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背景与需求

在 Windows 应用开发中，GDI+ 曾长期被用作绘图的主要工具。然而，随着现代应用对性能和跨平台支持需求的提升，SkiaSharp 作为基于 Skia 的高效 2D 图形库，逐渐受到欢迎。本文从核心原理、架构设计、性能测试等多个维度，全面对比 SkiaSharp 和 GDI+，并通过一个高性能场景的真实数据分析得出结论。

核心原理对比

1. GDI+ 原理

GDI+ 是 Windows 平台的绘图 API，属于设备无关图形 (DIB) 模型，主要特点是：

• 完全依赖 CPU 计算：GDI+ 的所有操作都在 CPU 上完成，缺乏对现代 GPU 的支持。
• 每次绘制即刻呈现：GDI+ 直接将绘制结果传递到设备上下文 (Device Context)，没有复杂的渲染流水线。
• 支持简单的 2D 绘图：如线条、文本、图像等基本操作。
• 单线程限制：GDI+ 绘图通常运行在 UI 线程，不适合并行绘制。

缺点：

• 缺少硬件加速，复杂场景性能较差。
• 仅支持 Windows，不具备跨平台能力。

2. SkiaSharp 原理

SkiaSharp 是 Google 开源的 Skia 图形库的 .NET 封装，提供跨平台的高性能 2D 图形 API，主要特点包括：

• 硬件加速：通过 OpenGL、Vulkan、Metal 等后端与 GPU 协作，大幅提升性能。
• 批量绘制优化：Skia 将多个绘图命令合并，通过 GPU 渲染流水线一次性完成绘制。
• 跨平台支持：可在 Windows、Linux、macOS 和移动端使用。
• 线程支持：支持并行渲染，可从非 UI 线程更新绘图。

优势：

• 高帧率绘图和复杂动画场景性能卓越。
• 丰富的绘图特性，例如抗锯齿、渐变、遮罩等。

3. 对比分析

特性	SkiaSharp	GDI+
跨平台支持	支持（Windows, macOS, Linux, iOS, Android）	仅支持 Windows
性能	高性能，支持硬件加速	中等，依赖 CPU 绘图，无硬件加速支持
抗锯齿效果	默认启用，效果出色	可配置，但效果和性能略逊
实现复杂度	需要学习 SkiaSharp API	较简单，直接调用 .NET 的 GDI+ API
动态更新流畅性	流畅，适合高帧率场景	可能会出现轻微卡顿，需启用双缓冲优化
开发生态	活跃，持续更新，支持现代图形特性	停滞，无新特性支持
适用场景	游戏、数据可视化、跨平台图形应用	Windows 特定应用，低频绘图

示例场景：粒子系统动画

为了验证两者在复杂场景下的性能差异，选择粒子系统动画作为对比测试。这种场景下需要实时更新和绘制数千个粒子的位置、速度，能够充分测试绘图性能。

• 粒子数量：2000 个。
• 刷新频率：约 60 FPS。
• 测试设备：Intel® Core™ i5-10400F CPU @ 2.90GHz, 32GB RAM, Nvidia Quadro P600, Windows 11。
• 测量指标：帧率（FPS）。

实现代码

1. SkiaSharp 实现

以下是基于 SkiaSharp 的代码：

using System.Diagnostics;
using SkiaSharp.Views.Desktop;
using SkiaSharp;
using Timer = System.Windows.Forms.Timer;namespace GLControlExample
{public partial class MainForm : Form{private readonly SKGLControl _skiaControl;private readonly Timer _timer;private readonly List<Particle> _particles = new();private readonly Random _random = new();private int _frameCount = 0;private Stopwatch _stopwatch = new();private double _lastFps = 0;public MainForm(){Text = "SkiaSharp 粒子系统 (FPS 测试)";Width = 800;Height = 600;_skiaControl = new SKGLControl { Dock = DockStyle.Fill };Controls.Add(_skiaControl);_skiaControl.PaintSurface += OnPaintSurface;InitializeParticles(5000);_timer = new Timer { Interval = 10 }; // 约 100 FPS_timer.Tick += (s, e) =>{UpdateParticles();_skiaControl.Invalidate();};_stopwatch.Start();_timer.Start();}private void InitializeParticles(int count){for (int i = 0; i < count; i++){_particles.Add(new Particle{X = _random.Next(Width),Y = _random.Next(Height),SpeedY = _random.Next(2, 10)});}}private void UpdateParticles(){foreach (var particle in _particles){particle.Y += particle.SpeedY;if (particle.Y > Height){particle.Y = 0;particle.X = _random.Next(Width);}}}private void OnPaintSurface(object sender, SkiaSharp.Views.Desktop.SKPaintGLSurfaceEventArgs e){var canvas = e.Surface.Canvas;canvas.Clear(SKColors.Black);using var paint = new SKPaint { Color = SKColors.Cyan, IsAntialias = true };foreach (var particle in _particles){canvas.DrawCircle(particle.X, particle.Y, 2, paint);}// 计算 FPS_frameCount++;if (_stopwatch.ElapsedMilliseconds >= 1000){_lastFps = _frameCount * 1000.0 / _stopwatch.ElapsedMilliseconds;_frameCount = 0;_stopwatch.Restart();Text = $"SkiaSharp 粒子系统 (FPS: {_lastFps:F1})";}}private class Particle{public float X { get; set; }public float Y { get; set; }public float SpeedY { get; set; }}}
}

2. GDI+ 实现

以下是基于 GDI+ 的代码：

using System.Diagnostics;
using Timer = System.Windows.Forms.Timer;namespace GLControlExample
{public partial class MainForm : Form{private readonly Timer _timer;private readonly List<Particle> _particles = new();private readonly Random _random = new();private int _frameCount = 0;private Stopwatch _stopwatch = new();private double _lastFps = 0;public MainForm(){Text = "GDI+ 粒子系统 (FPS 测试)";Width = 800;Height = 600;DoubleBuffered = true; // 启用双缓冲，减少闪烁InitializeParticles(2000); // 初始化 2000 个粒子_timer = new Timer { Interval = 10 }; // 约 100 FPS_timer.Tick += (s, e) =>{UpdateParticles();Invalidate(); // 请求重新绘制};_timer.Start();_stopwatch.Start();}private void InitializeParticles(int count){for (int i = 0; i < count; i++){_particles.Add(new Particle{X = _random.Next(Width),Y = _random.Next(Height),SpeedY = _random.Next(2, 10)});}}private void UpdateParticles(){foreach (var particle in _particles){particle.Y += particle.SpeedY;if (particle.Y > Height){particle.Y = 0;particle.X = _random.Next(Width);}}}protected override void OnPaint(PaintEventArgs e){base.OnPaint(e);var g = e.Graphics;g.Clear(Color.Black);using var brush = new SolidBrush(Color.GreenYellow);foreach (var particle in _particles){g.FillEllipse(brush, particle.X, particle.Y, 4, 4);}// 计算 FPS_frameCount++;if (_stopwatch.ElapsedMilliseconds >= 1000){_lastFps = _frameCount * 1000.0 / _stopwatch.ElapsedMilliseconds;_frameCount = 0;_stopwatch.Restart();Text = $"SkiaSharp 粒子系统 (FPS: {_lastFps:F1})";}}private class Particle{public float X { get; set; }public float Y { get; set; }public float SpeedY { get; set; }}}
}

性能测试结果

粒子数量：2000

指标	SkiaSharp	GDI+
平均帧率	64 FPS（稳定）	40 FPS（波动明显）
图像

粒子数量：20000

指标	SkiaSharp	GDI+
平均帧率	63.1 FPS（轻微下降）	46.8 FPS（卡顿严重）
图形

性能差异的核心原因

1. 硬件加速

   • SkiaSharp 使用 GPU 渲染，极大降低了 CPU 的计算负担。
   • GDI+ 完全依赖 CPU，在复杂绘图场景下性能瓶颈明显。

2. 渲染流水线优化

   • SkiaSharp 将多个绘制操作合并处理，减少绘制开销。
   • GDI+ 每次绘制操作都是独立的，缺乏优化。

3. 跨线程支持

   • SkiaSharp 支持在非 UI 线程生成图像，并传递到 UI 渲染。
   • GDI+ 要求所有绘图必须在 UI 线程进行。

总结与推荐

• 高性能场景：如实时动画、图形密集型应用，推荐使用 SkiaSharp。
• 简单场景：如静态绘图或单一平台应用，GDI+ 是一个足够稳定的选择。

SkiaSharp 的硬件加速能力和现代图形渲染特性，决定了它在复杂场景下的性能远胜 GDI+。对于需要高帧率和高效绘图的现代应用开发者，SkiaSharp 是更明智的选择。