画之字形线比画直线慢得多

Question

在使用自己编写的图形控件时，我注意到在显示嘈杂数据时绘制图形比显示干净数据时要慢得多。
我进一步研究并将问题缩小到最小差异：绘制具有不同 Y 值的相同数量的线与具有相同 Y 值的绘制线。

例如，我将以下测试放在一起。我生成点列表，一个具有随机 Y 值，一个具有相同的 Y，一个具有 Zig-Zag Y 模式。

private List<PointF> GenerateRandom(int n, int width, int height)
{
    //Generate random pattern
    Random rnd = new Random();
    float stepwidth = Convert.ToSingle(width / n);
    float mid = Convert.ToSingle(height / 2);
    float lastx = 0;
    float lasty = mid;
    List<PointF> res = new List<PointF>();
    res.Add(new PointF(lastx, lasty));
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        var x = stepwidth * i;
        var y = Convert.ToSingle(height * rnd.NextDouble());
        res.Add(new PointF(x, y));
    }
    return res;
}
private List<PointF> GenerateUnity(int n, int width, int height)
{
    //Generate points along a simple line
    float stepwidth = Convert.ToSingle(width / n);
    float mid = Convert.ToSingle(height / 2);
    float lastx = 0;
    float lasty = mid;
    List<PointF> res = new List<PointF>();
    res.Add(new PointF(lastx, lasty));
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        var x = stepwidth * i;
        var y = mid;
        res.Add(new PointF(x, y));
    }
    return res;
}
private List<PointF> GenerateZigZag(int n, int width, int height)
{
    //Generate an Up/Down List
    float stepwidth = Convert.ToSingle(width / n);
    float mid = Convert.ToSingle(height / 2);
    float lastx = 0;
    float lasty = mid;
    List<PointF> res = new List<PointF>();
    res.Add(new PointF(lastx, lasty));
    var state = false;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        var x = stepwidth * i;
        var y = mid - (state ? 50 : -50);
        res.Add(new PointF(x, y));
        state = !state;
    }
    return res;
}

我现在把每个点列表都画了几次，比较一下需要多长时间：

private void DoTheTest()
{
    Bitmap bmp = new Bitmap(970, 512);
    var random = GenerateRandom(2500, bmp.Width, bmp.Height).ToArray();
    var unity = GenerateUnity(2500, bmp.Width, bmp.Height).ToArray();
    var ZigZag = GenerateZigZag(2500, bmp.Width, bmp.Height).ToArray();

    using (Graphics g = Graphics.FromImage(bmp))
    {
        var tUnity = BenchmarkDraw(g, 200, unity);
        var tRandom = BenchmarkDraw(g, 200, random);
        var tZigZag = BenchmarkDraw(g, 200, ZigZag);
        MessageBox.Show(tUnity.ToString() + "\r\n" + tRandom.ToString() + "\r\n" + tZigZag.ToString());
    }
}
private double BenchmarkDraw(Graphics g, int n, PointF[] Points)
{
    var Times = new List<double>();
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        g.Clear(Color.White);
        System.DateTime d3 = DateTime.Now;
        DrawLines(g, Points);
        System.DateTime d4 = DateTime.Now;
        Times.Add((d4 - d3).TotalMilliseconds);
    }
    return Times.Average();
}
private void DrawLines(Graphics g, PointF[] Points)
{
    g.DrawLines(Pens.Black, Points);
}

我得出以下每次抽奖的持续时间：

Straight Line: 0.095 ms
Zig-Zag Pattern: 3.24 ms
Random Pattern: 5.47 ms

所以好像是越画越差，画的线条变化越大，这也是我一开始说的控制画遇到的真实世界的效果。

因此我的问题如下：

为什么会产生如此残酷的差异，要画哪些线？
如何提高嘈杂数据的绘图速度？

Answer 1

想到三个原因：

线长：根据实际数字，斜线可能会长几个像素或很多，甚至会长一些重要因素。查看您的代码，我怀疑是后者..
算法：绘制斜线确实需要一些算法来找到下一个像素。即使是快速绘图例程也需要进行一些计算，而不是垂直或水平线，后者运行直接穿过像素阵列。
抗锯齿 ：除非你完全关闭抗锯齿（带来所有丑陋的后果），否则要绘制的像素数也将在 2 左右-3 倍，因为还必须计算和绘制中心线上方和下方的所有抗锯齿像素。不要忘记计算它们的颜色！

后半部分的补救措施显然是关闭抗锯齿，但其他问题就是这样。所以最好不要担心并为快速的直线感到高兴:-)

Answer 2

如果你真的有很多线或者你的线可能很长（屏幕大小的几倍），或者如果你有很多几乎为 0 像素的线，你必须写代码来减少无用的画线。

嗯，这里有一些想法：

如果您在同一个 x 处写了很多行，那么您可以在该 x 处用最小和最大 y 之间的一行替换它们。
如果您的线条超出屏幕边界，您应该剪掉它们。
如果一行完全在可见区域之外，您应该跳过它。
如果一行的长度为 0，则不应写入。
如果一条线只有一个像素长度，您应该只写那个像素。

显然，好处在很大程度上取决于你画了多少条线......而且替代方案可能不会给出完全相同的结果......

实际上，如果您在屏幕上绘制图表，那么如果您只显示有用的信息，在现代硬件上应该会很快。

好吧，如果您使用样式或颜色，优化数据显示可能就不那么简单了。

或者，它们是一些为显示大数据而优化的图表组件...好的组件通常很贵，但可能仍然值得。通常可以进行试用，这样您就可以很好地了解可以将性能提高多少，然后再决定要做什么。

画之字形线比画直线慢得多

Drawing zig-zag lines is much slower than drawing straight lines

c#

gdi+