WPF基于物理像素繪制圖形
WPF中有一個(gè)DrawingContext類，該類提供了很多畫法方法，例如DrawLine，DrawText，DrawRectangle等。開發(fā)者使用它們可以方便地進(jìn)行圖形繪制。不過，在使用DrawingContext過程中，我發(fā)現(xiàn)使用DawLine方法畫出的線條在某些部分有些模糊。這個(gè)問題的解決，需要一些計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的知識(shí)，使用的方法并不是很復(fù)雜。不過，這個(gè)方法所涉及到的一些過程有些令人費(fèi)解（好吧，我沒有專門學(xué)過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)），本文是我在實(shí)踐中的一些嘗試和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。
還是從一個(gè)例子開始吧：
從FrameworkElement繼承一個(gè)MyRectangleElement，然后重寫OnRender方法如下：
protected override void OnRender(DrawingContext drawingContext)
{
Pen pen = new Pen(Brushes.Black, 1);
Rect rect = new Rect(20,20, 50, 60);
drawingContext.DrawRectangle(null, pen, rect);
}然后在Window上呈現(xiàn)MyRectangleElement，效果（右下角有放大鏡）如下：
通過放大圖形，能夠很清晰地看到線條是不均勻的，在宏觀視覺效果上感覺模糊，看上去很不舒服。于是，兩個(gè)問題就產(chǎn)生了：
- 為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的問題？
- 如何解決？
怎么辦？MSDN，百度，Google一起上！皇天不負(fù)苦心人，現(xiàn)在，謎底來到了我們的面前：
1、為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的效果呢？
WPF呈現(xiàn)引擎的反鋸齒系統(tǒng)將那些沒有在物理像素系統(tǒng)上的線擴(kuò)展到了多個(gè)像素上。這里涉及到以下三個(gè)概念：
- 物理像素系統(tǒng)：與物理圖形設(shè)備相關(guān)?？梢院唵蔚乩斫鉃橐粋€(gè)像素點(diǎn)的二維矩陣；
- 邏輯像素系統(tǒng)：我們?cè)诋嫹ǚ椒ㄖ兴褂玫亩ㄎ幌到y(tǒng)；
- 反鋸齒效果：一種計(jì)算機(jī)圖形學(xué)上的算法，使得圖形邊緣更光滑；
聲明：以上三個(gè)概念的解釋是根據(jù)我個(gè)人的理解，不一定準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)。如果您發(fā)現(xiàn)什么不對(duì)的地方，還望不吝指正。
為了更好地幫助您理解這個(gè)過程，這里給出一個(gè)示意圖來解釋一下：
上圖中的淡藍(lán)色網(wǎng)格可以視為“物理像素系統(tǒng)”，深色的圖案是您畫出的線條?？梢院苊黠@地看出，這條線的四條邊都不在“物理像素系統(tǒng)”上，因此，“反鋸齒系統(tǒng)”會(huì)將此線條的四條邊擴(kuò)展到相應(yīng)的“物理像素系統(tǒng)”上。于是，本文最開始的情景便出現(xiàn)了。
2、如何解決這個(gè)問題？
針對(duì)不同的問題上下文，WPF給出了與之相應(yīng)的解決方案。據(jù)我所知，有如下幾個(gè)：
- 1> 對(duì)于UIElement及其子類，使用SnapsToDevicePixels屬性
對(duì)于從UIElement繼承的類型，比如Control，通過將SnapsToDevicePixels設(shè)置為true可以得到清晰的圖像，該屬性的默認(rèn)值為false。FrameworkElement從UIElement繼承的時(shí)候，給這個(gè)屬性賦予了一個(gè)Inherited元數(shù)據(jù)。如此一來，只要您在FrameworkElement Tree的根結(jié)點(diǎn)上將此屬性設(shè)置為true，那么整個(gè)FrameworkElement Tree的繪制都將變得清晰起來。
- 2> 對(duì)于自定義畫法，使用GuidelineSet
SnapsToDevicePixels屬性對(duì)于WPF Control來說是有用的，但是對(duì)本文的問題無能為力，于是，嗯，GuidelineSet橫空出世！對(duì)于這個(gè)類，MSDN只是給出了一個(gè)用法的示例，從這個(gè)例子中我只能看到GuidelineSet可以這么用，但為什么是這樣用就沒有答案了。而且，有點(diǎn)離譜、神奇的是：MSDN上關(guān)于這點(diǎn)上一個(gè)示意圖內(nèi)容上有錯(cuò)。如下圖所示：
圖下部的左黑框是用了GuidelineSet后出現(xiàn)的結(jié)果，右邊才是沒有使用的結(jié)果。這兩個(gè)圖的位置應(yīng)該互換一下。
我們必須回答這個(gè)問題：如果在(x1,y1) (x2,y2)處畫一條線該如何在DrawingContext上使用GuidelineSet，以保證畫法是清晰的呢?
這個(gè)問題讓我著實(shí)納悶了許久（原因本文第一段已經(jīng)交代），不過，經(jīng)過不斷地嘗試和思考，最終我找到了答案：
Guideline其實(shí)是圖形設(shè)備在呈現(xiàn)時(shí)用來把邏輯像素點(diǎn)對(duì)齊到物理像素點(diǎn)的參考量。 使用它告訴圖形設(shè)備你希望哪些邏輯像素點(diǎn)被對(duì)齊到物理像素點(diǎn)上。
聲明：以上概念的解釋是根據(jù)我個(gè)人的理解，不一定準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)。如果您發(fā)現(xiàn)什么不對(duì)的地方，還望不吝指正。
下面，我將使用一個(gè)簡單的示例來演示如何使用GuidelineSet，以及它所帶來的效果。在這個(gè)示例中，我們使用DrawingContext的DrawLine方法繪制一個(gè)10×10的網(wǎng)格，相關(guān)代碼如下：
首先，定義畫法所用到的常量
internal static class DrawingConstants
{
public static readonly int Rows = 10;
public static readonly int Columms = 10;
public static readonly double PenThickness = 1.0;
public static readonly double HalfOfPenThickness = PenThickness/2;
}然后，定義NormalDrawingElement（使用一般畫法）：
class NormalDrawingElement : FrameworkElement
{
protected override void OnRender(System.Windows.Media.DrawingContext drawingContext)
{
base.OnRender(drawingContext);
double xOffset = Math.Floor(this.RenderSize.Width / DrawingConstants.Columms);
double yOffset = Math.Floor(this.RenderSize.Height / DrawingConstants.Rows);
double xLineWidth = Math.Floor(this.RenderSize.Width);
double yLineHeight = Math.Floor(this.RenderSize.Height);
DrawingContext dct = drawingContext;
Pen blackPen = new Pen(Brushes.Black, DrawingConstants.PenThickness);
blackPen.Freeze();
//Draw the horizontal lines
Point x = new Point(0, 0);
Point y = new Point(xLineWidth, 0);
for (int i = 0; i <= DrawingConstants.Rows; i++)
{
dct.DrawLine(blackPen, x, y);
x.Offset(0, yOffset);
y.Offset(0, yOffset);
}
//Draw the vertical lines
x = new Point(0, 0);
y = new Point(0, yLineHeight);
for (int i = 0; i <= DrawingConstants.Columms; i++)
{
dct.DrawLine(blackPen, x, y);
x.Offset(xOffset, 0);
y.Offset(xOffset, 0);
}
}
}定義GuidelineSetDrawingElement（使用GuidelineSet）：
class GuidelineSetDrawingElement : FrameworkElement
{
protected override void OnRender(System.Windows.Media.DrawingContext drawingContext)
{
base.OnRender(drawingContext);
double xOffset = Math.Floor(this.RenderSize.Width / DrawingConstants.Columms);
double yOffset = Math.Floor(this.RenderSize.Height / DrawingConstants.Rows);
double xLineWidth = Math.Floor(this.RenderSize.Width);
double yLineHeight = Math.Floor(this.RenderSize.Height);
DrawingContext dct = drawingContext;
Pen blackPen = new Pen(Brushes.Black, DrawingConstants.PenThickness);
blackPen.Freeze();
//Draw the horizontal lines
Point x = new Point(0, 0);
Point y = new Point(xLineWidth, 0);
for (int i = 0; i <= DrawingConstants.Rows; i++)
{
dct.PushGuidelineSet(new GuidelineSet(null, new double[] { y.Y - DrawingConstants.HalfOfPenThickness, y.Y + DrawingConstants.HalfOfPenThickness}));
dct.DrawLine(blackPen, x, y);
dct.Pop();
x.Offset(0, yOffset);
y.Offset(0, yOffset);
}
//Draw the vertical lines
x = new Point(0, 0);
y = new Point(0, yLineHeight);
for (int i = 0; i <= DrawingConstants.Columms; i++)
{
dct.PushGuidelineSet(new GuidelineSet(new double[] { x.X + DrawingConstants.HalfOfPenThickness, x.X - DrawingConstants.HalfOfPenThickness}, null));
dct.DrawLine(blackPen, x, y);
dct.Pop();
x.Offset(xOffset, 0);
y.Offset(xOffset, 0);
}
}
}這個(gè)畫法和上一個(gè)畫法的區(qū)別僅僅在于以下兩點(diǎn)：
- 對(duì)于水平方向的線，我期望它的兩個(gè)水平邊緣是和”物理像素系統(tǒng)“對(duì)齊的；
- 對(duì)于垂直方向的線，我期望它的兩個(gè)垂直邊緣是和”物理像素系統(tǒng)“對(duì)齊的。
最后，我們將這兩個(gè)Element呈現(xiàn)出來：
<Window x:Class="GuidelineSetDemo.MainWindow"
xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
xmlns:loc="clr-namespace:GuideLineSetDemo"
Title="MainWindow" Height="350" Width="525">
<Grid>
<Grid.ColumnDefinitions>
<ColumnDefinition Width="*" />
<ColumnDefinition Width="*" />
</Grid.ColumnDefinitions>
<Grid Grid.Column="0">
<Grid.RowDefinitions>
<RowDefinition Height="Auto"/>
<RowDefinition Height="*"/>
</Grid.RowDefinitions>
<TextBlock Text="Normal Drawing" Margin="3" HorizontalAlignment="Center"/>
<loc:NormalDrawingElement Margin="10" Grid.Row="1"/>
</Grid>
<Grid Grid.Column="1">
<Grid.RowDefinitions>
<RowDefinition Height="Auto"/>
<RowDefinition Height="*"/>
</Grid.RowDefinitions>
<TextBlock Text="Dawing with GuidelineSet" Margin="3" HorizontalAlignment="Center"/>
<loc:GuidelineSetDrawingElement Margin="10" Grid.Row="1"/>
</Grid>
</Grid>
</Window>運(yùn)行后的效果如下：
另外，使用GuidelineSet的時(shí)候需要注意以下幾個(gè)細(xì)節(jié)：
- 1、Push和pop一般情況下要成對(duì)（其實(shí)當(dāng)您調(diào)用DrawingContext上的PushXXX方法后，都要考慮是否有與之對(duì)應(yīng)的Pop方法調(diào)用）；
- 2、GuidelineSet只對(duì)水平或者垂直線有用；
- 3、使用GuidelineSet后，您所繪制圖形的位置或大小可能和最初的設(shè)定有細(xì)微的差別。
您可以從這里下載本文最后一個(gè)示例的源代碼。
到此這篇關(guān)于WPF基于物理像素繪制圖形的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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