快速多窗口渲染

Question

几周来，我一直在搜索和测试C# days的不同类型的渲染库。到目前为止，我还没有找到一个在多窗口渲染设置上工作良好的库。要求是能够在快速计算机上无延迟地在12+监视器设置(财务图表)上运行程序。每个窗口每秒需要更新多次。在这样做的时候，CPU需要做很多密集的和时间关键的任务，所以一些负担必须转移到GPU上。这就是硬件渲染的用法，换句话说，就是DirectX或OpenGL。

我在windows forms上尝试过GDI+，发现它太慢了，不能满足我的需求。我已经通过OpenTK (在windows窗体控件上)尝试过OpenGL，它看起来相当快(我还有一些测试要在它上面运行)，但是很难正常工作(很难找到/编写好的文本渲染库)。最近，我通过SharpDX在Windows forms上尝试了DirectX9、DirectX10和Direct2D。我尝试了每个窗口的单独设备和单个设备/多个交换链的方法。所有这些都导致在多个窗口上的性能非常差。例如，如果我将目标FPS设置为20，并在不同的显示器上打开4个全屏窗口，那么整个操作系统开始变得非常滞后。渲染只是将屏幕清除为黑色，不渲染任何图元。这个测试的CPU使用率约为0%，GPU使用率约为10%，我不明白这里的瓶颈是什么？我的开发电脑非常快，i7 2700k，AMD HD7900，16 on内存，所以测试绝对应该在这台上运行。

相比之下，我在C++/Win32API上做了一些DirectX9测试，一个设备/多个交换链，我可以打开分布在4个显示器工作区的100个窗口(在它们上旋转3D茶壶)，并且仍然有完全负责的操作系统(当然，渲染窗口上的fps下降得相当严重，大约为5，这是我期望同时运行100个渲染的结果)。

有没有人知道在C#上做多窗口渲染的好方法，或者我被迫用C++重写我的程序来获得那样的性能(主要痛苦)？我想在我走C++路线之前我会再给OpenGL一次机会。我会在这里报告任何发现。

供参考的测试方法：

对于C# DirectX单设备多交换链测试，我使用了这个优秀答案中的方法：Display Different images per monitor directX 10

Direct3D10版本：

我像这样创建了d3d10device和DXGIFactory：

D3DDev = new SharpDX.Direct3D10.Device(SharpDX.Direct3D10.DriverType.Hardware,
            SharpDX.Direct3D10.DeviceCreationFlags.None);
DXGIFac = new SharpDX.DXGI.Factory();

然后初始化渲染窗口，如下所示：

var scd = new SwapChainDescription();
scd.BufferCount = 1;
scd.ModeDescription = new ModeDescription(control.Width, control.Height,
      new Rational(60, 1), Format.R8G8B8A8_UNorm);
scd.IsWindowed = true;
scd.OutputHandle = control.Handle;
scd.SampleDescription = new SampleDescription(1, 0);
scd.SwapEffect = SwapEffect.Discard;
scd.Usage = Usage.RenderTargetOutput;

SC = new SwapChain(Parent.DXGIFac, Parent.D3DDev, scd);

var backBuffer = Texture2D.FromSwapChain<Texture2D>(SC, 0);
_rt = new RenderTargetView(Parent.D3DDev, backBuffer);

在每次渲染迭代中执行的绘图命令很简单：

Parent.D3DDev.ClearRenderTargetView(_rt, new Color4(0, 0, 0, 0));
SC.Present(0, SharpDX.DXGI.PresentFlags.None);

DirectX9版本非常相似：

设备初始化：

PresentParameters par = new PresentParameters();
par.PresentationInterval = PresentInterval.Immediate;
par.Windowed = true;
par.SwapEffect = SharpDX.Direct3D9.SwapEffect.Discard;
par.PresentationInterval = PresentInterval.Immediate;
par.AutoDepthStencilFormat = SharpDX.Direct3D9.Format.D16;
par.EnableAutoDepthStencil = true;
par.BackBufferFormat = SharpDX.Direct3D9.Format.X8R8G8B8;

// firsthandle is the handle of first rendering window
D3DDev = new SharpDX.Direct3D9.Device(new Direct3D(), 0, DeviceType.Hardware, firsthandle,
    CreateFlags.SoftwareVertexProcessing, par);

渲染窗口初始化：

if (parent.D3DDev.SwapChainCount == 0)
{
    SC = parent.D3DDev.GetSwapChain(0);
}
else
{
    PresentParameters pp = new PresentParameters();
    pp.Windowed = true;
    pp.SwapEffect = SharpDX.Direct3D9.SwapEffect.Discard;
    pp.BackBufferFormat = SharpDX.Direct3D9.Format.X8R8G8B8;
    pp.EnableAutoDepthStencil = true;
    pp.AutoDepthStencilFormat = SharpDX.Direct3D9.Format.D16;
    pp.PresentationInterval = PresentInterval.Immediate;

    SC = new SharpDX.Direct3D9.SwapChain(parent.D3DDev, pp);
}

绘制循环的代码：

SharpDX.Direct3D9.Surface bb = SC.GetBackBuffer(0);
Parent.D3DDev.SetRenderTarget(0, bb);

Parent.D3DDev.Clear(ClearFlags.Target, Color.Black, 1f, 0);
SC.Present(Present.None, new SharpDX.Rectangle(), new SharpDX.Rectangle(), HWND);
bb.Dispose();

带有多个交换链和一个设备代码的C++ DirectX9/Win32API测试如下：

[C++] DirectX9 Multi-window test - Pastebin.com

它是Kevin Harris的优秀示例代码的修改版本。

编辑：

我的主要问题是，在进行多窗口渲染时，我的主要问题不是fps太低，而是所有操作系统功能(窗口动画、拖放滚动等)的一般延迟。

Answer 1

这里只说到DirectX，但我记得我们曾经遇到过类似的问题(一台PC上有5块显卡和9块屏幕)。

很多时候，全屏开关似乎想要在显示器上启用垂直同步，因为Present不能被线程，更多的屏幕与垂直同步，你将有更高的下降(因为你将等待0至16毫秒)为每个当前呼叫。

在我们的例子中，我们的解决方案是创建最大化的窗口并删除边界，这不是理想的，但从10fps绘制一个矩形回到标准速度(60)。

如果你想要代码样本，请让我知道，我会准备一个。

同样为了测试，我使用c#/slimdx/dx11在我的引擎上创建了30个窗口，渲染了一个带有基本着色的球体，仍然超过了40fps。

Answer 2

我们也有类似的问题(需要使用3+显卡在9+显示器上渲染3D视图)。我们选择使用原始DirectX11，因为我们发现第三方渲染库在跨多个显示器的多个窗口中都非常差，更不用说使用多个适配器了。(似乎大多数引擎都是为全屏游戏设计的，而且往往在窗口视图上表现不佳)。而不是使用像SlimDX或SharpDX这样的第三方层，我们最终决定直接用C++编写核心渲染器，只需通过C++/CLI公开我们的应用程序所需的简单应用程序接口-这应该会最大化性能并最大限度地减少可维护性问题(依赖第三方供应商来修复错误等)。

然而，就像你一样，我们在测试中发现，如果我们从一个进程渲染9个视图(每个视图都在它自己的线程上渲染)，我们会得到糟糕的性能(非常低的帧率)。但是，如果我们运行9个单独的进程(每个视图/监视器一个)，性能就像预期的那样(出色)。

因此，在花了几天时间寻找更好的解决方案后，我们选择了在单独的进程中简单地运行我们的渲染器。这对我们来说并不是一个糟糕的解决方案，因为我们的渲染器无论如何都需要支持在多台PC上分发，所以这只是意味着我们将永久使用这个工具，而不是只在需要的时候使用。

(我不知道这对您是否有帮助，但我们也非常想知道是否有其他解决方案可以在多个显卡上工作，以防我们错过了更好的技巧)

Answer 3

我从来没有机会运行过这种情况，但我唯一可以肯定的是，使用托管包装器完全没有问题，使用C++代码也会遇到同样的问题。

此外，在您的描述中，您的系统上安装了多少显卡也是非常不清楚的。此外，您还应该更密切地关注"DirectX Graphics Infrastructure (DXGI): Best Practices“，因为它们描述了您可能遇到的许多问题。在全屏中运行不同的显卡，正确的交换全屏设置应该是可以的(使用"flip“而不是" blit "，请参阅msdn文档)，但如果你在最大化窗口中运行应用程序，我不认为性能会很好，因为blit会干扰并产生一些滞后。

你可以完美地拥有一个使用多个设备的多线程应用程序，每个线程一个设备，它们应该能够正确地调度事情……但同样，由于我在这种情况下没有经验，在这种特定情况下可能会有某种类型的GPU调度问题。

如果在仔细进行DXGI设置后问题仍然存在，我建议您使用GPUView调试整个过程，以便更仔细地检查这些问题。它正是为这种情况而设计的，但您必须花一些时间来了解如何使用这种工具进行诊断。最后还有一次关于GPUView的讨论，GDC 2012: Using GPUView to Understand your DirectX 11 Game (Jon Story)可能值得一读。