WPF单位真的与分辨率无关吗？

WPF从发布之日起，一直将“分辨率无关(resolution independence)”作为其亮点，声称使用WPF制作的用户界面在轻巧的Ultra-Mobile PC的屏幕上和在50英寸的电视机上都能很好地显示。微软之所以称WPF具备“分辨率无关”这一特性，主要是因为WPF的坐标单位设计成为以1/96英寸为一个逻辑像素单位，而不是与设备相关的像素单位。

　　但是微软本身对WPF“分辨率无关”这一特性没有作更多的具体解释，导致用户会产生很多误解。

　　误解之一

　　改变显示器的分辨率设置，同一个WPF的用户界面和绘制的图形尺寸不会变化。

　　这个可以用一个非常简单的实验证明该结论是错误的。新建一个WPF应用程序窗口，其中高度为400DIUs（DIU：Device independent unit，设备无关单位），宽度为600DIUs，让这个窗口分别在分辨率设置为1280 * 1024和800*600的环境下运行，如下图所示，两个窗口的尺寸是明显不一样的。


　

　

　　图 1 左图为1280 * 1024分辨率，右图为800*600分辨率

　　误解之二

　　改变显示的DPI设置，同一个WPF的用户界面和绘制的图形尺寸不会变化。

　　显示的DPI设置，在XP系统下是通过右键——属性——设置选项卡——高级，可以调用出来，如下图所示：



　　图 2 显示属性DPI设置

　　这个也可以用同样的方法进行证明该结论是错误的。仍然是高度为400DIUs[1]，宽度为600DIUs的窗口分别运行在96DPI和192DPI两种设置环境下。从下图也可以明显看出窗口的尺寸是不一样的。


　　　　

　　　　

　　图 3 左图为96DPI，右图为192DPI

　　误解之三

　　在不同屏幕上，如果DPI设置相同，则同一个WPF的用户界面和绘制的图形尺寸不会变化。

　　在这个地方有必要对屏幕的DPI设置进行一下解释说明。DPI设置是指屏幕上每英寸多少个像素，比如当前设置为96DPI，即屏幕上96个像素为1英寸。一般的Windows XP系统有正常尺寸（96DPI）、大尺寸（120DPI）和自定义尺寸三种选项。既然WPF的坐标单位是以1/96英寸为一个逻辑像素单位，那么我们有理由相信，如果两个显示器的DPI设置是相同的，那么同一个WPF的用户界面和绘制的图形尺寸不会变化。很遗憾，这样的结论依旧是一个错误。

　　CalvinP.Schrotenboer 也用一个实验证明这是一个错误。实验环境如表 1，比如桌面LCD显示器实际屏幕宽度和高度（像素单位）为1600 x 1200，这个和普通的分辨率设置需要区分，这是显示设备的最大分辨率或者说是物理分辨率，即物理上该显示器屏幕上是1600 x 1200个像元，英文中又称这种分辨率为“native resolution（原生分辨率）”。由于两个屏幕物理尺寸也不一样，所以实际的物理DPI可以通过表中的计算公式得到。实际的物理DPI和操作系统的DPI设置是没有什么联系的。

　　表 1实验环境

实验环境	系统一	系统二
显示器类型	桌面LCD显示器	笔记本LCD显示器
屏幕宽度和高度 　　（像素单位）	1600 x 1200	1400 x 1050
屏幕宽度和高度 　　（英寸单位）	17.0 x 12.75	12.0 x 9.0
实际的物理DPI	纵向：1600 / 17.0 = 94DPI 　　横向：1200 / 12.75 = 94DPI	纵向：1400 / 12 = 117DPI 　　横向：1050 / 9 = 117DPI
操作系统的DPI设置	96DPI	96DPI

　　在两个不同系统当中运行同一个WPF应用程序，该程序了绘制了一条长为384DIUs的直线，换算成英寸即为384/96= 4英寸。结果在两个系统当中的实际尺寸如下图所示：



　　图 4 上图实际尺寸为4.08英寸，下图实际尺寸为3.28英寸(CalvinP.Schrotenboer,2006)

　　问题出在哪儿了？

　　其实从表 1当中就能看出一些端倪，原因正是在于实际的物理DPI和操作系统设置的DPI不一致造成的。WPF无法知道当前使用设备实际的物理DPI为多少，相反通过操作系统的API函数获得操作系统的DPI值，然后简单地认为这就是实际的物理DPI值。比如在桌面LCD显示器上，实际一个物理像元的尺寸为1/94英寸，由于操作系统设置为96DPI，因此WPF还固执地以为一个实际的像元为1/96英寸，因此线段长度为1/94 * 384 = 4.08英寸。笔记本显示器实际一个物理像元的尺寸为1/117英寸，因此线段长度为1/117 * 384 = 3.28英寸。这个值和我们测量的结果正好相符。

　　那么我们有理由推测，如果将操作系统的DPI设置成实际的物理DPI，则能做到真正的“分辨率独立”，即在两个不同显示器上显示的线段长度都为4英寸，如图 5所示：


　

　

　　图 5 左图为桌面LCD显示器，将DPI设置成为94，右图为笔记本显示器，将DPI设置成为117

　　WPF的“分辨率无关”到现在为止已经是山高月小，水落石出。那么我们还要接着讨论另一个问题，在显示器上存在这样的问题，那么是否在打印机上也存在这样的问题呢？仍然可以用一个实验证明。同样绘制一个4英寸的直线，分别在DPI设置为96DPI和120DPI下进行打印，得到的打印结果尺寸相同。如下图所示：


　

　

　　图 6 左图为系统设置120DPI下打印结果，右图为系统设置96DPI下打印结果

　　结论

　　通过上面几个实验分析，我们可以得到如下两个结论：

　　（1）　　　　　　　　　　　　　 WPF在打印得时候可以做到“分辨率无关”，即同一个WPF用户界面和绘制的图形尺寸在任何一台打印机上输出都是一致的；

　　（2）　　　　　　　　　　　　　 当显示器实际象元的物理尺寸和系统设置的DPI保持一致的时候，WPF可以在显示器上做到“分辨率无关”，即同一个WPF用户界面和绘制的图形尺寸在任何一台显示器（实际象元的物理尺寸和系统设置的DPI保持一致）上输出都是一致的。反之则无法保证。

　　更多的讨论

　　“分辨率无关”这样一个概念，由于微软本身讨论得不多，的确容易造成误解。最为详细地讨论了WPF当中“分辨率无关”的是CalvinP.Schrotenboer 的一篇博文“Is WPF Really Resolution Independent?”。当然Charles Peztold也在自己的博客当中讨论过这个问题。另外在微软的论坛上StephenW，Charles Peztold等人也就WPF的“分辨率无关”和“设备无关”作了比较深入的讨论。