WM_PAINT 消息频率：C# (.Net Framework 4.7.2 WinForms) vs. C++答案

【问题标题】：WM_PAINT message frequency : C# (.Net Framework 4.7.2 WinForms) vs. C++WM_PAINT 消息频率：C# (.Net Framework 4.7.2 WinForms) vs. C++
【发布时间】：2020-09-08 09:57:41
【问题描述】：

我目前正在将一些使用 C#（FW 版本 4.7.2）WinForms 实现的旧游戏转换为使用 C++ 的 Direct3D。

目前，我所有的实时图形游戏都实现了OnPaint 覆盖，绘制到从PaintEventArgs 参数检索到的Graphics 对象中，并在绘制当前帧后立即失效。（我不知道这是否不推荐，但效果很好）。这些应用程序当然使用双缓冲。这会导致一个核心 100% 的利用率，这是可以的。

将我的游戏移植到 C++ 和 Direct3D 时遇到的第一个障碍是窗口的刷新率，即使我通过实现 WndProc() 并在绘制后调用 InvalidateRect() 做了同样的事情。

我遵循了这个快速入门指南：https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct2d/direct2d-quickstart

问题是，

使用我的 Windows 窗体应用程序，在全尺寸背景图像上绘制时刷新率约为 60 fps，在空白背景上绘制时刷新率为 300-400 fps。以下示例仅绘制一个矩形，产生惊人的 2,500 fps：

public class Surface : Form
{
    private int fps = 0;
    private int lastFPS = 0;
    private double lastSeconds = 0;
    private Stopwatch chronometer = Stopwatch.StartNew();
    Font font = new Font("Courier New", 10f);

    public Surface()
    {
        BackColor = Color.Black;
        DoubleBuffered = true;
    }

    protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)
    {
        e.Graphics.DrawRectangle(Pens.White, 100, 100, 100, 100);
        e.Graphics.DrawString("FPS: " + lastFPS, font, Brushes.White, 5, 5);

        fps++;
        if (chronometer.Elapsed.Seconds > lastSeconds)
        {
            lastSeconds = chronometer.Elapsed.Seconds;
            lastFPS = fps;
            fps = 0;
        }
        Invalidate();
    }
}

不用说，我期待在移植到 DirectX 时帧速率会更好，但问题是 WM_PAINT 事件没有足够频繁地触发，即使我不绘制任何东西，我也卡在 100 fps，并且CPU 利用率仅为 10% 左右。

我只在快速入门指南的源代码中添加了以下一行：

case WM_PAINT:
{
    pDemoApp->OnRender();
    ValidateRect(hwnd, NULL);
    InvalidateRect(hwnd, NULL, TRUE); // THIS IS THE LINE I'VE ADDED
}

我做错了什么？

我读到Direct 2D的渲染目标是自动双缓冲的，

所以问题是，为什么 WM_PAINT 事件每秒只触发 100 次？

注意：检查了 windows 窗体 Control.Invalidate() 方法源，它的作用是调用 InvalidateRect（如果子控件也要失效，则调用 RedrawWindow()）

注意：我是否在此处错误地使用了直接 2d 绘图？我是否应该在一个单独的线程上持续绘制并让 DirectX 在它认为合适的时候刷新渲染目标？

【问题讨论】：

标签： c# c++ .net direct2d wm-paint

【解决方案1】：

我找到了问题。

以下语句在为 Direct2D 创建渲染目标时，使用默认存在选项D2D1_PRESENT_OPTIONS_NONE，这会导致渲染引擎等待 vSync，因此我的笔记本电脑上每秒的最大帧数等于 60 Hz（刷新笔记本电脑显示器的速度）

// Create a Direct2D render target.
hr = m_pDirect2dFactory->CreateHwndRenderTarget(
    D2D1::RenderTargetProperties(),
    D2D1::HwndRenderTargetProperties(m_hwnd, size),
    &m_pRenderTarget
);

通过将当前选项更改为立即，在调用 InvalidateRect() 后立即收到 WM_PAINT 消息

D2D1::HwndRenderTargetProperties(m_hwnd, size, D2D1_PRESENT_OPTIONS_IMMEDIATELY),

所以我问这个问题太快了，因为刷新率高于显示器的刷新率没有任何影响，我从中得到的是 Direct2D 引擎正在通过等待优化 cpu 使用率实际屏幕的下一次刷新，这很有意义。

尝试绘制超过显示器刷新率的内容看起来像是在浪费 CPU 周期。

需要考虑实现一个好的计时机制，因为 winforms 和 GDI 大部分时间都比显示器刷新率慢（当屏幕上有很多精灵和几何图形时），现在我们比这更快，应该适应.

【讨论】：

使用 Direct2D 和所有相关层（DXGI、Direct Composition 等），您甚至根本不需要 WM_PAINT，既不是 HDC 也不是 GDI（如果您需要它，还有互操作的可能性）。您构建一个交换链（类似于双缓冲，使用 DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_SEQUENTIAL），尽快绘制后台缓冲区（D2D RenderTarget/DeviceContext），并同步交换缓冲区（调用 IDXGISwapChain::Present）：docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct2d/… Direct2D 本身不优化任何东西（除了它使用 GPU 的事实）。
@SimonMourier 感谢您的评论。没有优化，你是对的。我认为效率低下在于 Forms 框架，因为 windows 窗体 Control.Invalidate() 方法试图立即绘制到表面（从而导致 fps 值高于实际屏幕刷新率，同时导致 100% cpu）。

【解决方案2】：

InvalidateRect(hwnd,.. 本身会在带有 hwnd 句柄的窗口上触发 WM_PAINT 消息。您刚刚创建了一个循环引用 (race)。

【讨论】：