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

预览

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）