[WinUI 3] 如何利用 D3D11 在 SwapChainPanel 控件上绘制 OpenGL（UWP通用）

2023年3月18日
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技术实现

看过我上篇在 WPF 中实现 OpenGL 与 D3D 渲染的同学应该知道，我是依靠 WGL 中 WGL_NV_DX_interop 扩展与 D3D Surface 关联并在使用该 Surface 实现渲染。

所以我们这次实现也是如此，但与 WPF 不同的是 WinUI 支持 D3D11 并在控件中提供 SwapChainPanel 作为载体。（WPF 中为 D3DImage）
代码部分使用 Silk.Net 和 OpenTK 实现。

有一些关键部分，接下来我会单独讲下。

WGL_NV_DX_interop

WGL_NV_DX_interop是NVIDIA公司提出的一套扩展API（支持OpenGL 2.1及以上版本），该扩展允许 OpenGL 可以直接访问 DirectX 缓冲区与 Surface，并作为 OpenGL 共享纹理或渲染缓冲区对象使用。

扩展支持版本

WGL_NV_DX_interop – Direct3D 9
WGL_NV_DX_interop2 – Direct3D 10、11

D3D11与SwapChainPanel

SwapChainPanel 是用于支持高性能图形和游戏的 Windows 运行时类型，你可以在其中直接管理交换链。
在此情况下，你可以创建自己的 DirectX 交换链并管理所呈现内容的显示。

需要注意的是，为了确保良好的性能 SwapChainPanel 存在一些限制。

  • 一个程序中 SwapChainPanel 实例不能超过四个。
  • 关联的 DirectX 交换链应要明确设置宽高。
  • DirectX 交换链的缩放模式必须设置为 DXGI_SCALING_STRETCH。
  • 只能通过 DXGI 中 CreateSwapChainForComposition 函数进行交换链创建。

代码实现 （只存在关键代码，完整代码在文章最下方 GitHub 链接）

D3D

  • 创建 DXGI 工厂，用于后续创建 SwapChain（交换链）
IDXGIFactory2* factory;

// 获取该类型 Guid，这跟Com组件有关，本文不多阐述。
// GetTypeInfo 为扩展函数，存在 WinRT 命名空间。
Guid guid = typeof(IDXGIFactory2).GetTypeInfo().GUID;
DXGI.GetApi().CreateDXGIFactory2(0, &guid, (void**)&factory);
  • 创建设备
ID3D11Device* device;
ID3D11DeviceContext* devCtx;

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

// SwapChain 配置信息。
SwapChainDesc1 swapChainDesc = new()
{
  Width = 宽度,
  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);
  • 获取 SwapChain 缓冲区（我们需要用它来创建 OpenGL 的渲染缓冲区）
ID3D11Texture2D* colorbuffer;
Guid guid = typeof(ID3D11Texture2D).GetTypeInfo().GUID;
swapChain->GetBuffer(0, &guid, (void**)&colorbuffer);

OpenGL

  • 创建 GL 设备与帧缓冲区
nint glDeviceHandle = Wgl.DXOpenDeviceNV((IntPtr)device);

// 创建一个帧缓冲区，后续渲染前需要先进行绑定。
int gLFramebufferHandle = GL.GenFramebuffer();
  • 关联 SwapChain 缓冲区
// 创建一个渲染缓冲区。
int gLColorRenderbufferHandle = GL.GenRenderbuffer();

// 关联 SwapChain 缓冲区到指定 Renderbuffer 上。
nint dxInteropColorHandle = Wgl.DXRegisterObjectNV(device, (nint)colorbuffer, (uint)gLColorRenderbufferHandle, (uint)RenderbufferTarget.Renderbuffer, WGL_NV_DX_interop.AccessReadWrite);
  • 渲染
// 锁定缓冲区进行操作
Wgl.DXLockObjectsNV(glDeviceHandle, 1, new[] { dxInteropColorHandle });

// 绑定帧缓冲区
GL.BindFramebuffer(FramebufferTarget.Framebuffer, gLFramebufferHandle);

// 重置视口
GL.Viewport(0, 0, 宽度, 高度);

// GL 绘制代码

// 结束绘制
GL.BindFramebuffer(FramebufferTarget.Framebuffer, 0);
Wgl.DXUnlockObjectsNV(glDeviceHandle, 1, new[] { dxInteropColorHandle });

// 注意：一定要取消注册并删除缓冲区，不然 swapChain 读取不到数据。
Wgl.DXUnregisterObjectNV(glDeviceHandle, dxInteropColorHandle);
GL.DeleteRenderbuffer(gLColorRenderbufferHandle);

swapChain->Present(1, 0);

关联 WinUI

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

基本上，一次的渲染流程到这里就结束了。
但有很多问题需要解决，比如修改控件宽高，重新注册缓冲区等等。。。

完整代码我会放到 GitHub 上，需要的同学可以下载看看，里面包含 WPF、WinUI 的 3D Demo，并解决了刚才说的一些问题。

WPF、WinUI 使用 Silk.Net 绘制示例（OpenGL、DirectX）

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