[WinUI 3] 如何利用 D3D11 在 SwapChainPanel 控制元件上繪製 OpenGL（UWP通用）

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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 擴充套件與 D3D Surface 關聯並在使用該 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 支援 D3D11 並在控制元件中提供 SwapChainPanel 作為載體。（WPF 中為 D3DImage）
程式碼部分使用 Silk.Net 和 OpenTK 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公司提出的一套擴充套件API（支援OpenGL 2.1及以上版本），該擴充套件允許 OpenGL 可以直接存取 DirectX 緩衝區與 Surface，並作為 OpenGL 共用紋理或渲染緩衝區物件使用。

擴充套件支援版本

WGL_NV_DX_interop - Direct3D 9
WGL_NV_DX_interop2 - Direct3D 10、11

D3D11與SwapChainPanel

SwapChainPanel 是用於支援高效能圖形和遊戲的 Windows 執行時型別，你可以在其中直接管理交換鏈。
在此情況下，你可以建立自己的 DirectX 交換鏈並管理所呈現內容的顯示。

需要注意的是，為了確保良好的效能 SwapChainPanel 存在一些限制。

一個程式中 SwapChainPanel 範例不能超過四個。
關聯的 DirectX 交換鏈應要明確設定寬高。
DirectX 交換鏈的縮放模式必須設定為 DXGI_SCALING_STRETCH。
只能通過 DXGI 中 CreateSwapChainForComposition 函數進行交換鏈建立。

程式碼實現（只存在關鍵程式碼，完整程式碼在文章最下方 GitHub 連結）

D3D

建立 DXGI 工廠，用於後續建立 SwapChain（交換鏈）

IDXGIFactory2* factory;

// 獲取該型別 Guid，這跟Com元件有關，本文不多闡述。
// GetTypeInfo 為擴充套件函數，存在 WinRT 名稱空間。
Guid guid = typeof(IDXGIFactory2).GetTypeInfo().GUID;
DXGI.GetApi().CreateDXGIFactory2(0, &guid, (void**)&factory);

建立裝置

ID3D11Device* device;
ID3D11DeviceContext* devCtx;

// 建立裝置
D3D11.GetApi().CreateDevice(null, D3DDriverType.Hardware, 0, 0, null, 0, D3D11.SdkVersion, &device, null, &devCtx);

建立 SwapChain （使用 IDXGIFactory2 建立）

IDXGISwapChain1* swapChain;

// SwapChain 設定資訊。
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（我們需要用它來建立 OpenGL 的渲染緩衝區）

ID3D11Texture2D* colorbuffer;
Guid guid = typeof(ID3D11Texture2D).GetTypeInfo().GUID;
swapChain->GetBuffer(0, &guid, (void**)&colorbuffer);

OpenGL

建立 GL 裝置與幀緩衝區

nint glDeviceHandle = Wgl.DXOpenDeviceNV((IntPtr)device);

// 建立一個幀緩衝區，後續渲染前需要先進行繫結。
int gLFramebufferHandle = GL.GenFramebuffer();

關聯 SwapChain 緩衝區

// 建立一個渲染緩衝區。
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 });

// 繫結幀緩衝區
GL.BindFramebuffer(FramebufferTarget.Framebuffer, gLFramebufferHandle);

// 重置視口
GL.Viewport(0, 0, 寬度, 高度);

// GL 繪製程式碼

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

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

swapChain->Present(1, 0);

關聯 WinUI

建立 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，比如修改控制元件寬高，重新註冊緩衝區等等。。。

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

WPF、WinUI 使用 Silk.Net 繪製範例（OpenGL、DirectX）