Windows呈现基础(Windows Presentation Foundation，WPF)是一个用于Windows平台的全新的图形显示系统。WPF是针对.NET而设计的，它受现代显示技术，如HTML和Flash，以及硬件加速技术的影响。WPF也完全不同于自从Windows 95以来一直使用的Windows用户界面。
本章将介绍WPF的体系结构，首先会介绍WPF的工作原理，以及它如何为开发下一代Windows应用程序提供支持。
1.1 理解Windows图形
15年以来，Windows开发人员一直在使用本质上相同的显示技术，如果您不了解这一实际情况，那么就很难理解WPF的变化有多么大。标准的Windows应用程序依赖于Windows操作系统的如下两个部分来创建用户界面，这两个部分已经使用了很长时间：
● User32 该部分为许多元素提供了类似的窗口外观，如窗口、按钮、文本框等。
● GDI/GDI+ 该部分为渲染简单形状、文本以及图像提供绘图支持，但是非常复杂(而且通常性能较差)。
在过去的几年里，这两种技术一直在改进，并且开发人员使用的与之交互的API也已经发生了很大的变化。但不管是使用.NET和Windows窗体，还是使用过去的Visual Basic 6或基于C++代码的MFC，在底层都是使用Windows操作系统的相同部分来工作的。新的框架工具为使用User32和GDI/GDI+进行交互提供了更好的封装。这些框架工具提高了开发效率，降低了复杂性，并且提供了更多的特性，使开发人员不必再自己编写底层代码，但是这些框架工具不可能避免系统组件在设计上的基本限制，这些限制已经存在了十多年。
注意：
User32和GDI/GDI+的基本版本是在15年之前引入的，它们是在Windows 3.0中建立的。当然，User32在那时简化了用户操作，因为那时软件还未进入32位的世界。
1.1.1 DirectX：新的图形引擎
Microsoft针对User32和GDI/GDI+库的限制，提供了一个解决方案：DirectX。DirectX开始作为一个附加的工具包，用于在Windows平台上开发游戏。DirectX在设计上主要关注的是速度，为此，Microsoft和显卡供应商紧密合作，以便为DirectX提供复杂的纹理映射、特殊效果(如半透明)以及三维图形所需要的硬件加速功能。
在DirectX第一次发布(在Windows 95发布之后不久发布)的几年后，DirectX就变得很成熟了。现在DirectX已经成为Windows的组成部分，支持所有现代的显卡。然而，DirectX编程API，正如最初设计它的目的，仍然主要是作为游戏开发人员的工具包。因为它本来就很复杂，所以DirectX几乎不用于传统类型的Windows应用程序(如商业软件)。
WPF改变了这一现状。在WPF中，底层的图形技术不再是GDI/GDI+，而是DirectX。需要强调的是，不管创建哪种用户界面，WPF应用程序在底层都是使用DirectX。这意味着不管是设计复杂的三维图形(这是DirectX的特长)，还是仅仅绘制几个按钮以及简单的文本，所有的绘图工作都是通过DirectX管线来完成的。因此，即使是最普通的商业应用程序也能够使用丰富的效果，如半透明和反锯齿。使用WPF还可以受益于硬件加速，DirectX在渲染图形时会将尽可能多的工作交给GPU(图形处理单元)进行处理，WPF简化了这一过程，GPU是显卡专用的处理器。
注意：
因为DirectX能够理解高层的元素，如纹理和渐变，这些要素可以由显卡直接渲染，所以DirectX更加高效。而GDI/GDI+不理解这些高层的元素，所以需要将它们转换成逐像素指令，而用现代显卡渲染这些指令是非常慢的。
User32在一定程度上仍然被保留了下来。因为对于特定的服务，WPF仍然依赖于User32，例如，处理和传递输入以及区分哪个应用程序实际拥有屏幕的哪一部分。但是，所有的绘图操作都是由DirectX完成的。
注意：
对于GDI/GDI+，WPF不再是一个封装器，而是一个通过DirectX工作的独立层次，这是在WPF中最重要的变化。
1.1.2 硬件加速与WPF
您可能知道显卡在支持特定渲染特性和优化方面的区别。当使用DirectX进行编程时，这可能是最令人头痛的问题。而使用WPF则可以不必关心显卡的问题，因为通过使用软件计算而不依赖显卡提供的内在支持，WPF可以执行任何渲染操作。
注意：
对于WPF软件支持有一个例外。因为驱动程序的支持不够好，只有在Windows Vista(并且在本地安装有Windows Vista显卡驱动程序)上运行应用程序时，WPF才会为三维绘图操作提供反锯齿处理。也就是说，如果在安装Windows XP的计算机上绘制三维图形，最终的图形边缘会有轻微的跳动而不是平滑的直线。对于二维绘图，WPF仍然提供反锯齿处理，而不管使用的是哪种操作系统，也不管驱动程序是否支持。
具有一块功能强大的显卡并不能保证在WPF中一定能获得硬件加速功能。软件仍然具有非常重要的作用。例如，如果使用过期的驱动程序，WPF就不能为显卡提供硬件加速功能(如果使用老显卡，这些过期的显卡驱动很有可能是在零售发布包中提供的)。在Windows Vista操作系统中，WPF可以提供更好的性能，因为WPF可以充分利用新的Windows Vista显示驱动模型(Windows Vista Display Driver Model，WDDM)。相对于Windows XP的显示驱动模型(Windows XP Display Driver Model，XPDM)，WDDM提供了几处非常重要的改进。其中最重要的改进是，WDDM允许几个GPU操作立刻执行，并且当所需的显存量超出所能得到的显存量时，允许显存内容整页面地转到常规内存中。
作为首要的通用规则，WPF为2004年11月之后创建的所有WDDM(Windows Vista)驱动和XPDM(Windows XP)驱动提供了几类硬件加速功能，2004年12月，Microsoft发布了新的驱动程序开发指导原则。当然，支持的程度是有所不同的。当WPF基础架构第一次出现的时候，通过在显卡旁边印上“WPF Tiers”来评价显卡的性能，并对显卡从0级到2级进行分级。
作为WPF承诺的一部分，不必担心特定硬件的细节和功能。WPF非常智能，它会尽可能地利用硬件优化功能，并且为任何操作提供了软件处理底线。所以如果在一台使用老显卡的计算机上运行WPF应用程序，仍然会以您所期望的方式显示用户界面。当然，使用软件处理的替代方法，速度会非常慢，所以在使用老显卡的计算机上不能很好地运行WPF应用程序，特别是那些包含复杂动画或其他强大图形效果的WPF应用程序。实际上，可以根据客户端硬件加速所支持的程度(由RenderCapability.Tier属性指示)，来减少用户界面中复杂的特殊效果。
注意：
WPF的目标是将尽可能多的工作交给显卡处理，所以复杂图形通常属于渲染范围(由GPU处理)而不属于处理器范围(由计算机的CPU处理)。也就是说，可以让CPU空闲下来去完成其他工作，充分利用显卡的功能，并且还可以充分利用未来新显卡所具备的不断增加的新功能。
WPF渲染级别(WPF TIERS)
显卡功能的区别是非常重要的。当WPF访问显卡时，它会考虑许多因素，包括显卡上RAM的数量、对像素着色器(pixel shader)的支持(显卡提供的计算每个像素效果的程序，如透明效果)，以及对顶点着色器(vertex shader)的支持(显卡提供的计算每个三角形顶点数值的程序，如3D对象的着色)。根据这些细节，WPF会指定一个渲染级别值。
WPF提供了三个渲染级别，如下所示：
● Rendering Tier 0：显卡将不提供任何硬件加速功能。该级别和7.0或更低版本的
DirectX相对应。
● Rendering Tier1：显卡可以提供部分硬件加速功能。该级别和7.0以上9.0以下版本的
DirectX相对应。
● Rendering Tier2：所有的特性都将被硬件加速。该级别和DirectX 9.0及以上版本相
对应。
在某些情况下，可能想通过程序来检查当前显卡的渲染级别，从而可以有选择地为功能较差的显卡禁用一些图形特性。为此，需要使用System.Windows.Media.RenderCapability类的Tier静态属性。但是还需要一个技巧。为了通过Tier属性检查显卡的WPF渲染级别值，需要将它移动16位，如下所示：
int renderingTier = (RenderCapability.Tier>>16);
if(renderingTier == 0)
{ … }
else if(renderingTier == 1)
{ … }
这种设计在以后可以进行扩展。在WPF的后续版本中，可以使用Tier属性的其他位来保存对其他特性支持的信息，从而创建子渲染级别。
有关tier1和tier2硬件加速的更多WPF特性，以及常见的tier1和tier2显示列表，请访问http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms742196.aspx。