C# - 面板上的异步绘图

Question

在我的 Winforms 应用程序中，我尝试重新创建蒙特卡洛方法来近似 PI。表单本身由一个框组成，用户在其中提供点的数量和一个面板，我想在其上进行绘制。不过，对于这个例子，我们假设金额是恒定的。

private int Amount = 10000;
private int InCircle = 0, Points = 0;
private Pen myPen = new Pen(Color.White);

private void DrawingPanel_Paint(object sender, PaintEventArgs e)
    {
        int w = DrawingPanel.Width, h = DrawingPanel.Height;
        e.Graphics.TranslateTransform(w / 2, h / 2);

        //drawing the square and circle in which I will display the points
        var rect = new Rectangle(-w / 2, -h / 2, w - 1, h - 5);
        e.Graphics.DrawRectangle(myPen, rect);
        e.Graphics.DrawEllipse(myPen, rect);

        double PIE;
        int X, Y;
        var random = new Random();

        for (int i = 0; i < Amount; i++)
            {
                X = random.Next(-(w / 2), (w / 2) + 1);
                Y = random.Next(-(h / 2), (h / 2) + 1);
                Points++;

                if ((X * X) + (Y * Y) < (w / 2 * h / 2))
                {
                    InCircle++;
                    e.Graphics.FillRectangle(Brushes.LimeGreen, X, Y, 1, 1);
                }
                else
                {
                    e.Graphics.FillRectangle(Brushes.Cyan, X, Y, 1, 1);
                }
                //just so that the points appear with a tiny delay
                Thread.Sleep(1);
            }
        PIE = 4 * ((double)InCircle/(double)Points);
    }

这很有效。可视化很棒。 但是，现在我想异步重新创建它，这样当它在后台绘制时，应用程序仍然负责，用户可以做其他事情，甚至只是移动窗口。 最初我创建了第二种绘图方法，我从事件处理程序中调用它：

private double Calculate(PaintEventArgs e)
    {
        int w = DrawingPanel.Width, h = DrawingPanel.Height;
        double PIE;
        int X, Y;
        var random = new Random();

        for (int i = 0; i < Amount; i++)
            {
                X = random.Next(-(w / 2), (w / 2) + 1);
                Y = random.Next(-(h / 2), (h / 2) + 1);
                Points++;

                if ((X * X) + (Y * Y) < (w / 2 * h / 2))
                {
                    InCircle++;
                    e.Graphics.FillRectangle(Brushes.LimeGreen, X, Y, 1, 1);
                }
                else
                {
                    e.Graphics.FillRectangle(Brushes.Cyan, X, Y, 1, 1);
                }
                Thread.Sleep(1);
            }
        PIE = 4 * ((double)InCircle/(double)Points);
        return PIE;
    }

private void DrawingPanel_Paint(object sender, PaintEventArgs e)
    {
        int w = DrawingPanel.Width, h = DrawingPanel.Height;
        e.Graphics.TranslateTransform(w / 2, h / 2);

        var rect = new Rectangle(-w / 2, -h / 2, w - 1, h - 5);
        e.Graphics.DrawRectangle(myPen, rect);
        e.Graphics.DrawEllipse(myPen, rect);

        var result = Calculate(e);
    }

这也很好用。直到我使事件处理程序异步。

private async void DrawingPanel_Paint(object sender, PaintEventArgs e) {...}

现在，当我尝试通过 Task.Run 运行 Calculate 方法时，或者当我将其返回类型更改为 Task 并启动它时，我收到以下行中的错误：“Parameter is not valid”：

e.Graphics.FillRectangle(Brushes.LimeGreen, X, Y, 1, 1);

现在的问题是，是否可以异步在面板上绘图，从而不锁定应用程序的其他部分？如果没有，有没有办法使用任何其他方式（不一定是面板）重新创建这个算法？干杯。

Answer 1

您不得从另一个线程中绘制表单或控件。在调试模式下，如果你这样做，WinForms 会引发异常。

最好的方法是使用Timer 组件。在计时器的每个滴答声上，从循环中执行一步。当然，您必须将外观计数器作为全局变量移动。

Answer 2

其他发帖者提出的问题是完全正确的，但如果你稍微改变一下策略，这实际上是完全可以实现的。

虽然您无法在另一个线程上绘制到 UI Graphics 上下文，但没有什么可以阻止您绘制到非 UI 上下文。所以你可以做的是有一个你绘制的缓冲区：

private Image _buffer;

然后您决定开始绘图的触发事件是什么；让我们假设这是一个按钮点击：

private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    if (_buffer is null)
    {
        _buffer = new Bitmap(DrawingPanel.Width, DrawingPanel.Height);
    }

    timer1.Enabled = true;
    await Task.Run(() => DrawToBuffer(_buffer));
    timer1.Enabled = false;
    DrawingPanel.Invalidate();
}

你会在那里看到计时器；您将Timer 添加到表单并将其设置为与您想要的绘图刷新率相匹配；所以 25 帧/秒将是 40 毫秒。在计时器事件中，您只需使面板无效：

private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)
{
    DrawingPanel.Invalidate();
}

您的大部分代码只是按原样移动到 DrawToBuffer() 方法中，然后您从缓冲区而不是 UI 元素中获取 Graphics：

private void DrawToBuffer(Image image)
{
    using (Graphics graphics = Graphics.FromImage(image))
    {
        int w = image.Width;
        int h = image.Height;

        // Your code here
    }
}

现在您只需将面板绘制事件更改为从缓冲区复制：

private void DrawingPanel_Paint(object sender, PaintEventArgs e)
{
    if (!(_buffer is null))
    {
        e.Graphics.DrawImageUnscaled(_buffer, 0, 0);
    }
}

复制缓冲区非常快；可能在下面使用BitBlt()。

---

需要注意的是，您现在需要对 UI 更改更加小心。例如。如果可以在缓冲区渲染的中途更改DrawingPanel 的大小，则需要满足这一点。此外，您需要防止同时发生 2 个缓冲区更新。

您可能还需要处理其他事情；例如你可能需要DrawImage() 而不是DrawImageUnscaled() 等等。我并不是说上面的代码是完美的，只是给你一个想法。

Answer 3

您不能异步制作，因为所有绘图都必须在 UI 线程上制作。
您可以做的是利用Application.DoEvents() 向 UI 发出信号，表明它可以处理待处理的消息：

for (int i = 0; i < Amount; i++)
{
    // consider extracting it to a function and separate calculation\logic from drawing
    X = random.Next(-(w / 2), (w / 2) + 1);
    Y = random.Next(-(h / 2), (h / 2) + 1);
    Points++;

    if ((X * X) + (Y * Y) < (w / 2 * h / 2)) // and this too
    {
        InCircle++;
        e.Graphics.FillRectangle(Brushes.LimeGreen, X, Y, 1, 1); 
    }
    else
    {
        // just another one suggestion - you repeat your code, only color changes
        e.Graphics.FillRectangle(Brushes.Cyan, X, Y, 1, 1); 
    }

    Thread.Sleep(1); // do you need it? :)
    Application.DoEvents(); // 
}

这将使您的应用程序在绘图期间响应。

在此处阅读有关Application.DoEvents() 的更多信息：
Use of Application.DoEvents()