显示硬件发展与视频开发系列(2)----2D时代

3、2D时代

几十年工艺改进，解决了基本制造问题，计算机开始向应用过渡。显示问题是首当其冲的问题，多年的思辨与实践，2D技术横空出世，完善发展，为计算机的应用推广做出了卓越的贡献。双色显示的星星之火，在2D时代终于熊熊燃烧，计算机走向民间的时代到来了。

下面从公司产品的角度，回顾2D时代的图形图像编程。

3.1、公司

3.1.1、Amiga

Amiga是80年代图形性能最强大的电脑之一，拥有专门处理图形的芯片。杰.迈纳是当年显卡芯片设计的灵魂人物。下图Amiga500拆机，红圈内的denise芯片就是专门用来负责处理图形的，denise是真正意义上的2d加速卡。

这家公司在音视频多媒体领域超越当年的IBM与Apple，遗憾的是，最好的技术也被市场所淘汰。

3.1.2、IBM

1981年， IBM推出个人电脑，提供了两种显卡，一种是“单色显卡”(简称 MDA)，一种是 “彩色绘图卡” (简称 CGA)。

1982年，IBM又推出了MGA（Monochrome Graphic Adapter），又称Hercules Card (大力士卡)，除了显示图形外，还保留了原来MDA的功能，IBM是世界第一块显卡制造商。

3.1.3、S3

S3在1989年开始造显卡，2D画质领域无人能及，盛极一时的Trident也无奈败下阵来。S3最经典的产品当属Trio64V+，有着高速的2D性能和强大的VCD软解实力，支持1024×768的分辨率，在低分辨率下支持最高32Bit真彩色。

那是一个VCD满天飞的年代，显卡的VCD解压能力是视频底层技术的一个突破。S3几经被转卖，先被威盛收编，后被HTC揽入囊中。今天，HTC步履蹒跚，生死一线。

3.1.4、Trident

Trident，这家公司当年在2D显卡领域红极一时，在当年的产品专柜里，多次看到其身影，后期由于技术方向原因，在3D显卡年代被淘汰。最终在2003年被XGI收购。而XGI最终在后来被ATI纳入麾下。

3.1.5、Matrox（迈创）

曾经独显领域的主要玩家，2D显卡时代声名显赫，3D时代落寞，最终转向小众视频市场。如今说起显卡GPU，很多人脑海里只会浮现NVIDIA、AMD两个名字，在上个世纪末，Matrox(迈创)的名字如雷贯耳。它的资格比NVIDIA、AMD要老得多。迈创来自加拿大(ATI也是)，Matrox成立于1976年，比ATI早9年，比NVIDIA早17年。

3.2、图形技术

1976年~1995年是沉闷寂寥的2D时代，显示技术发展缓慢，，图形图像编程近乎停滞。市场期待着集成电路的发展、微电子技术的爆发。

1995年之后，硬件技术的春天到来了，3D显卡涌现，性能和技术有很大提升，鸟语花香，百家争鸣。厂商不断推陈出新才能生存，跟不上节奏的企业，逃不了被收购的命运。缅怀过去，继往开来，2D技术多年的发展为3D技术做了20年的铺垫。

结合过去历史，回顾当年2D编程的技术。

3.2.1、GDI编程

当时图形图像编程多使用GDI技术。

代码示例：

CDC *pDC = GetDC();
pDC->SelectObject(&…);
ReleaseDC(pDC);

GDI编程的出现，代表了消费级图像编程的兴起。

3.2.2、GDI+编程

GDI+是GDI的增强版，想当年，Windows平台的上的图形图像技术，走在各个平台的前端。

GDI编程为OpenGL和DirectX做了铺垫。

代码示例：

HINSTANCE hInst = AfxGetResourceHandle();
HRSRC hRsrc = ::FindResource (hInst，MAKEINTRESOURCE(nID)，sTR); // typeif (!hRsrc)
return FALSE;// load resource into memoryDWORD len = SizeofResource(hInst， hRsrc);
BYTE* lpRsrc = (BYTE*)LoadResource(hInst， hRsrc);
if (!lpRsrc)
return FALSE;// Allocate global memory on which to create stream
HGLOBAL m_hMem = GlobalAlloc(GMEM_FIXED， len);
BYTE* pmem = (BYTE*)GlobalLock(m_hMem);
memcpy(pmem，lpRsrc，len);
IStream* pstm;
CreateStreamOnHGlobal(m_hMem，FALSE，&pstm);// load from stream
pImg=Gdiplus::Image::FromStream(pstm);// free/release stuff
GlobalUnlock(m_hMem);
pstm->Release();
FreeResource(lpRsrc);

无论GDI还是GDI+技术，都代表着图形图像编程的年代到来了。

3.2.3、Direct 2D

Direct2D的出现代表着引擎技术的到来，体现了市场对图形图像、音视频技术的强烈需求，在引擎的背后，封装了图形图像技术的专业性与复杂性。

代码示例：

#include <windows.h>
#include <d2d1.h>
#include <d2d1helper.h>
#include <dwrite.h>
#pragma comment(lib,"dwrite.lib")
#pragma comment(libd"d2d1.lib") static HINSTANCE g_hinst;
static HWND g_hwnd;
static bool g_flag_app_exit;static ID2D1Factory * g_factory;
static ID2D1HwndRenderTarget * g_render_target; g_render_target->Resize(D2D1::SizeU(LOWORD(lparam)，HIWORD(lparam)));
D2D1CreateFactory(D2D1_FACTORY_TYPE_SINGLE_THREADED， &g_factory); RECT rc;
GetClientRect(g_hwnd， &rc); g_factory->CreateHwndRenderTarget(D2D1::RenderTargetProperties()， D2D1::HwndRenderTargetProperties(g_hwnd，
D2D1::SizeU(rc。right - rc。left， rc。bottom - rc。top)    )， &g_render_target); g_render_target->BeginDraw();
g_render_target->Clear(D2D1::ColorF(0。63， 0。84， 0。00));
g_render_target->EndDraw();
g_render_target->Release();
g_factory->Release();

3.2.4、AGG

AGG，全名：Anti-Grain Geometry，一个开源的、高效2D图形库。AGG的功能与GDI+的功能类似，提供了比GDI+更灵活的编程接口，产生的图形的质量非常高，跨平台的2D图形引擎，可在Windows、Wince、Linux等平台上运行。

设计上，师出Boost库，使用了大量的C++语法规则，包括模板、仿函数等处理。为了能在更多平台上使用，并没有直接使用Boost和STL库，自己实现了部分STL功能。”

3.2.5、Cairo

cairo 是一个免费的矢量绘图软件库，可以绘制多种输出格式。cairo支持许多平台，包括 Linux、BSD、Windows等。Linux 绘图可以通过 X Window 系统、Quartz、图像缓冲格式或 OpenGL 上下文来实现。

cairo 的主要设计目标是提供尽可能接近的输出。这种一致的输出使 cairo 非常适合 GUI 工具集编程和跨平台应用程序开发。使用同一个绘图库打印高分辨率的屏幕和绘制屏幕内容，这种功能具有显著的优点。

在支持的目标平台上，cairo 尝试智能化地使用底层硬件和软件支持。高质量矢量图形和高性能的结合使cairo成为优秀的绘图系统。

cairo 用C编写的，为大多数常用的语言提供了绑定。选用C语言有助于创建新的绑定，在进行C语言调用时提供高性能。和Python绑定，支持快速原型开发，降低了学习 cairo绘图API的门槛。

代码示例：

#include <cairo.h> int  main (int argc， char *argv[]) { cairo_surface_t *surface; cairo_t *cr; int width = 640; int height = 480; surface = cairo_image_surface_create (CAIRO_FORMAT_ARGB32， width， height); cr = cairo_create (surface); /* Drawing code goes here */ cairo_set_line_width (cr， 10); cairo_set_source_rgb (cr， 0， 0， 0); cairo_rectangle (cr， width/4， height/4， width/2， height/2); cairo_stroke (cr); /* Write output and clean up */ cairo_surface_write_to_png (surface， "rectangle。png"); cairo_destroy (cr); cairo_surface_destroy (surface); return 0;
}

3.2.6、Cocoa Drawing

Cocoa Drawing是苹果公司的2D图形图像开发类库，在XCode下运用，旨在推广苹果公司的技术。纵然苹果一直有着很强的图形图像处理能力，但仅局限于苹果公司本身的软件，苹果在早期一直没有很好的图形图像编程引擎。

近些年苹果的Metal技术，才可以算作苹果公司真正的技术创举。

代码示例：

[NSGraphicsContext saveGraphicsState];// Create the path and add the shapes
NSBezierPath* clipPath = [NSBezierPath bezierPath];
[clipPath appendBezierPathWithRect:NSMakeRect(0.0，0.0，100.0，100.0)];
[clipPath appendBezierPathWithOvalInRect:NSMakeRect(50.0，50.0，100.0，100.0)];// Add the path to the clip shape。
[clipPath addClip];// Draw the image。
[NSGraphicsContext restoreGraphicsState];

3.3、总结

计算机功能的强大，代表本身的强大，本身的强大代表体系的复杂，模块的组合，视频技术也不例外，从宏观角度来看，图形图像编程框架如下图。

软硬件技术是紧密结合的，硬件技术的进步推动了软件编程的繁荣，软件技术的应用促进了硬件的推广。早期的硬件公司驱动设计、专业级的编程接口研发，到后期消费级市场软件技术的繁荣。图形图像编程形成独立的软件阵地，呼唤着3D时代的到来。