本文翻譯自：Shaping the Future of Digital Experience - UI Framework Graphics
原文作者：Qt Group 產品營銷經理 Matteo Capelletti
校審：Rita Qian
圖形是用戶界面（UI）應用的重要組成部分。實際上，UI應用與其他類型的軟件的區別在于它具有能夠提升用戶交互的可視化界面。視覺效果使得軟件更直觀、易于使用和理解。顏色、圖標和動畫等元素可以用一種非侵入性的方式提供視覺提示或狀態更新。圖表、圖形或地圖等元素有助于展示復雜的信息和數據。利用高級3D圖形可以在用戶界面上呈現真實世界的對象和逼真情景。除了實用性之外，不可否認的是，美感對于一款具有視覺吸引力的軟件也是一個重要因素——良好的用戶體驗設計和愉悅的視覺效果能吸引更多用戶并強化品牌形象。
在UI應用中，屏幕上的圖像會根據用戶交互或實時數據流進行動態變化。實時動畫會以一系列微妙的方式向用戶提供反饋，使用戶體驗更引人入勝、更加自然。當鼠標懸停在按鈕上方時，按鈕會隨之伸展，按下時會彈出，這種效果可能并不顯眼，但它是設備響應用戶操作的重要提示。實時圖形可以支持在2D圖表和復雜3D對象中實現數據交互方式的可視化。
這些視覺效果與電影和視頻游戲中的計算機圖形（CGI特效）有很大不同，后者往往用于創建角色、環境和效果，其中的交互性幾乎為零或非常有限，視覺元素只需渲染一次。在嵌入式設備上，UI應用依賴實時渲染技術來提供動態、交互式的用戶體驗。
UI應用能夠動態且富有交互性地呈現現實世界，關鍵在于將視覺屬性與實際對象及數據連接并實時同步。這種連接貫穿于UI應用的各個方面，賦予了UI應用的核心價值：汽車儀表盤上顯示的燃油含量表示實際汽車的燃油含量；智能手表中的心率圖表示用戶的心率等等。高級數據綁定機制是UI框架的核心功能，它讓開發者能夠輕松地通過拖放操作和自動同步，將UI界面與實際數據關聯起來。
考慮到UI應用所需的交互性和逼真場景，UI框架應提供豐富的2D和3D工具，用于實時創建各種類型的視覺內容，從基本的布局設計到復雜的3D場景。
UI布局通常是通過2D圖形工具來創建的，它們可以方便地設置基本元素，如框架、按鈕、圖標、圖表或文本。然而，在各行各業中，越來越多的傾向于在UI中融入3D元素以增強圖片的逼真度。平面的2D元素通常用于表達控件和其他抽象或符號信息，而3D對象則用于呈現真實世界的實體甚至是復雜的情景。
這兩種視覺表現形式相輔相成，共同在性能與真實感之間取得平衡。3D圖形增強了表現力，而2D元素更易于創建和使用，占用資源較少。隨著技術的發展，2D和3D圖形之間的聯動已經達到了很高的質量和流暢度，可以在3D空間中可以呈現復雜場景，并通過簡單的2D控制輕松訪問。要讓這兩種圖形元素能夠協同工作，UI框架應保證2D與3D元素之間完美同步。并在2D和3D內容上實現相同的功能和易用性，確保應用程序具有廣泛的功能和流暢的性能。
3D圖形可以讓用戶快速輕松地了解復雜的逼真場景。眾所周知的一個例子是汽車顯示屏中的先進駕駛輔助系統（ADAS），它們越來越多地包含了實時渲染汽車在實際駕駛環境中景象的功能。為了向駕駛者提供對汽車周邊環境的清晰、無盲區視角，實體汽車的360度攝像頭輸入為渲染汽車所在的3D場景提供了信息。實時渲染出的反射、陰影和其他效果使得汽車儀表板上的3D場景與實際汽車環境幾乎無區別。
類似的應用程序在各個行業都在不斷開發中，這些應用程序利用實時3D圖形技術創建虛擬形象或數字孿生，通常應用于虛擬現實或增強現實領域。在醫療領域，3D圖形為器官和組織提供交互式可視化，可用于輔助診斷、手術規劃和醫學研究。在這里，診斷影像技術主要依賴于極具真實感的3D視覺效果，用來確定病因或確認診斷。
更廣泛地說，在各個行業中，高度詳細和精細的3D世界的呈現提高了安全性、增強了效率、降低了成本，并提高了產品或服務的整體質量。
顯然，開發這類視覺豐富的UI應用程序需要強大的2D和3D圖形設計工具以及能夠實時高保真顯示的渲染引擎。因此，從圖形功能的角度來看，UI框架包括了許多最先進圖形引擎所具備的典型特性。
高動態范圍（HDR）光照可以創建出高度詳細、生動且準確的逼真3D環境。HDR圖像捕捉和顯示的亮度和顏色范圍比傳統圖片更寬廣，為3D場景中更精確的光照和陰影計算提供了基礎，從而產生更真實、更富有動態的光照效果。
通過采用基于物理的渲染（PBR）流程，UI框架確保了對材質和光照的更加精確和逼真的渲染，同時簡化了高質量圖形的創建。遵循這樣的標準（例如glTF格式規定的標準），UI設計師可以輕松實現與通用材質模型（如木材、皮革、橡膠、金屬等）的兼容。PBR技術可以在不同的光照條件和材質下獲得更一致、更可預測的效果，從而減少Technical Artists為不同表面類型創建自定義著色器（Shader）的需求。
PBR標準在3D設計領域越發受到歡迎，設計師們因此可以方便地獲取并使用大量在線3D模型資源，并根據UI應用的需求進行定制。
后處理效果在每幀圖形由硬件渲染前應用，用于快速提升視覺質量或調整場景的總體風格。考慮到質量標準在很大程度上受計算機生成圖像（CGI）的影響（其中CGI并非實時），UI框架的圖形子系統需要整合先進算法，消除可能降低照片真實感的不良效果?？逛忼X就是這樣一個例子：它能夠去除因使用較粗糙模型幾何體而導致渲染過程中出現的鋸齒狀邊緣。
控制主題和UI整體外觀對于保證跨應用程序和平臺的UI風格一致性至關重要。主題設置可以包括更改顏色、字體和圖標，也可以通過添加或刪除部件來重新調整UI結構，以便更好地適應不同的形式因素。這些操作對于在各種產品組合中確保一致的品牌形象和基本功能顯得尤為重要。
一流的UI框架通常支持不同類型的圖形API，以創建先進的3D視覺效果，如OpenGL、OpenGL ES、Vulkan、Direct3D和Metal。此外，它還可以輕松利用游戲引擎生成的內容嵌入到UI窗口中，或者作為一種中間件，將游戲引擎的先進視覺和物理特性與標準UI服務（例如輸入管理、網絡、媒體，甚至可能缺失的認證安全渲染解決方案）相結合。
在涉及圖形質量、性能、安全性和跨平臺能力等要求時，將游戲引擎的圖形能力融入UI框架具有一定的優勢。憑借其高效的資源管理系統，UI框架可以在資源受限的設備上實現具有游戲體驗的應用，并為安全關鍵應用提供認證。
與持續以最高幀率渲染視覺內容的PC單機游戲不同，
UI引擎的事件驅動架構
最大程度地減少了每個進程所需的CPU、GPU和內存資源。換句話說，與游戲引擎需要大量資源來提供高品質渲染和流暢游戲體驗相比，UI引擎通過按需分配策略使資源得到節省和合理利用，并根據實時需求動態地在多個進程中分配。UI引擎的跨平臺特性既可以在保持UI元素在加載、繪制過程及內存中占用最少資源的同時，還可以把相同的用戶體驗擴展到各種硬件類型上，帶來我們
之前討論過的
眾多優勢。其中最為突出的一點是，在低端硬件上也能提供令人驚艷的視覺效果，成為高品質軟件的一種具有高性價比的解決方案。
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