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feat(d3d12): 实现交换链与渲染表面管理

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- 新增 d3d12_surface 类，管理交换链和渲染目标
- 实现三重缓冲后台缓冲区管理
- 添加视口和裁剪矩形配置
- 修复 GraphicsPlatformInterface.h 循环包含问题
- 添加完整的中文 Doxygen 注释
- 更新 D3D12 学习 Wiki，添加交换链章节
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SpecialX
2026-03-31 11:12:11 +08:00
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5
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12CommonHeader.h
View File

@@ -1,7 +1,8 @@
#pragma once
#pragma once
#include "CommonHeader.h"
#include "Graphics\Renderer.h"
#include "Platform\Window.h"
// 引入 DirectX Graphics Infrastructure（DXGI）6.0
// 头文件，用于访问 DXGI 接口（如 IDXGIFactory6、
@@ -23,7 +24,7 @@
#pragma comment(lib, "dxgi.lib")
#pragma comment(lib, "d3d12.lib")
namespace XEngine::graphics::d3d12::core {
namespace XEngine::graphics::d3d12 {
constexpr u32 frame_buffer_count{ 3 };
}

18
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Core.cpp
View File

@@ -1,4 +1,4 @@
#include "D3D12Core.h"
#include "D3D12Core.h"
#include "D3D12CommonHeader.h"
#include "D3D12Resources.h"
@@ -290,6 +290,9 @@ u32 deferred_release_flag[frame_buffer_count]{};
*/
std::mutex deferred_release_mutex{};
// 默认渲染目标格式
constexpr DXGI_FORMAT render_target_format{ DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM_SRGB };
// 最小支持的 Direct3D 特本级别
constexpr D3D_FEATURE_LEVEL minumum_feature_level{ D3D_FEATURE_LEVEL_11_0 };
@@ -553,12 +556,25 @@ device()
return main_device;
}
descriptor_heap& rtv_heap() {return rtv_descriptor_heap;}
descriptor_heap& dsv_heap() {return dsv_descriptor_heap;}
descriptor_heap& uav_heap() {return uav_descriptor_heap;}
descriptor_heap& srv_heap() {return srv_descriptor_heap;}
u32
current_frame_index()
{
return gfx_command.frame_index();
}
DXGI_FORMAT
default_render_target_format()
{
return render_target_format;
}
// X86结构上的整数访问权架构原子的,所以不需要加锁
void

21
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Core.h
View File

@@ -1,10 +1,15 @@
#pragma once
#pragma once
#include "D3D12CommonHeader.h"
/**
* @brief Direct3D 12 核心类
* @details 定义了 Direct3D 12 核心功能的初始化与关闭函数
*/
namespace XEngine::graphics::d3d12 {
class descriptor_heap;
}
namespace XEngine::graphics::d3d12::core{
/**
* @brief 初始化 Direct3D 12 核心功能
@@ -81,10 +86,24 @@ ID3D12Device *const device();
*/
u32 current_frame_index();
descriptor_heap& rtv_heap();
descriptor_heap& dsv_heap();
descriptor_heap& srv_heap();
descriptor_heap& uav_heap();
/**
* @brief 获取默认渲染目标格式
* @details 返回 Direct3D 12 设备的默认渲染目标格式
* @return DXGI_FORMAT 默认渲染目标格式
*/
DXGI_FORMAT default_render_target_format();
/**
* @brief 设置延迟释放标志
* @details 用于在渲染循环中设置延迟释放标志，通知资源管理器在当前帧渲染完成后释放资源
*/
void set_deferred_release_flag();
}// namespace XEngine::graphics::d3d12::core

1
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Interface.cpp
View File

@@ -1,4 +1,3 @@
#include "CommonHeader.h"
#include "D3D12Interface.h"
#include "D3D12Core.h"
#include "Graphics\GraphicsPlatformInterface.h"

4
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Resource.cpp
View File

@@ -1,7 +1,7 @@
#include "D3D12Resources.h"
#include "D3D12Resources.h"
#include "D3D12Core.h"
namespace XEngine::graphics::d3d12::core{
namespace XEngine::graphics::d3d12{
//////////// DESCRIPTOR HEAP ////////////
// 该类将被多个线程并发访问：资源创建（如纹理）与资源销毁/释放可能发生在不同线程，
// 因此需要同步机制保护内部数据结构

6
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Resources.h
View File

@@ -1,7 +1,7 @@
#pragma once
#pragma once
#include "D3D12CommonHeader.h"
namespace XEngine::graphics::d3d12::core {
namespace XEngine::graphics::d3d12 {
/**
* @brief 前向声明，用于友元类关系
@@ -417,4 +417,4 @@ private:
const D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE _type;
};
} // namespace XEngine::graphics::d3d12::core
} // namespace XEngine::graphics::d3d12

114
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Surface.cpp Normal file
View File

@@ -0,0 +1,114 @@
#include "D3D12Surface.h"
#include "D3D12Core.h"
namespace XEngine::graphics::d3d12 {
namespace{
constexpr DXGI_FORMAT
to_non_srgb(DXGI_FORMAT format)
{
if(format == DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM_SRGB) return DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
return format;
}
} // anonymous namespace
void
d3d12_surface::create_swap_chain(IDXGIFactory7* factory, ID3D12CommandQueue* cmd_queue, DXGI_FORMAT format)
{
assert(!factory && cmd_queue);
// 应为可以多次调用，所以需要先释放旧的 swap chain
release();
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1 desc{};
desc.AlphaMode = DXGI_ALPHA_MODE_UNSPECIFIED; // Alpha通道模式（窗口透明度相关）
desc.BufferCount = frame_buffer_count; // 后台缓冲区数量（用于双缓冲/多缓冲）
desc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT; // 缓冲区用途（作为渲染目标输出）
desc.Flags = 0; // 交换链标志位（无）
desc.Format = to_non_srgb(format); // 像素格式（转换为非SRGB格式）
desc.Height = _window.height(); // 交换链高度（与窗口高度一致）
desc.Width = _window.width(); // 交换链宽度（与窗口宽度一致）
desc.SampleDesc.Count = 1; // 多重采样数量（1表示禁用MSAA）
desc.SampleDesc.Quality = 0; // 多重采样质量等级（0表示禁用）
desc.Scaling = DXGI_SCALING_STRETCH; // 缓冲区缩放模式（窗口大小变化时的处理方式）
desc.Stereo = false; // 立体显示模式（3D显示）
IDXGISwapChain1* swap_chain;
HWND hwnd {(HWND)_window.handle()};
// 为窗口创建交换链，指定交换链描述结构体
DXCall(factory->CreateSwapChainForHwnd(cmd_queue, hwnd, &desc, nullptr, nullptr, &swap_chain));
// 控制 DXGI 如何响应特定的系统按键,阻止 DXGI 响应 Alt+Enter 按键序列，由应用程序手动处理全屏切换逻辑。
DXCall(factory->MakeWindowAssociation(hwnd, DXGI_MWA_NO_ALT_ENTER));
// 将局部变量 swap_chain 创建的交换链对象“转移”给类成员 _swap_chain 来长期持有。
// 免了直接赋值（_swap_chain = swap_chain）可能导致的引用计数问题：直接赋值不增加
// 计数，后续释放 swap_chain 会使对象计数归零而被销毁，_swap_chain 就会变成悬空指针。
DXCall(swap_chain->QueryInterface(IID_PPV_ARGS(&_swap_chain)));
core::release(swap_chain);
_current_bb_index = _swap_chain->GetCurrentBackBufferIndex();
for(u32 i = 0; i < frame_buffer_count; ++i)
{
_render_target_data[i].rtv = core::rtv_heap().allocate();
}
finalize();
}
void
d3d12_surface::present() const
{
assert(_swap_chain);
// 设置是否使用垂直同步
// 0 表示不使用垂直同步，1 表示使用垂直同步
// 第二个参数设置有无特殊行为，0 表示无特殊行为
DXCall(_swap_chain->Present(0, 0));
_current_bb_index = _swap_chain->GetCurrentBackBufferIndex();
}
void
d3d12_surface::finalize()
{
// 为每个缓冲区创建渲染目标视图
for(u32 i = 0; i < frame_buffer_count; ++i)
{
render_target_data& data{ _render_target_data[i] };
assert(!data.resource);
DXCall(_swap_chain->GetBuffer(i, IID_PPV_ARGS(&data.resource)));
D3D12_RENDER_TARGET_VIEW_DESC desc{};
desc.Format = core::default_render_target_format();
desc.ViewDimension = D3D12_RTV_DIMENSION_TEXTURE2D;
core::device()->CreateRenderTargetView(data.resource, &desc, data.rtv.cpu);
}
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC desc{};
DXCall(_swap_chain->GetDesc(&desc));
const u32 width{ desc.BufferDesc.Width };
const u32 height{ desc.BufferDesc.Height };
assert(_window.width() == width && _window.height() == height);
_viewport.TopLeftX = 0.0f;
_viewport.TopLeftY = 0.0f;
_viewport.Width = (float)width;
_viewport.Height = (float)height;
_viewport.MaxDepth = 1.0f;
_viewport.MinDepth = 0.0f;
_scissor_rect = {0, 0, (s32)width, (s32)height};
}
void
d3d12_surface::release()
{
for(u32 i = 0; i < frame_buffer_count; ++i)
{
render_target_data& data{ _render_target_data[i] };
core::release(data.resource);
core::rtv_heap().free(data.rtv);
}
core::release(_swap_chain);
}
} // namespace XEngine::graphics::d3d12

210
Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Surface.h Normal file
View File

@@ -0,0 +1,210 @@
#pragma once
#include "D3D12CommonHeader.h"
#include "D3D12Resources.h"
namespace XEngine::graphics::d3d12 {
/**
* @class d3d12_surface
* @brief 管理 D3D12 交换链和渲染目标的表面类
*
* @details
* 该类封装了 Direct3D 12 的交换链（Swap Chain）和后台缓冲区管理，
* 提供渲染表面的完整生命周期管理。
*
* ## 核心职责
*
* - **交换链管理**：创建和管理 IDXGISwapChain4，处理前后缓冲区交换
* - **渲染目标管理**：为每个后台缓冲区创建和维护渲染目标视图（RTV）
* - **视口和裁剪矩形**：管理渲染区域的视口和裁剪设置
* - **窗口关联**：与平台窗口绑定，处理窗口大小调整
*
* ## 多缓冲机制
*
* 使用 `frame_buffer_count`（通常为 3）个后台缓冲区实现三重缓冲：
* - 减少画面撕裂
* - 提高 CPU-GPU 并行性
* - 平滑帧率波动
*
* ## 生命周期
*
* @code
* d3d12_surface surface(window);
* surface.create_swap_chain(factory, cmd_queue, DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM);
*
* // 渲染循环
* surface.present(); // 呈现当前帧
* surface.resize(); // 窗口大小改变时调用
*
* // 自动析构时释放资源
* @endcode
*
* @see IDXGISwapChain4
* @see ID3D12Resource
* @see descriptor_handle
*/
class d3d12_surface
{
public:
/**
* @brief 构造函数，绑定到指定窗口
*
* @param window 平台窗口对象
*
* @details
* 仅保存窗口引用，不创建交换链。
* 必须随后调用 create_swap_chain() 完成初始化。
*
* @pre window.handle() 必须返回有效的窗口句柄
*/
explicit d3d12_surface(platform::window window)
:_window(window)
{
assert(window.handle());
}
/**
* @brief 析构函数，自动释放所有资源
*
* @details
* 调用 release() 清理交换链和渲染目标资源。
*/
~d3d12_surface(){release();}
/**
* @brief 创建交换链和渲染目标视图
*
* @param factory DXGI 工厂对象，用于创建交换链
* @param cmd_queue 命令队列，交换链将与此队列同步
* @param format 后台缓冲区的像素格式（如 DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM）
*
* @details
* 执行以下操作：
* 1. 创建 IDXGISwapChain4 对象
* 2. 获取所有后台缓冲区资源
* 3. 为每个后台缓冲区创建 RTV
* 4. 初始化视口和裁剪矩形
*
* @pre factory 和 cmd_queue 必须有效
* @pre 尚未创建交换链（或已调用 release()）
*/
void create_swap_chain(IDXGIFactory7* factory, ID3D12CommandQueue* cmd_queue, DXGI_FORMAT format);
/**
* @brief 呈现当前渲染帧
*
* @details
* 调用 IDXGISwapChain::Present() 将当前后台缓冲区内容显示到屏幕。
* 呈现后，后台缓冲区索引自动递增（轮转）。
*
* @note 使用 DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_DISCARD 模式时，
* 呈现后当前后台缓冲区内容不再有效
*/
void present() const;
/**
* @brief 调整交换链大小以匹配窗口
*
* @details
* 当窗口大小改变时调用此方法：
* 1. 释放旧的渲染目标资源
* 2. 调整交换链缓冲区大小
* 3. 重新创建渲染目标视图
* 4. 更新视口和裁剪矩形
*
* @note 必须在 GPU 完成使用当前资源后调用
*/
void resize();
/**
* @brief 获取渲染表面宽度
* @return 宽度（像素）
*/
u32 width();
/**
* @brief 获取渲染表面高度
* @return 高度（像素）
*/
u32 height();
/**
* @brief 获取当前后台缓冲区资源
* @return 指向 ID3D12Resource 的指针
*
* @details
* 返回当前帧应渲染到的后台缓冲区。
* 索引由 _current_bb_index 指定，每次 present() 后更新。
*/
constexpr ID3D12Resource *const back_buffer() const {return _render_target_data[_current_bb_index].resource;}
/**
* @brief 获取当前后台缓冲区的渲染目标视图句柄
* @return RTV 描述符句柄
*
* @details
* 用于 OMSetRenderTargets() 绑定渲染目标。
*/
constexpr descriptor_handle rtv() const {return _render_target_data[_current_bb_index].rtv;}
/**
* @brief 获取视口描述
* @return D3D12_VIEWPORT 常量引用
*
* @details
* 用于 RSSetViewports() 设置光栅化视口。
*/
constexpr const D3D12_VIEWPORT& viewport() const {return _viewport;}
/**
* @brief 获取裁剪矩形描述
* @return D3D12_RECT 常量引用
*
* @details
* 用于 RSSetScissorRects() 设置裁剪区域。
* 裁剪区域外的像素将被丢弃。
*/
constexpr const D3D12_RECT& scissor_rect() const {return _scissor_rect;}
private:
/**
* @brief 释放所有资源
*
* @details
* 释放交换链和所有后台缓冲区资源。
* 使用延迟释放机制确保 GPU 安全。
*/
void release();
/**
* @brief 完成资源创建的最终设置
*
* @details
* 在创建或调整大小后调用，设置视口和裁剪矩形。
*/
void finalize();
/**
* @struct render_target_data
* @brief 单个后台缓冲区的渲染目标数据
*
* @details
* 每个后台缓冲区对应一个此结构体，存储：
* - 资源指针：实际的缓冲区纹理资源
* - RTV 句柄：用于绑定到渲染管线
*/
struct render_target_data
{
ID3D12Resource* resource{nullptr}; ///< 后台缓冲区资源
descriptor_handle rtv{}; ///< 渲染目标视图描述符句柄
};
IDXGISwapChain4* _swap_chain{nullptr}; ///< DXGI 交换链对象
render_target_data _render_target_data[frame_buffer_count];///< 后台缓冲区数据数组
platform::window _window{}; ///< 关联的平台窗口
mutable u32 _current_bb_index{0}; ///< 当前后台缓冲区索引
D3D12_VIEWPORT _viewport{}; ///< 视口描述
D3D12_RECT _scissor_rect{}; ///< 裁剪矩形
};
}