时需要使用 WIC 工厂创建编码器，接着传入编码的格式和编码的输出
先打开一个文件用来存放编码的输出

1.         var file = @"D2D.png";
2.         using (var fileStream = File.OpenWrite(file))
3.         {
4.             // 忽略代码
5.         }

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通过 WIC 工厂创建编码器，设置编码的格式是 png 格式

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

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设置编码的输出到文件

1.             wicBitmapEncoder.Initialize(fileStream);

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从编码器创建出一张图片

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

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将上文完成绘制的 IWICBitmap 输入到编码器里面

1.             wicFrameEncode.WriteSource(wicBitmap);

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完成逻辑之后提交一下

1.             wicFrameEncode.Commit();
2.             wicBitmapEncoder.Commit();

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如此执行完成，即可将绘制的内容保存到本地文件里。这就是本文的采用 D2D 进行离屏绘制的方法
想不开的话，可以测试一下调用渲染时是否能跑满 GPU 资源，稍微更改一下渲染的代码，从原本的调用 Clear 修改颜色，修改为以下逻辑

1.         using var renderTarget = d2D1RenderTarget;
2.         var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
3.         while (true)
4.         {
5.             // 开始绘制逻辑
6.             renderTarget.BeginDraw();
8.             // 随意创建颜色
9.             var color = new Color4((byte) Random.Shared.Next(255), (byte) Random.Shared.Next(255),
10.                 (byte) Random.Shared.Next(255));
11.             renderTarget.Clear(color);
12.             color = new Color4(GetRandom(), GetRandom(), GetRandom());
13.             using var brush = renderTarget.CreateSolidColorBrush(color);
15.             for (int i = 0; i < 1000; i++)
16.             {
17.                 renderTarget.DrawEllipse(new D2D.Ellipse(new Vector2(GetRandom(), GetRandom()), 5, 5), brush, 2);
18.             }
20.             stopwatch.Stop();
21.             Console.WriteLine($"Draw: {stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
22.             stopwatch.Restart();
24.             renderTarget.EndDraw();
26.             stopwatch.Stop();
27.             Console.WriteLine($"EndDraw: {stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
28.             stopwatch.Restart();
30.             byte GetRandom() => (byte) Random.Shared.Next(255);
31.         }

复制代码

尝试运行代码，看看任务管理器里面，显示当前进程是否有用到 GPU 资源，以及占用了多少 GPU 资源
本文的代码放在github 和 gitee 欢迎访问
可以通过如下方式获取本文的源代码，先创建一个空文件夹，接着使用命令行 cd 命令进入此空文件夹，在命令行里面输入以下代码，即可获取到本文的代码

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

复制代码

以上使用的是 gitee 的源，如果 gitee 不能访问，请替换为 github 的源。请在命令行继续输入以下代码

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

复制代码

获取代码之后，进入 WakolerwhaKanicabirem 文件夹
渲染部分，关于 SharpDx 使用，包括入门级教程，请参阅：

• WPF 使用 SharpDx 渲染博客导航
  
• SharpDX 系列
  

在 WPF 框架的渲染部分，请参阅： WPF 底层渲染_lindexi_gd的博客-CSDN博客
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