Agg学习笔记

很久前就听一大牛说起Agg，据说是一个架构极度牛B的2D引擎，沉寂了许久，最后花了两周时间走马观花地把它过了一遍。果然如那大牛所言，这家伙简直就是巧夺天工的艺术品。今天稍稍瞄了一下Google扔出来的，也宣称极度牛B的2D引擎Skia，不过个人感觉整体架构大不如Agg漂亮。至于两者的性能，没做过比较，只是听说skia性能表现优异。

      在啃这块骨头之前，有两点建议：

1. 稍了解一点2D计算机图形学的知识。这一点在学习Agg的过程中至关重要。

2. 至少尝试使用过一种UI框架，诸如Wtl、Mfc等。

      很多人曾说Agg将C++模板用到了炉火纯青的地步，不过就我现在的认知，发现其用法也就正规正矩而已，没用像Boost那样到处是奇技淫巧，让人眼花缭乱，找不到北。也许我功底还不行，无法体会高人的用意。

      学习代码最好的办法莫过于编译，看运行效果。下载源码见这里【http://www.antigrain.com/download/index.html】。Agg源码包中并没有对Virtual Studio的直接支持，不过建一个Project，然后将文件拖到里面编译即可（为了保证可移植性，Agg对标准的支持还是很得力的）。在源码包中的examples目录有很多sample，可以另建Project编译运行看效果。如果想偷懒，可以去这里【http://www.antigrain.com/demo/index.html 】下载编译好的可执行文件先睹为快。我围观了下，效果很“炫”。

      对于开源的东西，找学习资料总是值得先去官网瞄瞄。Agg官网的Reference 不多，不过强烈建议看下这里【http://www.antigrain.com/doc/index.html 】。如果不喜欢看E文，国内有人翻译（感谢之），质量还不错，见这里【http://www.cnblogs.com/liyiwen/category/248229.html 】。认真看完第一篇【Basic Renderers】很重要，这篇文章对Agg的底层架构做了清晰的讲述，包括RenderBuffer和底层Render，以及两者的职责分离。这种设计相当好，因为RenderBuffer并不应该知道上层使用何种颜色模式。

      为了对Agg有一个总体的了解（非技术层次），可以参考这里【http://www.cnblogs.com/Kane_zzt/archive/2009/02/15/1271793.html 】。下面这张图是Agg总体框架的一个总体表述

      最后一项Screen Output可以不理会，那是OS的事。Agg处理的最底层是Rendering Buffer 。说白了Rendering Buffer就是一块内存块，类似Bitmap。当然这也不一定，它也可以是通过OS API获得窗口屏幕的映射地址（Windows下可以通过GDI函数获得），或者是FrameBuffer，这样整个屏幕就可以任意虐，如果没猜错的话，Android这鸟毛就这么干的。

      在讲Renderers之前，有必要区分两个概念，图形和图像。简单地讲，图形就是一些点线组成的形状，可以通过LineTo和MoveTo原语构造。而图像一般包含形状和具体的颜色信息。而Readerers【渲染器】就是将图形信息渲染成图像。

渲染器层实际上包含三层：

1. 颜色模式（例如RGBA）相关的底层渲染层，这一层直接跟Rendering Buffer日。在这一层，每一个像素的大小、颜色的表示被确定。

2. Basic Render层，这一层在底层的基础上进行简单的裁剪支持。包括单裁剪和多区域裁剪。多区域裁剪性能和区域数量相关。

3. 应用渲染层，这一层负责渲染具体的线段。在后面会讲到，在Agg中任何一个多边形在光栅化后都会分解成一条条水平线（span），然后依次渲染。

      Scanline Rasterizer就是将任意多边形（顶点源）分解成水平线，然后交给顶层渲染器渲染。在这一层也可以进行适当的裁剪。反锯齿功能在这一层引入，Agg中的像素存储使用浮点型，小数部分即传说中的亚像素。

      Coordinate conversion pipeline对顶点源进行坐标转换，我们熟悉的操作如放大/缩小、旋转等操作都在这一层完成，这部分代码对数学基础和算法要求较高，我直接死不鸟跳过。在反走样插值功能在这一层引入。

      Vertex Source提供光栅化的多边形，它通过一个迭代器来传递顶点。顶点源包括普通的图形，例如矩形、椭圆、三角形，也包括字体等复杂多边形。在Linux下被广泛应用的Freetype库就是根据字符编码、其他字符参数来生成一个字体多边形。这在Agg中也被支持。

      前面提到的都是一些很简单的矢量绘图操作，那么Agg对贴图、渐变色和字体引擎的支持怎么样呢？

      关于Agg对贴图的支持，默认包含对bmp格式的支持，Agg源码内置了对bmp图片格式的解码代码，不过默认并不支持png和jpg等流行格式。我想作者可能是为了保持简单，不想引入libpng和libjpeg。Agg对所有图片格式除了解码部分外，处理是一致的。

      前面一直讲到渲染，那何谓渲染呢，说白了就是将一个像素用颜色填充（或混合Blend)。而前面一直忽略了一个问题，就是渲染时用什么颜色来填充（准确的讲，并不是填充，而是混合(Blend))特定的像素呢？在Agg中其实也包含一个虚拟的“颜色源”，这个颜色源中的每一个点和“顶点源“中的点一一对应。可以有多种方式构造这个虚拟的颜色源，首先可以指定一种颜色，即纯色填充，其次可以通过一定算法来生成”渐变“效果，当然也可以从图片中获取。

      说到图片，其实任何格式在处理前都必须转化成bitmap格式，所谓的libpng和libjpeg就是干这个事。而bitmap说到底就是一个矩形颜色源。也许有人会疑惑，某些图片不是支持不规则形状么，例如png图片格式。其实png并不支持不规则形状，而是支持Alpha通道。而2D引擎在渲染时通过Alpha Blend后某些地方就成了透明色，用户看起来就是不规则形状了。

      说到这里，Agg对贴图的支持就很简单了，从贴图资源中获得颜色源，然后使用它渲染特定多边形（裁剪在这个多边形中完成）。而对图片的放大/缩小、旋转等过程类似Coordinate conversion pipeline对顶点源的操作。

      Agg对渐变的支持和贴图一致。

      Agg内置对英文字符的支持，我没有仔细研究源码，不过可以推测它将所有英文字符的路径存储在一个全局（静态）变量中，渲染前直接通过这些路径生成顶点，因而效率极高。不过这种方式有几个不足：

1. 不支持未存储的字符，很显然不要靠他来支持”我日“。

2. 不支持字体，因为字体路径表述都是写死的，除非修改源代码。

      更高级的字体支持来自字体引擎，Agg支持Windows Gdi的字体接口，也可以使用第三方的字体引擎，例如Freetype。Agg可以通过字体引擎提供的字模来包装一个顶点源，因而可以将字体渲染成任意效果。此外Agg也可以对字体引擎进一步封装，实现一个类似贴图的接口，然后渲染多边形，不过个人觉得这种方式很别扭，而且渲染时不太灵活。暂时没有测试两种方式的效率差别。

      最后，因本人水平有限，错误之处在所难免，欢迎指正。