graphics - 脏矩形

Question

在哪里可以找到关于实现一种计算“脏矩形”以最小化帧缓冲区更新的算法的参考资料？允许任意编辑并计算更新显示所需的最小“位 blit”操作集的显示模型。

Answer 1

要构建包含所有需要重新绘制的区域的最小矩形：

• 从空白区域开始（也许是一个设置为 0,0,0,0 的矩形 - 您可以将其检测为“不需要更新”）

对于添加的每个脏区：

• 规范化新区域（即保证left小于right，top小于bottom）
• 如果脏矩形当前为空，请将其设置为提供的区域
• 否则，将脏矩形的左上坐标设置为 {dirty,new} 的最小值，将右下坐标设置为 {dirty,new} 的最大值。

至少，Windows 会维护它所获知的更改的更新区域，以及由于窗口被遮挡和显示而需要进行的任何重新绘制。区域是由许多可能不连续的矩形、多边形和椭圆组成的对象。您通过调用 InvalidateRect 告诉 Windows 需要重新绘制屏幕的一部分 - 对于更复杂的区域还有一个 InvalidateRgn 函数。如果您选择在下一个 WM_PAINT 消息到达之前进行一些绘画，并且您想将其排除在脏区之外，则可以使用 ValidateRect 和 ValidateRgn 函数。

当您开始使用 BeginPaint 进行绘画时，您提供了一个 PAINTSTRUCT，Windows 会在其中填充有关需要绘画的内容的信息。其中一个成员是包含无效区域的最小矩形。如果您想在有多个小的无效区域时最小化绘图，您可以使用 GetUpdateRgn 获取区域本身（您必须在 BeginPaint 之前调用它，因为 BeginPaint 将整个窗口标记为有效）。

我会假设，由于在最初编写这些环境时，在 Mac 和 X 上最小化绘图很重要，因此存在用于维护更新区域的等效机制。

Answer 2

Vexi 是一个参考实现。该类是org.vexi.util.DirtyList （Apache 许可证），并用作生产系统的一部分，即经过彻底测试，并得到很好的评论。

需要注意的是，当前的类描述有点不准确，“一种通用数据结构，用于保存需要重新绘制的矩形区域列表，具有智能合并功能。” 实际上，它目前不进行合并。因此，您可以认为这是一个基本的 DirtyList 实现，因为它只与dirty() 请求相交以确保没有重叠的脏区域。

这个实现的一个细微差别是，区域不是使用 Rect 或其他类似的区域对象，而是存储在一个整数数组中，即在一维数组中的 4 个整数块中。这样做是为了提高运行时效率，尽管回想起来我不确定这是否有很多优点。（是的，我实现了它。）用 Rect 代替正在使用的数组块应该很简单。

上课的目的是要快。使用 Vexi，脏可能每帧调用数千次，因此脏区域与脏请求的交集必须尽可能快。不超过 4 个数字比较用于确定两个区域的相对位置。

由于缺少合并，它不是完全最优的。虽然它确实确保脏/绘制区域之间没有重叠，但您最终可能会得到对齐的区域并且可以合并到更大的区域中 - 从而减少绘制调用的数量。

代码片段。在线完整代码在这里。

public class DirtyList {

    /** The dirty regions (each one is an int[4]). */
    private int[] dirties = new int[10 * 4]; // gets grown dynamically

    /** The number of dirty regions */
    private int numdirties = 0;

    ...

    /** 
     *  Pseudonym for running a new dirty() request against the entire dirties list
     *  (x,y) represents the topleft coordinate and (w,h) the bottomright coordinate 
     */
    public final void dirty(int x, int y, int w, int h) { dirty(x, y, w, h, 0); }

    /** 
     *  Add a new rectangle to the dirty list; returns false if the
     *  region fell completely within an existing rectangle or set of
     *  rectangles (i.e. did not expand the dirty area)
     */
    private void dirty(int x, int y, int w, int h, int ind) {
        int _n;
        if (w<x || h<y) {
            return;
        }
        for (int i=ind; i<numdirties; i++) {
            _n = 4*i;
            // invalid dirties are marked with x=-1
            if (dirties[_n]<0) {
                continue;
            }

            int _x = dirties[_n];
            int _y = dirties[_n+1];
            int _w = dirties[_n+2];
            int _h = dirties[_n+3];

            if (x >= _w || y >= _h || w <= _x || h <= _y) {
                // new region is outside of existing region
                continue;
            }

            if (x < _x) {
                // new region starts to the left of existing region

                if (y < _y) {
                    // new region overlaps at least the top-left corner of existing region

                    if (w > _w) {
                        // new region overlaps entire width of existing region

                        if (h > _h) {
                            // new region contains existing region
                            dirties[_n] = -1;
                            continue;
                        }// else {
                        // new region contains top of existing region
                        dirties[_n+1] = h;
                        continue;

                    } else {
                        // new region overlaps to the left of existing region

                        if (h > _h) {
                            // new region contains left of existing region
                            dirties[_n] = w;
                            continue;
                        }// else {
                        // new region overlaps top-left corner of existing region
                        dirty(x, y, w, _y, i+1);
                        dirty(x, _y, _x, h, i+1);
                        return;

                    }
                } else {
                    // new region starts within the vertical range of existing region

                    if (w > _w) {
                        // new region horizontally overlaps existing region

                        if (h > _h) {
                            // new region contains bottom of existing region
                            dirties[_n+3] = y;
                            continue;
                        }// else {
                        // new region overlaps to the left and right of existing region
                        dirty(x, y, _x, h, i+1);
                        dirty(_w, y, w, h, i+1);
                        return;

                    } else {
                        // new region ends within horizontal range of existing region

                        if (h > _h) {
                            // new region overlaps bottom-left corner of existing region
                            dirty(x, y, _x, h, i+1);
                            dirty(_x, _h, w, h, i+1);
                            return;
                        }// else {
                        // existing region contains right part of new region
                        w = _x;
                        continue;
                    }
                }
            } else {
                // new region starts within the horizontal range of existing region

                if (y < _y) {
                    // new region starts above existing region

                    if (w > _w) {
                        // new region overlaps at least top-right of existing region

                        if (h > _h) {
                            // new region contains the right of existing region
                            dirties[_n+2] = x;
                            continue;
                        }// else {
                        // new region overlaps top-right of existing region
                        dirty(x, y, w, _y, i+1);
                        dirty(_w, _y, w, h, i+1);
                        return;

                    } else {
                        // new region is horizontally contained within existing region

                        if (h > _h) {
                            // new region overlaps to the above and below of existing region
                            dirty(x, y, w, _y, i+1);
                            dirty(x, _h, w, h, i+1);
                            return;
                        }// else {
                        // existing region contains bottom part of new region
                        h = _y;
                        continue;
                    }
                } else {
                    // new region starts within existing region

                    if (w > _w) {
                        // new region overlaps at least to the right of existing region

                        if (h > _h) {
                            // new region overlaps bottom-right corner of existing region
                            dirty(x, _h, w, h, i+1);
                            dirty(_w, y, w, _h, i+1);
                            return;
                        }// else {
                        // existing region contains left part of new region
                        x = _w;
                        continue;
                    } else {
                        // new region is horizontally contained within existing region

                        if (h > _h) {
                            // existing region contains top part of new region
                            y = _h;
                            continue;
                        }// else {
                        // new region is contained within existing region
                        return;
                    }
                }
            }
        }

        // region is valid; store it for rendering
        _n = numdirties*4;
        size(_n);
        dirties[_n] = x;
        dirties[_n+1] = y;
        dirties[_n+2] = w;
        dirties[_n+3] = h;
        numdirties++;
    }

    ...
}

Answer 3

听起来您需要的是要渲染到屏幕的每个形状的边界框。请记住，多边形的边界框可以定义为“左下”（最小点）和“右上”（最大点）。即最小点的 x 分量定义为多边形中每个点的所有 x 分量中的最小值。对 y 分量（在 2D 的情况下）和边界框的最大点使用相同的方法。

如果每个多边形有一个边界框（又名“脏矩形”）就足够了，那么你就完成了。如果您需要一个整体的复合边界框，则应用相同的算法，除了您可以只填充具有最小和最大点的单个框。

现在，如果您在 Java 中执行所有这些操作，则可以使用方法Area直接获取 an （您可以从 any 构造）的边界框。ShapegetBound2D()

Answer 4

我最近刚刚编写了一个 Delphi 类来计算两个图像的差异矩形，并且对它的运行速度感到非常惊讶 - 速度足以在短计时器中运行，并且在鼠标/键盘消息用于记录屏幕活动之后运行。

它如何工作的分步要点是：

1. 通过矩形将图像细分为逻辑 12x12。

2. 循环遍历每个像素，如果有差异，那么我告诉子矩形该像素属于哪个像素，其中一个像素和位置存在差异。

3. 每个子矩形都记住它自己最左边、最上面、最右边和最下面的差异的坐标。

4. 找到所有差异后，我会遍历所有有差异的子矩形，如果它们彼此相邻，则从它们中形成更大的矩形，并使用最左侧、最顶部、最右侧和底部-这些子矩形的大多数差异是我使用的实际差异矩形。

这对我来说似乎工作得很好。如果您还没有实现自己的解决方案，请告诉我，如果您愿意，我会通过电子邮件将我的代码发送给您。同样到目前为止，我是 StackOverflow 的新用户，所以如果您欣赏我的回答，请投票。:)

Answer 5

您使用什么语言？在 Python 中，Pygame 可以为您做到这一点。使用 RenderUpdates Group 和一些具有 image 和 rect 属性的 Sprite 对象。

例如：

#!/usr/bin/env python
import pygame

class DirtyRectSprite(pygame.sprite.Sprite):
    """Sprite with image and rect attributes."""
    def __init__(self, some_image, *groups):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self, *groups)
        self.image = pygame.image.load(some_image).convert()
        self.rect = self.image.get_rect()
    def update(self):
        pass #do something here

def main():
    screen = pygame.display.set_mode((640, 480))
    background = pygame.image.load(open("some_bg_image.png")).convert()
    render_group = pygame.sprite.RenderUpdates()
    dirty_rect_sprite = DirtyRectSprite(open("some_image.png"))
    render_group.add(dirty_rect_sprite)

    while True:
        dirty_rect_sprite.update()
        render_group.clear(screen, background)
        pygame.display.update(render_group.draw(screen))

如果你不使用 Python+Pygame，我会这样做：

• 制作一个更新（）、移动（）等的 Sprite 类。方法设置一个“脏”标志。
• 为每个精灵保留一个矩形
• 如果您的 API 支持更新矩形列表，请在精灵脏的矩形列表上使用它。在 SDL 中，这是 SDL_UpdateRects。
• 如果您的 API 不支持更新 rects 列表（我从来没有机会使用除 SDL 之外的任何东西，所以我不知道），请测试是否可以更快地调用 blit 函数多次或一次大矩形 我怀疑任何 API 使用一个大矩形会更快，但同样，除了 SDL，我没有使用任何其他东西。

Answer 6

研究R-tree和quadtree数据结构。