[WinUI 3] 如何利用 D3D11 在 SwapChainPanel 控制項上繪製 OpenGL(UWP通用)

来源:https://www.cnblogs.com/xymfblogs/archive/2023/03/15/17218256.html
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預覽 技術實現 看過我上篇在 WPF 中實現 OpenGL 與 D3D 渲染的同學應該知道,我是依靠 WGL 中 WGL_NV_DX_interop 擴展與 D3D Surface 關聯併在使用該 Surface 實現渲染。 所以我們這次實現也是如此,但與 WPF 不同的是 WinUI 支持 D3D ...


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技術實現

看過我上篇在 WPF 中實現 OpenGLD3D 渲染的同學應該知道,我是依靠 WGLWGL_NV_DX_interop 擴展與 D3D Surface 關聯併在使用該 Surface 實現渲染。

所以我們這次實現也是如此,但與 WPF 不同的是 WinUI 支持 D3D11 併在控制項中提供 SwapChainPanel 作為載體。(WPF 中為 D3DImage
代碼部分使用 Silk.NetOpenTK 實現。


有一些關鍵部分,接下來我會單獨講下。

WGL_NV_DX_interop

WGL_NV_DX_interop是NVIDIA公司提出的一套擴展API(支持OpenGL 2.1及以上版本),該擴展允許 OpenGL 可以直接訪問 DirectX 緩衝區與 Surface,並作為 OpenGL 共用紋理或渲染緩衝區對象使用。

擴展支持版本

WGL_NV_DX_interop - Direct3D 9
WGL_NV_DX_interop2 - Direct3D 10、11

D3D11與SwapChainPanel

SwapChainPanel 是用於支持高性能圖形和游戲的 Windows 運行時類型,你可以在其中直接管理交換鏈。
在此情況下,你可以創建自己的 DirectX 交換鏈並管理所呈現內容的顯示。

需要註意的是,為了確保良好的性能 SwapChainPanel 存在一些限制。

  • 一個程式中 SwapChainPanel 實例不能超過四個。
  • 關聯的 DirectX 交換鏈應要明確設置寬高。
  • DirectX 交換鏈的縮放模式必須設置為 DXGI_SCALING_STRETCH。
  • 只能通過 DXGI 中 CreateSwapChainForComposition 函數進行交換鏈創建。

代碼實現 (只存在關鍵代碼,完整代碼在文章最下方 GitHub 鏈接)

D3D

  • 創建 DXGI 工廠,用於後續創建 SwapChain(交換鏈)
IDXGIFactory2* factory;

// 獲取該類型 Guid,這跟Com組件有關,本文不多闡述。
// GetTypeInfo 為擴展函數,存在 WinRT 命名空間。
Guid guid = typeof(IDXGIFactory2).GetTypeInfo().GUID;
DXGI.GetApi().CreateDXGIFactory2(0, &guid, (void**)&factory);
  • 創建設備
ID3D11Device* device;
ID3D11DeviceContext* devCtx;

// 創建設備
D3D11.GetApi().CreateDevice(null, D3DDriverType.Hardware, 0, 0, null, 0, D3D11.SdkVersion, &device, null, &devCtx);
  • 創建 SwapChain (使用 IDXGIFactory2 創建)
IDXGISwapChain1* swapChain;

// SwapChain 配置信息。
SwapChainDesc1 swapChainDesc = new()
{
  Width = 寬度,
  Height = 高度,
  Format = Format.FormatB8G8R8A8Unorm,
  Stereo = 0,
  SampleDesc = new SampleDesc()
  {
    Count = 1,
    Quality = 0
  },
  BufferUsage = DXGI.UsageRenderTargetOutput,
  BufferCount = 2,
  Scaling = Scaling.Stretch,
  SwapEffect = SwapEffect.FlipSequential,
  Flags = 0,
};
factory->CreateSwapChainForComposition((IUnknown*)device, &swapChainDesc, null, &swapChain);
  • 獲取 SwapChain 緩衝區(我們需要用它來創建 OpenGL 的渲染緩衝區)
ID3D11Texture2D* colorbuffer;
Guid guid = typeof(ID3D11Texture2D).GetTypeInfo().GUID;
swapChain->GetBuffer(0, &guid, (void**)&colorbuffer);

OpenGL

  • 創建 GL 設備與幀緩衝區
nint glDeviceHandle = Wgl.DXOpenDeviceNV((IntPtr)device);

// 創建一個幀緩衝區,後續渲染前需要先進行綁定。
int gLFramebufferHandle = GL.GenFramebuffer();
  • 關聯 SwapChain 緩衝區
// 創建一個渲染緩衝區。
int gLColorRenderbufferHandle = GL.GenRenderbuffer();

// 關聯 SwapChain 緩衝區到指定 Renderbuffer 上。
nint dxInteropColorHandle = Wgl.DXRegisterObjectNV(device, (nint)colorbuffer, (uint)gLColorRenderbufferHandle, (uint)RenderbufferTarget.Renderbuffer, WGL_NV_DX_interop.AccessReadWrite);
  • 渲染
// 鎖定緩衝區進行操作
Wgl.DXLockObjectsNV(glDeviceHandle, 1, new[] { dxInteropColorHandle });

// 綁定幀緩衝區
GL.BindFramebuffer(FramebufferTarget.Framebuffer, gLFramebufferHandle);

// 重置視口
GL.Viewport(0, 0, 寬度, 高度);

// GL 繪製代碼

// 結束繪製
GL.BindFramebuffer(FramebufferTarget.Framebuffer, 0);
Wgl.DXUnlockObjectsNV(glDeviceHandle, 1, new[] { dxInteropColorHandle });

// 註意:一定要取消註冊並刪除緩衝區,不然 swapChain 讀取不到數據。
Wgl.DXUnregisterObjectNV(glDeviceHandle, dxInteropColorHandle);
GL.DeleteRenderbuffer(gLColorRenderbufferHandle);

swapChain->Present(1, 0);

關聯 WinUI

  • 創建 ISwapChainPanelNative 介面類
[ComImport]
[InterfaceType(ComInterfaceType.InterfaceIsIUnknown)]
[Guid("63aad0b8-7c24-40ff-85a8-640d944cc325")]
public interface ISwapChainPanelNative
{
    [PreserveSig] HResult SetSwapChain([In] IntPtr swapChain);
    [PreserveSig] ulong Release();
}
  • 與 SwapChain 關聯
SwapChainPanel swapChainPanel = new SwapChainPanel();
swapChainPanel.As<ISwapChainPanelNative>().SetSwapChain((IntPtr)swapChain)

基本上,一次的渲染流程到這裡就結束了。
但有很多問題需要解決,比如修改控制項寬高重新註冊緩衝區等等。。。

完整代碼我會放到 GitHub 上,需要的同學可以下載看看,裡面包含 WPF、WinUI 的 3D Demo,並解決了剛纔說的一些問題。


WPF、WinUI 使用 Silk.Net 繪製示例(OpenGL、DirectX)


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