高效绘制 2D 精灵（位图）图块

Question

我正在编写一个基于 2d 图块的引擎。目前，我的绘图例程使用 C# 绘图库在每次屏幕刷新时重新绘制每个可见图块。我可以滚动和缩放来工作，一切看起来都是我想要的。但日常工作进展缓慢。现在我正在努力改进它。我有几个问题：

首先，我认为每次刷新时重新绘制图块是不必要的（因为它们永远不会改变）。现在我正在尝试更改算法，以便在初始化时将整个地图写入单个位图，然后在绘制时剪切位图的正确部分。您认为这是正确的方法吗？ （我还考虑过将图像保留在背景中，然后滚动它。但后来我决定不想绘制视野之外的东西。但是，也许这比剪切/粘贴便宜？内存与时间问题？）

其次，据我了解，C# 绘图例程并未充分利用 GPU 的能力。我想我应该尝试在 OpenGL（或 DirectX，但我更喜欢前者，因为它是多平台的）中进行绘图。这会有帮助吗？您知道 OpenGL 的平铺（或一般像素绘制）教程吗？书籍参考也可能有帮助。

我现在也不做多线程（事实上我对那是什么只有一个模糊的概念）。我应该尝试对抽屉进行多线程处理吗？或者 OpenGL 会让图形的多线程变得多余吗？

谢谢。

Answer 1

您打算使用什么应用程序框架？ WinForms (Win32) 和 WPF 之间的高效绘图技术有很大不同。

您是对的，.NET 绘图例程没有充分利用 GPU。使用 DirectX 或 OpenGL，一种直接的优化是使用图像列表或显示列表将所有图像图块（或者至少是即时视图区域所需的所有图块加上更多）预加载到 GPU 内存中。然后，您可以按索引在表面上绘制图块 - 在 x,y 处绘制图块 N。这通常比使用主系统内存中存储的位图在 GPU 表面上绘制要快得多，因为对于绘制的每个图块，都必须将位图像素复制到 GPU，这会占用大量时间。当您可以在输出中的多个位置使用相同的图像图块时，按索引绘制也会使用更少的 GPU 内存。

OpenGL 与 DirectX 是您的选择，但 IMO DirectX 的发展速度更快，提供比 OpenGL 更多的硬件加速功能。 Windows 上的 OpenGL 驱动程序也因被硬件供应商忽视而闻名。他们的主要关注点是 DirectX 驱动程序。

考虑一下您的 2D 图块应用程序是否真的需要 OpenGL 还是 DirectX。需要 OpenGL 或 DirectX 将减少可以运行您的应用程序的机器数量，尤其是较旧的机器。 OpenGL 和 DirectX 可能有点过分了。如果您足够聪明，您可以使用普通的老式 GDI 做很多事情。

远离多线程，直到您有充分的理由去那里并且您有一些线程方面的经验。多线程为某些计算情况提供了某些性能提升，但也带来了新的麻烦和新的性能问题。在您报名参加所有这些新的令人头痛的问题之前，请确保其好处是显着的。

一般来说，在屏幕上移动像素通常不太适合多线程。您只有一个显示设备（在大多数情况下），因此使用多个线程尝试同时更改像素效果不佳。借用项目管理中的一句话：如果一个女人可以在9个月内生出一个孩子，那么你能用9个女人在1个月内生出1个孩子吗？ ;>

努力识别系统中不需要访问相同资源或设备的部分。与将图块传输到屏幕相比，这些是在并行线程中运行的更好候选者。

最好的优化是发现不需要完成的工作 - 例如，减少重新绘制图块的次数，或者更改为索引模型，以便可以从 GPU 内存而不是系统内存绘制图块。

Answer 2

如果你想使用 OpenGL，那么 2d 的最佳选择是 SDL 。
将 OpenGL 与 C# 一起使用永远不会那么可移植，因为它会使用 .NET 包装器。

XNA 是一个用 C# 编写游戏的好工具，它应该提供更快的速度和比 SDL 更灵活（尤其是 .net 端口）以及更多功能（但体积更大）。

对于您的剪切或滚动问题，最好的路线是滚动。
当您使用 GDI+（System.Drawing 使用的）进行绘图时，内存的问题远比 CPU 的问题要小得多。您始终可以将地图分成几个部分并滚动这些部分，然后在必要时加载（如果地图那么大）。

Answer 3

我不熟悉 OpenGL，但我在 ManagedDX 中编写了一个基于图块的引擎（后来移植到 XNA）。 ManagedDX 已弃用，但 SlimDX 项目仍在积极开发中。

使用 DX，您可以将每个单独的图块加载到纹理中。 （例如使用 Texture.FromFile() 或 Texture.FromStream()），并使用单个 Sprite 实例绘制它们。这表现得相当不错。我将纹理分组在一个简单的类中，并使用 Point 或 Vector2 作为其位置，仅在位置更改时设置它们，而不是每次调用绘制方法时设置它们。我仅在内存中缓存当前屏幕和一两个图块之外的图块，不需要更多，因为文件 IO 足够快，可以在滚动时获取新图块。

struct Tile
{
    public Point Location;
    public Texture Texture;
}

Device device;
Sprite sprite;
List<Tile> tiles = new List<Tile>();

.ctor() {
    this.device = new Device(...)
    this.sprite = new Sprite(this.device);
}

void Draw() {
    this.device.Clear(ClearFlags.Target, Color.CornflowerBlue, 1.0f, 0);
    this.device.BeginScene();
    this.sprite.Begin(SpriteFlags.AlphaBlend);
    foreach (Tile tile in this.tiles) {
        this.sprite.Draw2D(tile.Texture, 
            new Point(0, 0), 0.0f, tile.Location, Color.White);
    }
    this.sprite.End();
    this.device.EndScene();
    this.device.Present();
}