Direct3D 11 缺少 GetRasterStatus，如何检测垂直空白期？

Question

我正在更新一个应用程序，其中测量屏幕上刺激呈现的时间需要最大程度的准确性。目前它是用 DirectDraw 编写的，而 DirectDraw 很久以前就被淘汰了，因此需要更新我们的图形库。

我们测量呈现时间的方法是利用检测垂直空白期的结束。具体来说，我需要以最大可能的准确度知道，何时翻转到主表面（或呈现在交换链中）的任何内容实际上是由屏幕绘制的。检测扫描线可以增加该测量的确定性，但我只能检测调用 Flip 或 Present 后垂直空白期何时结束。

Direct 3D 9 具有 IDirect3DDevice9::GetRasterStatus 方法 返回一个 D3DRASTER_STATUS 结构，其中包含一个 InVBlank 布尔值，描述设备是否处于垂直空白以及当前扫描线。 DirectDraw 具有类似的功能（IDirectDraw::GetVerticalBlankStatus，还有 IDirectDraw::GetScanLine在 Vertical Blank 期间返回 DDERR_VERTICALBLANKINPROGRESS 可用于检测 VB）。

但是我在Direct3D11中没有找到任何类似的功能。有谁知道此功能是否在 Direct3D9 和 Direct3D11 之间移动或删除，如果是后者，为什么？

Answer 1

抱歉回复晚了，但我注意到仍然没有被接受的答案，所以也许您从未找到有效的答案。如今在 Windows 上， DesktopWindowManager 服务 (dwm.exe) 协调一切并且无法真正被绕过。从 Windows 8 开始，该服务就无法禁用。

因此，DWM 始终会控制帧速率、渲染队列管理和所有各种 IDXGISurface(n) 对象和 IDXGIOutput(n ) 监视器，并且跟踪屏幕外渲染目标的 VSync 没有太大用处，除非我遗漏了某些东西（无意讽刺）。至于你的问题，我不确定你的目标是否是：

1. 获取极其精确的计时信息，但仅用于诊断、分析或信息用途，或者
2. 应用程序是否会（尝试）使用这些结果（尝试）安排自己当前的周期。

如果是后者，我相信只有当 D3D 应用程序在全屏独占模式下运行时，您才能有效地执行此操作。这是 DWM 以 DXGI - 将真正信任客户端来处理其自己的当前计时。

这里的（勉强）好消息是，如果您对 VSync 的兴趣仅供参考，也就是说您属于上面的项目符号类别 (1.)，那么您确实可以获得所有时间您想要的数据，请访问 QueryPerformanceFrequency 分辨率，通常约为 320 ns。 ¹

以下是如何获取高分辨率视频计时信息。但再次需要明确的是，尽管在获取如下所示的信息方面取得了明显的成功，但任何使用这些有趣结果的尝试（例如，根据您获得的读数来确定某些确定性的（因此可能有用的）结果）都会注定会失败，也就是说，完全被 DWM 中介所阻碍：

DWM_TIMING_INFO

指定桌面窗口管理器 (DWM) 组合计时信息。由 DwmGetCompositionTimingInfo 使用功能。

typedef struct _DWM_TIMING_INFO
{
    UINT32    cbSize;                 // size of this DWM_TIMING_INFO structure
    URATIO    rateRefresh;            // monitor refresh rate
    QPC_TIME  qpcRefreshPeriod;       // monitor refresh period
    URATIO    rateCompose;            // composition rate
    QPC_TIME  qpcVBlank;              // query performance counter value before the vertical blank
    CFRAMES   cRefresh;               // DWM refresh counter
    UINT      cDXRefresh;             // DirectX refresh counter
    QPC_TIME  qpcCompose;             // query performance counter value for a frame composition
    CFRAMES   cFrame;                 // frame number that was composed at qpcCompose
    UINT      cDXPresent;             // DirectX present number used to identify rendering frames
    CFRAMES   cRefreshFrame;          // refresh count of the frame that was composed at qpcCompose
    CFRAMES   cFrameSubmitted;        // DWM frame number that was last submitted
    UINT      cDXPresentSubmitted;    // DirectX present number that was last submitted
    CFRAMES   cFrameConfirmed;        // DWM frame number that was last confirmed as presented
    UINT      cDXPresentConfirmed;    // DirectX present number that was last confirmed as presented
    CFRAMES   cRefreshConfirmed;      // target refresh count of the last frame confirmed as completed by the GPU
    UINT      cDXRefreshConfirmed;    // DirectX refresh count when the frame was confirmed as presented
    CFRAMES   cFramesLate;            // number of frames the DWM presented late
    UINT      cFramesOutstanding;     // number of composition frames that have been issued but have not been confirmed as completed
    CFRAMES   cFrameDisplayed;        // last frame displayed
    QPC_TIME  qpcFrameDisplayed;      // QPC time of the composition pass when the frame was displayed
    CFRAMES   cRefreshFrameDisplayed; // vertical refresh count when the frame should have become visible
    CFRAMES   cFrameComplete;         // ID of the last frame marked as completed
    QPC_TIME  qpcFrameComplete;       // QPC time when the last frame was marked as completed
    CFRAMES   cFramePending;          // ID of the last frame marked as pending
    QPC_TIME  qpcFramePending;        // QPC time when the last frame was marked as pending
    CFRAMES   cFramesDisplayed;       // number of unique frames displayed
    CFRAMES   cFramesComplete;        // number of new completed frames that have been received
    CFRAMES   cFramesPending;         // number of new frames submitted to DirectX but not yet completed
    CFRAMES   cFramesAvailable;       // number of frames available but not displayed, used, or dropped
    CFRAMES   cFramesDropped;         // number of rendered frames that were never displayed because composition occurred too late
    CFRAMES   cFramesMissed;          // number of times an old frame was composed when a new frame should have been used but was not available
    CFRAMES   cRefreshNextDisplayed;  // frame count at which the next frame is scheduled to be displayed
    CFRAMES   cRefreshNextPresented;  // frame count at which the next DirectX present is scheduled to be displayed
    CFRAMES   cRefreshesDisplayed;    // total number of refreshes that have been displayed for the application since the DwmSetPresentParameters function was last called
    CFRAMES   cRefreshesPresented;    // total number of refreshes that have been presented by the application since DwmSetPresentParameters was last called
    CFRAMES   cRefreshStarted;        // refresh number when content for this window started to be displayed
    ULONGLONG cPixelsReceived;        // total number of pixels DirectX redirected to the DWM
    ULONGLONG cPixelsDrawn;           // number of pixels drawn
    CFRAMES   cBuffersEmpty;          // number of empty buffers in the flip chain
}
DWM_TIMING_INFO;

（注意：要水平压缩上述源代码以在本网站上显示，请假设前面添加了以下缩写：）

typedef UNSIGNED_RATIO URATIO;
typedef DWM_FRAME_COUNT CFRAMES;

现在，对于在窗口模式下运行的应用程序，您当然可以随时获取此详细信息喜欢。如果您只需要它进行被动分析，则从 DwmGetCompositionTimingInfo 是现代的方法。

说到现代，由于问题暗示了现代化，您需要考虑使用 IDXGISwapChain1 从 IDXGIFactory2::CreateSwapChainForComposition 以启用使用新的 DirectComposition 组件。

DirectComposition 通过实现高帧速率、使用图形硬件以及独立于 UI 线程进行操作，实现丰富且流畅的过渡。 DirectComposition 可以接受由不同渲染库绘制的位图内容，包括 Microsoft DirectX 位图和渲染到窗口的位图（HWND 位图）。此外，DirectComposition 支持各种变换，例如 2D 仿射变换和 3D 透视变换，以及剪切和不透明度等基本效果。

无论如何，详细的计时信息似乎不太可能有效地告知应用程序的运行时行为； 也许它会帮助您预测下一个垂直同步，但是确实想知道“对消隐期的敏锐认识”对于某些特定的情况可能有什么意义DWM 征服的屏幕外交换链。

因为您的应用程序的表面只是 DWM 所处理的众多问题之一，所以 DWM 将在每个客户端行为一致的假设下进行自己的各种动态调整。在这样的政权中，不可预测的适应是不合作的，并且很可能最终会让双方都感到困惑。

---

Notes:
1. The resolution of QPC is many orders of magnitude higher than that of the DateTime tick, despite the the latter's suggestive use of a 100 ns. unit denomination. Think of DateTime.Now.Ticks as a repackaging of the (millisecond-denoted) Environment.TickCount, but converted to 100-ns units. For the highest possible resolution, use static method Stopwatch.GetTimestamp() instead of DateTime.Now.Ticks.

Answer 2

另一种选择：

有 D3DKMTGetScanLine( ) 适用于 D3D9、D3D10、D3D11、D3D12 和甚至OpenGL。

它实际上是一个 GDI32 函数，因此您可以利用 Window 的现有图形 hAdaptor 来轮询 VBlank/Scanline - 无需创建 Direct3D 帧缓冲区。这就是为什么这个 API 也可以与 OpenGL、Mantle 和非 Direct3D 渲染器一起正常工作，尽管这个 API 调用有 D3D 前缀。

它还会告诉您 VBlank 状态 &光栅扫描线。

它对于最高“延迟至关重要”的应用程序中的波束竞赛应用程序非常有用。一些虚拟现实渲染使用光束竞赛，即使只有 20 毫秒的延迟也可能意味着令人愉悦的 VR 和令人眼花缭乱/令人作呕的 VR 之间的差异。

Beam racing 是在显示器扫描输出后即时渲染的。在专门的延迟关键型应用程序中，您可以将从 Direct3D Present() 到触及您眼球的像素的延迟减少到绝对最低（低至 3 毫秒）。

要了解光束竞速是什么，https://www.wired.com/ 2009/03/racing-the-beam/ - 在图形芯片没有帧缓冲区的时代，这种情况很常见 - 使得光束竞速对于改善 Atari 2600、Nintendo、Commodore 上的图形效果是必要的64 等...

有关光束竞赛的更现代的实现，请参阅 模拟器的无延迟 VSYNC ON 算法。

Answer 3

“具体来说，我需要尽可能准确地了解翻转到主表面上（或呈现在交换链中）的任何内容实际上是由屏幕绘制的。” p>

祝你好运。

实际上并不能保证您放入当前队列的任何内容都会显示在屏幕上(!!)；您可以手动丢弃带有缓冲区排序当前标志的帧，或者 NVIDIA 可以为您做到这一点（...谢谢？）

DXGI 中的缓冲区排序

DXGI Swapchain 的翻转队列通常是 FIFO，但流行的新驱动程序关心延迟的用户肯定会启用覆盖（即 FastSync），有利于 CPU 端吞吐量，而不是显示您绘制的任何帧之类的琐碎事情:)

通常您可以依靠IDXGISwapChain::Present (...) 当交换链充满未显示的图像且驱动程序 在 GPU 之前暂存命令 n 多帧，但使用 FastSync在强制情况下，Present 永远不会阻塞，并且提前渲染队列会通过覆盖交换链中等待 VBLANK 的任何已完成帧来刷新其工作。

完成速度快于屏幕刷新的连续呈现没有义务（也不会）扫描输出，因此它们相对于 VBLANK 的状态毫无意义。

除非您自己实施速率限制以防止 CPU 在调用 Present 后立即暂存下一帧，否则您需要一个不同的范例来测量帧状态。

D3D9Ex / DXGI 支持翻转/全屏独占的演示统计：

框架实际上不会呈现给用户，除非以下 API 说明它们会呈现：

IDXGISwapChain::GetFrameStatistics (...) 和 IDXGISwapChain::GetLastPresentCount (...)

您可以使用帧统计数据来实时计算渲染队列的长度/当前延迟，并且您的计时目标可能可以通过根据成功同步帧的记帐信息跟踪当前 # 来满足。

Answer 4

这里的问题是为什么？您似乎想要解决问题的一个症状；也许这会分散你对真正问题的注意力。在 Amiga 或 DOS 上，等待垂直同步是一项有用的技术。这在任何合成或多线程操作系统上都是完全错误的。

首先，你想实现什么目标？无撕裂渲染是通过在 D3D 或 OpenGL 上设置交换间隔来完成的。试图比那里的操作系统做得更好是有害的。只需考虑多个显示器等情况，或者如果多个应用程序尝试同步会发生什么情况。

如果您是某个其他进程的客户端并希望在 VSync 上运行计时，不幸的是，据我所知，Windows 没有提供等待对象。最好的选择是仍然依赖 Present 调用并估计正在发生的情况。

有两种情况：您的渲染（呈现）速度比垂直同步更快或更慢。如果你速度更快，Present 应该已经为你挡住了。如果 Present 从不等待，并且调用之间的时间超过 1/60 秒，则您可能希望减少渲染频率。

人们关心垂直同步的最常见情况是视频。您可以比垂直同步更快地渲染，但需要等待合适的时间来呈现。唯一要做的就是尽可能快地运行几帧，并据此估计帧时间。使用一些抖动和反馈...或者使用内置的硬件视频，它很乐意成为视频驱动程序的内核朋友。