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Direct2D [1]は、Microsoftが設計し、Windows 10、[2] Windows 8、Windows 7、Windows Server 2008 R2、およびWindows VistaとWindows Server 2008 (プラットフォーム更新プログラムがインストールされている場合)に実装されている 2D ベクター グラフィックスのアプリケーション プログラミング インターフェイス (API) です。[3]
Direct2Dは、パソコン、タブレット、スマートフォン、最新のグラフィックデバイス内の互換性のあるグラフィックカードに搭載されているグラフィック処理装置（GPU ）を介してハードウェアアクセラレーションを活用します。GDI /GDI+などの従来のWin32グラフィックAPIやDirect3Dなどの最新のグラフィックAPIとの完全な相互運用性を維持しながら、高画質と高速レンダリングパフォーマンスを実現します。[4]
概要
Direct2D はC++ベースのネイティブ コードAPI で、マネージ コードから呼び出すことができ、 Direct3Dと同様に抽象化を最小限に抑えた「軽量COM」アプローチ[5]を使用します。ただし、 WPFとは異なり、GDI/GDI+ と同様に、Direct2D は単純な BeginDraw/Draw/EndDraw 呼び出しを備えた「即時モード」レンダリング API です。Direct2D には「シーン」の概念がなく、保持されたツリー構造を使用せず、レンダリング状態は描画呼び出し間で保持されます。
Direct2D は、 WDDM 1.1ドライバーによるDirect3D 機能レベル 9 の最小サポートを備えたグラフィックス カードで、CPU 使用率を最小限に抑え、ハードウェア レンダリングを利用できます。アプリケーションは、最小限の GPU サポートを備えたデバイス内、ターミナル サービス、Windowsセッション 0で実行されている場合、またはグラフィックス レンダリングがリモート サーバーで実行され、グラフィカルな結果がクライアント デバイスに送り返される場合など、ハードウェア機能が利用できない状況で、WARP10と組み合わせて使用することで、CPU のみで Direct2D を使用する (いわゆるソフトウェア レンダリング) ことを選択できます。Direct2D のパフォーマンスとメモリ使用量は、ソフトウェアとハードウェアの両方でプリミティブ数に比例して増加します。
Direct2D [6] [7]は、以下の主要機能を備えた高品質のレンダリングをサポートしています。
- グレースケールとClearType技術の両方でDirectWriteによる高品質なサブピクセルテキストレンダリング
- プリミティブごとのアンチエイリアシング
- ベジェジオメトリの描画と塗りつぶし
- 豊富なジオメトリ操作 (例:ブール演算、パスの拡張、アウトラインなど)
- 複合レイヤー
- プリミティブ ブレンド モード (例: ソース オーバー、ソース コピー、最小ブレンドなど)
- 写真調整、グラフィック、色変換のための画像組み込みおよびカスタムエフェクト
- グラデーションブラシとメッシュ
- コマンドバッファリングと印刷のためのコマンドリスト
- スケーラブルなインクストローク
- ゲーム開発のためのスプライトバッチ
Direct2D は、GDI、GDI+ との完全な相互運用性を実現し、Direct3D サーフェイスとのレンダリング、および GDI/GDI+ デバイス コンテキスト (HDC) とのレンダリングを可能にします。画像のエンコード/デコードにはWindows Imaging Component (WIC) と、テキストの書式設定とフォント処理には DirectWrite と効果的に併用できます。このような相互運用性により、開発者はソース コード全体をオーバーホールすることなく、重要なコード パスを徐々に Direct2D コードに置き換えることができます。Windows 10 の時期には、ユニバーサル Windows プラットフォーム (UWP )アプリケーションでの Direct2D と DirectWrite の使用をさらに簡素化するために、Microsoft によって Win2D と呼ばれるオープン ソース プロジェクトが開発されました。Win2D は、基盤となるグラフィックス サブシステムのパワーを維持しながら、XAML Canvas コントロールとシームレスに統合するようにゼロから設計された、Direct2D と DirectWrite の非常に効率的なWinRTラッパーです。
後続のバージョン
Direct2D 1.1
Direct2Dの更新バージョンは、2012年10月にWindows 8でリリースされました。 [8]また、Windows 7プラットフォームアップデートにより、Windows 7 SP1（Windows Vistaには未対応）にもバックポートされました。[9] [10] [11] Direct2DのオリジナルバージョンはDirectX 11（ハードウェアではDirect3D 10.1まで使用）に結び付けられていましたが、このバージョンのDirect2DはDirectX 11.1と統合されています。[9] Windows 8では、 XAMLとDirect2D、およびDirect3Dコンポーネント間の相互運用性も追加され、これらはすべてアプリケーション内で混在できるようになりました。[12]
Direct2D 1.2
2013 年 10 月、 Windows 8.1で Direct2D に次の新機能が追加されました: [13]ジオメトリ実現、[14] Direct2D エフェクト API、[15] [16] [17]コマンド リスト API、マルチスレッド API、デバイスごとのレンダリング優先順位、メモリ フットプリントを小さくするための JPEG YCbCr 画像のサポート、ブロック圧縮形式 (DDS ファイル) のサポート。
Direct2D 1.3
2015 年 7 月のWindows 10のリリースでは、フォントのラスタライズなしでスケーラブル テキストをレンダリングするパフォーマンスの向上、フォントのインストール手順を必要とせずにクラウドから必要なフォントをオンデマンドでダウンロードする機能、画像の読み込みと画像効果のレンダリングを高速化するための最適化、グラデーション パッチで作成された 2D メッシュを使用してグラデーションブラシを適用するより洗練された方法など、Direct2D に重要な更新と新機能がもたらされました。このリリースでは、 Microsoft Edge ブラウザーとインク キャンバスXAMLコントロールで大いに活用されているデジタル インクをサポートするまったく新しい API 拡張機能も導入されました。
実装
競合する NV パス レンダリング OpenGL 拡張機能に関する 2012 年の論文で、Mark Kilgardと Jeff Bolz は Direct2D の内部を次のように説明 (および批判) しています。「Direct2D は、CPU 上でパスを変換し、各パスの制約付き台形テッセレーションを実行することで動作します。その結果、ピクセル空間の台形と追加のシェーディング ジオメトリのセットが生成され、台形の左端と右端の部分的なカバレッジが計算されます。これらの台形とシェーディング ジオメトリは、GPU によってラスタライズされます。結果として得られるパフォーマンスは、一般に完全に CPU ベースのアプローチよりも優れており、マルチサンプルまたはステンシル状態用の補助ストレージは必要ありません。Direct2D は、適切にアンチエイリアスされた結果で、エイリアスされたフレーム バッファーに直接レンダリングします。Direct2D の主な欠点は、最終的なパフォーマンスが GPU (かなり単純なラスタライズ) ではなく、各パスの変換と台形テッセレーション、および Direct3D 検証作業を実行する CPU によって決まることです。」[18]
2012 年 7 月、Windows 8チームはSteven Sinofskyのブログに次のように投稿しました。「Windows 8 のジオメトリ レンダリング パフォーマンスを向上させるために、テッセレーションに関連する CPU コストを 2 つの方法で削減することに重点を置きました。まず、長方形、線、角丸長方形、楕円などの単純なジオメトリをレンダリングする際のテッセレーションの実装を最適化しました。」[19]これらの一般的なケースの最適化により、プリミティブに応じて 184% から 438% の範囲でパフォーマンスが向上すると主張しました。投稿は次のように続きます。「2 番目に、不規則なジオメトリ (地図上の地理的境界など) をレンダリングする際のパフォーマンスを向上させるために、Target Independent Rasterization (TIR) と呼ばれる新しいグラフィックス ハードウェア機能を使用します。TIR により、Direct2D はテッセレーションに費やす CPU サイクルが少なくなり、視覚的な品質を犠牲にすることなく、より迅速かつ効率的に GPU に描画命令を与えることができます。TIR は、DirectX 11.1 をサポートする Windows 8 用に設計された新しい GPU ハードウェアで利用できます。」[19]その後、約15のSVGを使用したベンチマークが行われ、151%から523%の範囲でパフォーマンスが向上したと主張しました。このセクションでは、「私たちはグラフィックハードウェアパートナーと緊密に協力してTIRを設計しました。そのパートナーシップのおかげで劇的な改善が可能になりました。DirectX 11.1ハードウェアは現在すでに市場に出回っており、私たちはパートナーと協力して、より多くのTIR対応製品が広く利用できるようになるよう取り組んでいます。」と結論付けています。[19]
TIR機能は、2012年12月頃にNvidiaとAMDの間で「口論」を引き起こした機能の1つでした。これは、NvidiaのKepler GPUファミリーがこれをサポートしていないのに対し、AMDのGCNがサポートしているためです。[20]顧客の要求に応えて、Nvidiaのサポートスタッフは、TIRはドライバーレベルで単純に実装することはできず、新しいハードウェアが必要であると投稿しました。[21] [22] 2014年9月に導入されたMaxwell 2アーキテクチャは、そのようなハードウェアです。[23]
Windows 8.1では、Direct2D は Direct3D11 ハードウェア テッセレータを使用できますが、 と組み合わせて使用する必要がありますD2D1_FILL_MODE_ALTERNATE。別の塗りつぶしモード (などD2D1_FILL_MODE_WINDING) が使用されている場合、Direct2D は CPU 上のテッセレーションにフォールバックしますが、アンチエイリアシングには TIR を使用します (TIR が使用可能な場合)。ハードウェア テッセレーションはベースの Direct3D11 (必ずしも 11.1 ではない) で使用できるため、Microsoft は、非 TIR ハードウェアでの Windows 8.1 (Windows 8 と比較して) の Direct2D のパフォーマンスが大幅に向上したと主張しました。[24]
用途とパフォーマンス
Internet Explorer 9以降のバージョンでは、パフォーマンスと視覚品質の向上のため、 Direct2D とDirectWrite が使用されています。 [25] [26] [27] Direct2D のサポートはFirefox 3.7のアルファ版で追加され、レンダリング速度が約 2 倍になりました。[28]（Firefox 4 でも DirectWrite のサポートが追加されましたが、レンダリング品質に関するユーザーの苦情により、Firefox 7 では一部のフォントでこれがデフォルトでなくなりました。[29] Google Chrome はSkiaと呼ばれる独自の 2D ライブラリを使用しており、 Windows ではANGLEを介してレンダリングされます。 [30]）Firefox 70.0 では、古いハードウェアでは、ブラックリストに登録された古いグラフィック ドライバーでは、機能が不足していてGoogle マップなどで領域が黒く表示されている場合は、Direct2D が無効になります。[31]
Ars Technicaのピーター・ブライトは2012年の夏に「ほとんどのデスクトップアプリケーションはDirect2Dを使用していない」と指摘した。[32]
Microsoft Office 2013は、ディスプレイのレンダリングとタイポグラフィにDirect2D+DirectWriteまたはGDI+ Uniscribeをサポートしています。 [33]
参照
- ダイレクトX
- ダイレクト3D
- Cairo – クロスプラットフォームのベクターグラフィックライブラリ
- オープンVG
- シンプルで高速なマルチメディアライブラリ
- スターリングフレームワーク
- クォーツ2D
参考文献
- ^ 「Direct2D - Win32 アプリ」。2022 年 5 月 26 日。
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外部リンク
- MSDN のメイン Direct2D ページ。プログラミング ガイド、Windows 8.1 の新機能、Direct3D との相互運用性などへのリンクが含まれています。
- Direct2D リード開発者 Thomas Olsen のブログ
- Direct2D 開発者 Tom Mulcahy のブログ
- Windows 7: Direct2D と DirectWrite の紹介 - PDC 2008 ビデオ
- Microsoft .NET Framework 用の Windows API コード パック - マネージ コードで Direct2D アプリを開発できます
- Direct2D の紹介 - MSDN マガジン 2009 年 6 月号
- Direct2D による描画 - MSDN マガジン 2009 年 9 月号
- Microsoft .Net Framework 4 の Direct2D API は、Wayback Machineで 2011-07-08 にアーカイブされています- Microsoft .Net Framework 4 の Direct2D API
- ターゲットに依存しないラスタライゼーションに関する USPTO 申請
- Windows 7 開発者向け Direct2D 1.1 移行ガイド
- Charles Petzoldの DirectX に関するコラムには、三角形とテッセレーションや Direct2D ジオメトリとその操作などの入門的なものから、Direct2D ジオメトリを使用したフィンガー ペインティング、3D 世界への 2D ポータルなどのより高度なものまで、Direct2D に関する記事が多数掲載されています。