DXVK纹理视图：Vulkan如何实现D3D资源共享-优快云博客

DXVK纹理视图：Vulkan如何实现D3D资源共享

【免费下载链接】dxvk Vulkan-based implementation of D3D9, D3D10 and D3D11 for Linux / Wine 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/dx/dxvk

引言：纹理视图的跨API挑战

在图形渲染中，纹理资源（Texture Resource）的高效共享是提升性能的关键技术。Direct3D（D3D）和Vulkan作为两种主流图形API，在资源管理模型上存在显著差异：D3D通过视图对象（View Object）实现资源的多用途访问，而Vulkan则通过图像视图（VkImageView）实现类似功能。DXVK（DirectX Vulkan Wrapper）作为基于Vulkan实现D3D9/D3D10/D3D11的开源项目，需要解决两者间的资源映射难题。本文将深入剖析DXVK如何通过纹理视图（Texture View）机制，在Vulkan架构下实现D3D资源的灵活共享。

一、D3D与Vulkan的资源模型差异

1.1 D3D的资源-视图分离模型

D3D采用资源对象与视图对象分离的设计：

资源对象（如ID3D11Texture2D）仅定义内存分配和格式信息，不直接参与渲染
视图对象（如ID3D11ShaderResourceView、ID3D11RenderTargetView）提供资源的访问接口，同一资源可创建多个视图

// D3D11资源与视图创建示例
ID3D11Texture2D* texture = nullptr;
device->CreateTexture2D(&desc, nullptr, &texture);

ID3D11ShaderResourceView* srv = nullptr;
device->CreateShaderResourceView(texture, &srvDesc, &srv);

ID3D11RenderTargetView* rtv = nullptr;
device->CreateRenderTargetView(texture, &rtvDesc, &rtv);

1.2 Vulkan的图像-视图绑定模型

Vulkan采用更显式的图像-视图绑定模型：

VkImage对应D3D资源，需通过vkCreateImage显式分配
VkImageView作为图像的"访问窗口"，创建时需指定具体的视图类型（如VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D）和格式转换规则

// Vulkan图像与视图创建示例
VkImage image;
vkCreateImage(device, &imageInfo, nullptr, &image);

VkImageView view;
VkImageViewCreateInfo viewInfo = {
  .sType = VK_STRUCTURE_TYPE_IMAGE_VIEW_CREATE_INFO,
  .image = image,
  .viewType = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D,
  .format = VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM,
  .subresourceRange = { VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT, 0, 1, 0, 1 }
};
vkCreateImageView(device, &viewInfo, nullptr, &view);

1.3 核心差异对比

特性	Direct3D 11	Vulkan
资源访问控制	隐式通过视图类型控制	显式通过VkImageViewType控制
格式兼容性检查	API层自动处理	需开发者手动确保兼容性
子资源访问范围	通过视图描述符指定	通过VkImageSubresourceRange指定
多视图资源共享	原生支持	需显式创建多个VkImageView

二、DXVK的纹理视图映射架构

2.1 核心映射组件

DXVK通过三级映射实现D3D到Vulkan的资源转换：

mermaid

关键数据结构关系：

D3D11Texture2D：封装Vulkan图像资源的D3D兼容对象

class D3D11Texture2D : public ID3D11Texture2D1 {
private:
  Com<DxvkImage> m_image;  // Vulkan图像资源
  D3D11_TEXTURE2D_DESC m_desc;  // D3D资源描述符
};

D3D11ShaderResourceView：映射VkImageView的D3D视图

class D3D11ShaderResourceView : public ID3D11ShaderResourceView1 {
private:
  Com<DxvkImageView> m_view;  // Vulkan图像视图
  Com<ID3D11Resource> m_resource;  // 关联的D3D资源
};

2.2 纹理视图创建流程

DXVK创建D3D视图时，需完成以下关键步骤：

格式转换：将D3D格式映射为Vulkan格式

// D3D11_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM -> VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
VkFormat vkFormat = d3d11::ConvertFormat(desc.Format);

子资源范围映射：将D3D的D3D11_TEX2D_SRV描述转换为Vulkan的VkImageSubresourceRange

VkImageSubresourceRange range = {
  .aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT,
  .baseMipLevel = srvDesc.Texture2D.MipLevels,
  .levelCount = srvDesc.Texture2D.MipLevels,
  .baseArrayLayer = srvDesc.Texture2D.ArraySize,
  .layerCount = srvDesc.Texture2D.ArraySize
};

VkImageView创建：调用Vulkan API创建图像视图

VkImageViewCreateInfo viewInfo = {
  .sType = VK_STRUCTURE_TYPE_IMAGE_VIEW_CREATE_INFO,
  .image = texture->GetImage()->handle(),
  .viewType = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D,
  .format = vkFormat,
  .subresourceRange = range
};

VkImageView view;
vkCreateImageView(device->GetVkDevice(), &viewInfo, nullptr, &view);

三、跨API资源共享的关键技术

3.1 多视图类型映射

DXVK支持将同一D3D资源映射为多种Vulkan视图类型，核心实现位于DxvkImageView类：

const DxvkDescriptor* DxvkImageView::getDescriptor(VkImageViewType viewType) {
  std::lock_guard<dxvk::mutex> lock(m_mutex);
  
  // 检查是否已有对应类型的视图
  auto it = m_descriptors.find(viewType);
  if (it != m_descriptors.end())
    return &it->second;
    
  // 创建新的视图描述符
  DxvkDescriptor desc;
  desc.imageView = createView(viewType);
  desc.imageLayout = m_info.layout;
  
  m_descriptors.insert({viewType, desc});
  return &m_descriptors[viewType];
}

支持的主要视图类型映射：

D3D视图类型	Vulkan视图类型	用途场景
D3D11_SRV_TEXTURE2D	VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D	2D纹理采样
D3D11_SRV_TEXTURE2DARRAY	VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D_ARRAY	2D纹理数组采样
D3D11_RTV_TEXTURE2D	VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D	渲染目标输出
D3D11_DSV_TEXTURE2D	VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D	深度模板测试

3.2 格式兼容性处理

DXVK通过DxvkFormatInfo结构处理跨API格式兼容性：

// 格式转换示例：D3D11_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT -> VK_FORMAT_R32G32B32A32_SFLOAT
VkFormat ConvertFormat(DXGI_FORMAT format) {
  switch (format) {
    case DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT:
      return VK_FORMAT_R32G32B32A32_SFLOAT;
    // 其他格式映射...
  }
}

对于Vulkan不直接支持的D3D格式，DXVK采用格式模拟策略：

例如DXGI_FORMAT_R10G10B10A2_UNORM通过VK_FORMAT_A2B10G10R10_UNORM_PACK32模拟
利用Vulkan的格式转换功能在渲染管线中自动处理格式差异

3.3 资源状态管理

Vulkan要求显式管理图像布局转换，DXVK通过DxvkContext::transitionImageLayout实现自动化状态管理：

void DxvkContext::transitionImageLayout(
  const Rc<DxvkImage>&            image,
  VkImageLayout                   newLayout) {
  VkImageLayout oldLayout = image->info().layout;
  
  if (oldLayout == newLayout)
    return;
    
  // 记录图像布局转换屏障
  VkImageMemoryBarrier barrier = {
    .sType = VK_STRUCTURE_TYPE_IMAGE_MEMORY_BARRIER,
    .oldLayout = oldLayout,
    .newLayout = newLayout,
    .image = image->handle(),
    .subresourceRange = image->info().subresources,
    .srcAccessMask = getAccessMask(oldLayout),
    .dstAccessMask = getAccessMask(newLayout)
  };
  
  vkCmdPipelineBarrier(
    m_cmd,
    getPipelineStageMask(oldLayout),
    getPipelineStageMask(newLayout),
    0, 0, nullptr, 0, nullptr, 1, &barrier);
    
  image->setLayout(newLayout);
}

常见的图像布局转换路径：

VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED → VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL（初始数据传输）
VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL → VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL（转为SRV）
VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL → VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL（转为RTV）

四、实战分析：DXVK纹理视图实现代码

4.1 D3D11Texture2D的Vulkan封装

在src/d3d11/d3d11_texture.cpp中，DXVK实现了D3D11Texture2D类对Vulkan图像的封装：

D3D11Texture2D::D3D11Texture2D(
    D3D11Device*                pDevice,
    const D3D11_TEXTURE2D_DESC* pDesc,
    const D3D11_SUBRESOURCE_DATA* pInitialData)
  : D3D11DeviceChild<ID3D11Texture2D1>(pDevice),
    m_desc(*pDesc) {
  // 创建Vulkan图像
  DxvkImageCreateInfo info;
  info.type = VK_IMAGE_TYPE_2D;
  info.format = ConvertFormat(pDesc->Format);
  info.extent = { pDesc->Width, pDesc->Height, 1 };
  info.mipLevels = pDesc->MipLevels;
  info.arrayLayers = pDesc->ArraySize;
  info.usage = VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_DST_BIT | 
               VK_IMAGE_USAGE_SAMPLED_BIT | 
               VK_IMAGE_USAGE_COLOR_ATTACHMENT_BIT;
  info.stages = VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT | 
                VK_PIPELINE_STAGE_FRAGMENT_SHADER_BIT |
                VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT;
  info.access = VK_ACCESS_TRANSFER_WRITE_BIT | 
                VK_ACCESS_SHADER_READ_BIT |
                VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT;
  
  m_image = pDevice->GetDXVKDevice()->createImage(info);
  
  // 上传初始数据
  if (pInitialData) {
    uploadInitialData(pDevice, pInitialData);
  }
}

4.2 ShaderResourceView的创建过程

在src/d3d11/d3d11_view_srv.cpp中，D3D11ShaderResourceView的创建过程展示了如何将D3D视图参数转换为Vulkan图像视图：

HRESULT D3D11Device::CreateShaderResourceView(
    ID3D11Resource*               pResource,
    const D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC* pDesc,
    ID3D11ShaderResourceView**    ppSRView) {
  // 验证资源类型
  D3D11_RESOURCE_DIMENSION resourceDim;
  pResource->GetType(&resourceDim);
  
  if (resourceDim != D3D11_RESOURCE_DIMENSION_TEXTURE2D)
    return E_INVALIDARG;
    
  // 获取D3D纹理对象
  auto texture = static_cast<D3D11Texture2D*>(pResource);
  
  // 创建Vulkan图像视图
  DxvkImageViewCreateInfo viewInfo;
  viewInfo.type = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D;
  viewInfo.format = ConvertFormat(pDesc->Format);
  viewInfo.aspect = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT;
  viewInfo.minLevel = pDesc->Texture2D.MostDetailedMip;
  viewInfo.numLevels = pDesc->Texture2D.MipLevels;
  viewInfo.minLayer = 0;
  viewInfo.numLayers = 1;
  
  Rc<DxvkImageView> view = texture->GetImage()->createView(viewInfo);
  
  // 创建D3D视图对象
  *ppSRView = ref(new D3D11ShaderResourceView(this, pResource, view, pDesc));
  return S_OK;
}

4.3 跨API资源共享示例

在src/d3d11/d3d11_context.cpp中，CopyResource实现展示了如何通过纹理视图实现资源复制：

void D3D11CommonContext::CopyResource(
    ID3D11Resource*               pDstResource,
    ID3D11Resource*               pSrcResource) {
  // 获取源和目标纹理
  auto dstTexture = static_cast<D3D11Texture2D*>(pDstResource);
  auto srcTexture = static_cast<D3D11Texture2D*>(pSrcResource);
  
  // 获取Vulkan图像
  Rc<DxvkImage> dstImage = dstTexture->GetImage();
  Rc<DxvkImage> srcImage = srcTexture->GetImage();
  
  // 确保图像布局正确
  transitionImageLayout(dstImage, VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL);
  transitionImageLayout(srcImage, VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL);
  
  // 执行图像复制
  VkImageCopy region;
  region.srcSubresource.aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT;
  region.srcSubresource.mipLevel = 0;
  region.srcSubresource.baseArrayLayer = 0;
  region.srcSubresource.layerCount = 1;
  region.srcOffset = { 0, 0, 0 };
  region.dstSubresource = region.srcSubresource;
  region.dstOffset = { 0, 0, 0 };
  region.extent = { 
    srcImage->info().extent.width,
    srcImage->info().extent.height,
    1 
  };
  
  vkCmdCopyImage(
    m_cmd,
    srcImage->handle(), VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL,
    dstImage->handle(), VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL,
    1, &region);
    
  // 恢复目标图像布局
  transitionImageLayout(dstImage, VK_IMAGE_LAYOUT_GENERAL);
}

五、性能优化与最佳实践

5.1 视图缓存策略

DXVK通过缓存图像视图避免重复创建开销：

const DxvkDescriptor* DxvkImage::getDescriptor(VkImageViewType viewType) {
  std::lock_guard<dxvk::mutex> lock(m_mutex);
  
  auto it = m_descriptors.find(viewType);
  if (it != m_descriptors.end())
    return &it->second;
    
  // 创建新视图并缓存
  DxvkDescriptor desc;
  desc.imageView = createView(viewType);
  desc.imageLayout = m_info.layout;
  
  m_descriptors.insert({viewType, desc});
  return &m_descriptors[viewType];
}

5.2 布局转换优化

DXVK通过跟踪图像当前布局，避免不必要的布局转换：

void DxvkContext::transitionImageLayout(
    const Rc<DxvkImage>&            image,
    VkImageLayout                   newLayout,
    VkImageSubresourceRange         subresources) {
  VkImageLayout oldLayout = image->layout();
  
  if (oldLayout == newLayout)
    return;
    
  // 执行必要的布局转换...
}

5.3 多视图资源的内存优化

对于数组纹理和MIP链，DXVK通过子资源范围精确控制视图可见性：

// 创建数组纹理视图
viewInfo.type = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D_ARRAY;
viewInfo.minLayer = 5;
viewInfo.numLayers = 3;  // 仅映射数组中的3个纹理

六、总结与展望

DXVK的纹理视图机制通过精妙的API映射和资源管理，在Vulkan架构下成功实现了D3D的资源共享模型。核心启示包括：

接口适配层设计：通过中间层隔离D3D和Vulkan的API差异，实现平滑映射
显式资源管理：借鉴Vulkan的显式控制思想，提升资源利用效率
缓存与复用：通过视图缓存和状态跟踪，减少API调用开销

未来优化方向：

引入Vulkan 1.2的VK_EXT_image_view_min_lod扩展，增强MIP控制灵活性
利用VK_EXT_descriptor_buffer减少视图创建开销
实现更智能的布局转换预测，进一步提升渲染性能

通过理解DXVK的纹理视图实现，开发者不仅能深入掌握跨API资源管理技术，更能为其他图形API封装项目提供宝贵参考。DXVK作为开源项目的典范，其设计思想值得所有图形开发人员学习和借鉴。

【免费下载链接】dxvk Vulkan-based implementation of D3D9, D3D10 and D3D11 for Linux / Wine 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/dx/dxvk

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考