Direct2D

Direct2D ^{[ 1 ]} es una interfaz de programación de aplicaciones (API) de gráficos vectoriales 2D diseñada por Microsoft e implementada en Windows 10 , ^{[ 2 ]} Windows 8 , Windows 7 y Windows Server 2008 R2 , y también en Windows Vista y Windows Server 2008 (con Platform Update instalado). ^{[ 3 ]}

Direct2D aprovecha la aceleración por hardware mediante la unidad de procesamiento gráfico ( GPU ) presente en las tarjetas gráficas compatibles de ordenadores personales, tabletas, teléfonos inteligentes y dispositivos gráficos modernos. Ofrece una alta calidad visual y un rendimiento de renderizado rápido, manteniendo una total interoperabilidad con las API gráficas clásicas de Win32 , como GDI /GDI+, y las API gráficas modernas, como Direct3D . ^{[ 4 ]}

Direct2D es una API de código nativo basada en C++ que puede ser llamada por código administrado y utiliza un enfoque " COM ligero" ^{[ 5 ]} al igual que Direct3D , con una cantidad mínima de abstracción. Sin embargo, a diferencia de WPF y de forma similar a GDI/GDI+, Direct2D es una API de renderizado en "modo inmediato" con simples llamadas BeginDraw/Draw/EndDraw; Direct2D no tiene el concepto de "escena" y no utiliza estructuras de árbol retenidas, y el estado de renderizado se conserva entre llamadas de dibujo.

Direct2D puede minimizar el uso de la CPU y utilizar la renderización por hardware en una tarjeta gráfica con soporte mínimo de Direct3D Feature Level 9 con controladores WDDM 1.1 . Las aplicaciones pueden optar por usarlo exclusivamente con la CPU, la llamada renderización por software, utilizándolo junto con WARP10 en situaciones donde la capacidad de hardware no está disponible, como cuando se ejecuta en un dispositivo con soporte mínimo de GPU, bajo un servicio de terminal , sesión 0 de Windows , o cuando la renderización de gráficos se realiza en un servidor remoto y el resultado gráfico se envía de vuelta al dispositivo cliente. El rendimiento y el uso de memoria de Direct2D escalan linealmente con la cantidad de primitivas tanto en software como en hardware.

Direct2D ^{[ 6 ] [ 7 ]} admite renderizado de alta calidad con las siguientes características clave:

• Renderizado de texto subpíxel de alta calidad mediante DirectWrite para técnicas tanto en escala de grises como ClearType.
• Antialiasing por primitiva
• Dibujo y relleno de geometría Bézier
• Operaciones geométricas avanzadas (por ejemplo, operaciones booleanas , ensanchamiento de trazados, delineado, etc.).
• Capas compuestas
• Modos de mezcla primitivos (por ejemplo, fuente superpuesta, fuente copiada, mezclas mínimas, etc.)
• Efectos de imagen integrados y personalizados para ajuste de fotos, transformación gráfica y de color.
• Pincel y malla de degradado
• Lista de comandos para el almacenamiento en búfer y la impresión de comandos.
• Trazo de tinta escalable
• Sprite batch para desarrollo de juegos

Direct2D permite una interoperabilidad total con GDI y GDI+, y permite la renderización desde y hacia una superficie Direct3D, así como desde y hacia un contexto de dispositivo (HDC) GDI/GDI+. Se puede usar eficazmente junto con el Componente de imágenes de Windows (WIC) para la codificación/descodificación de imágenes y con DirectWrite para el formato de texto y el procesamiento de fuentes. Esta interoperabilidad permite a los desarrolladores reemplazar gradualmente rutas de código críticas con código Direct2D sin necesidad de modificar todo su código fuente. Durante el desarrollo de Windows 10, Microsoft creó un proyecto de código abierto llamado Win2D para simplificar aún más el uso de Direct2D y DirectWrite en aplicaciones de la Plataforma universal de Windows (UWP). Win2D es un envoltorio WinRT altamente eficiente de Direct2D y DirectWrite, diseñado desde cero para integrarse a la perfección con el control Canvas de XAML, conservando al mismo tiempo la potencia del subsistema gráfico subyacente.

En su artículo de 2012 sobre la extensión OpenGL de renderizado de rutas NV, Mark Kilgard y Jeff Bolz explican (y critican) el funcionamiento interno de Direct2D de la siguiente manera: "Direct2D opera transformando rutas en la CPU y luego realizando una teselación trapezoidal restringida de cada ruta. El resultado es un conjunto de trapecios en el espacio de píxeles y geometría sombreada adicional para calcular la cobertura fraccional de los bordes izquierdo y derecho de los trapecios. Estos trapecios y la geometría sombreada son luego rasterizados por la GPU. El rendimiento resultante es generalmente mejor que los enfoques basados ​​completamente en la CPU y no requiere almacenamiento auxiliar para el estado de multisample o stencil ; Direct2D renderiza directamente en un framebuffer con aliasing y resultados con suavizado de bordes adecuado. La principal desventaja de Direct2D es que el rendimiento final no está determinado por la GPU (que realiza una rasterización bastante trivial), sino por la CPU que realiza la transformación y la teselación trapezoidal de cada ruta y el trabajo de validación de Direct3D." ^{[ 18 ]}

En julio de 2012, el equipo de Windows 8 publicó lo siguiente en el blog de Steven Sinofsky : «Para mejorar el rendimiento de la representación geométrica en Windows 8, nos centramos en reducir el coste de la CPU asociado a la teselación de dos maneras. Primero, optimizamos nuestra implementación de la teselación al representar geometrías simples como rectángulos, líneas, rectángulos redondeados y elipses». ^{[ 19 ]} Estas optimizaciones comunes afirmaban mejorar el rendimiento entre un 184 % y un 438 %, dependiendo de la primitiva. La publicación continuaba: «Segundo, para mejorar el rendimiento al representar geometría irregular (por ejemplo, fronteras geográficas en un mapa), utilizamos una nueva característica de hardware gráfico llamada Rasterización Independiente del Objetivo , o TIR. TIR permite que Direct2D dedique menos ciclos de CPU a la teselación, de modo que puede dar instrucciones de dibujo a la GPU de forma más rápida y eficiente, sin sacrificar la calidad visual. TIR está disponible en el nuevo hardware de GPU diseñado para Windows 8 que admite DirectX 11.1». ^{[ 19 ]} A continuación, se realizó una prueba de rendimiento con unos 15 SVG , que arrojó mejoras de rendimiento de entre el 151 % y el 523 %. La sección concluía: «Trabajamos estrechamente con nuestros socios de hardware gráfico para diseñar TIR. Gracias a esta colaboración, se lograron mejoras drásticas. El hardware DirectX 11.1 ya está disponible en el mercado y estamos colaborando con nuestros socios para garantizar que haya más productos compatibles con TIR ampliamente disponibles». ^{[ 19 ]}

La función TIR fue una de las que provocó una "guerra de palabras" entre Nvidia y AMD alrededor de diciembre de 2012, porque la familia de GPU Kepler de Nvidia no la admite, mientras que la GCN de AMD sí. ^{[ 20 ]} En respuesta a las demandas de los clientes, un miembro del personal de soporte de Nvidia publicó que TIR no se puede implementar simplemente a nivel de controlador, sino que requiere nuevo hardware; ^{[ 21 ] [ 22 ]} la arquitectura Maxwell 2 , presentada en septiembre de 2014, es dicho hardware. ^{[ 23 ]}

En Windows 8.1 , Direct2D puede usar los teseladores de hardware de Direct3D11, pero solo en conjunto con D2D1_FILL_MODE_ALTERNATE. Si se usa otro modo de relleno (por ejemplo D2D1_FILL_MODE_WINDING), Direct2D recurre a la teselación en la CPU, pero sigue usando TIR para el suavizado de bordes (si TIR está disponible). Dado que la teselación de hardware está disponible en Direct3D11 base (no necesariamente en 11.1), Microsoft afirmó mejoras de rendimiento significativas con Direct2D en Windows 8.1 (en comparación con Windows 8) en hardware sin TIR. ^{[ 24 ]}

Peter Bright de Ars Technica señaló en el verano de 2012 que "la mayoría de las aplicaciones de escritorio no usan Direct2D". ^{[ 25 ]}

• DirectX
• Direct3D
• Cairo : una biblioteca de gráficos vectoriales multiplataforma.
• OpenVG
• Biblioteca multimedia sencilla y rápida
• Marco de trabajo Starling
• Cuarzo 2D

• Página principal de Direct2D en MSDN con enlaces a la guía de programación , nuevas funciones en Windows 8.1 , interoperabilidad con Direct3D , etc.
• Blog del desarrollador principal de Direct2D, Thomas Olsen
• Blog del desarrollador de Direct2D, Tom Mulcahy
• Windows 7: Presentación de Direct2D y DirectWrite - Vídeo de la PDC 2008
• Paquete de código de la API de Windows para Microsoft .NET Framework : permite desarrollar aplicaciones Direct2D en código administrado.
• Presentación de Direct2D - Número de junio de 2009 de la revista MSDN
• Dibujando con Direct2D - Número de septiembre de 2009 de la revista MSDN
• API Direct2D para Microsoft .Net Framework 4 Archivada el 8 de julio de 2011 en Wayback Machine - API Direct2D para Microsoft .Net Framework 4
• Solicitud ante la USPTO para la rasterización independiente del objetivo.
• Guía de migración de Direct2D 1.1 para desarrolladores de Windows 7
• La columna de Charles Petzold sobre DirectX incluye varios artículos sobre Direct2D, desde temas introductorios como Triángulos y teselación o Geometrías Direct2D y sus manipulaciones, hasta otros más avanzados como Pintando con los dedos con geometrías Direct2D , Un portal 2D a un mundo 3D , etc.