Windows Graphics Capture (WGC) 屏幕捕获简介
简介
Windows.Graphics.Capture 是微软在 Windows 10 1903 新增的一套官方"屏幕捕获（屏幕录制）API"。它是 WinRT API（Windows Runtime），可以在 C++、C#、Rust 等语言中使用。
相比传统的 GDI 截屏、DXGI Desktop Duplication，WGC 具有以下优势：
官方支持，兼容性好
性能优秀，GPU 加速
原生支持HDR
支持窗口和显示器捕获
WGC 完整使用流程
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ WGC 捕获流程 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 1. 创建 D3D11 Device │
│ D3D11CreateDevice() + BGRA_SUPPORT │
│ ↓ │
│ 2. 获取捕获目标 │
│ GraphicsCaptureItem (窗口/显示器) │
│ ↓ │
│ 3. 创建 FramePool │
│ Direct3D11CaptureFramePool::Create() │
│ ↓ │
│ 4. 创建 CaptureSession │
│ framePool.CreateCaptureSession(item) │
│ ↓ │
│ 5. 注册帧回调 │
│ framePool.FrameArrived += OnFrameArrived │
│ ↓ │
│ 6. 开始捕获 │
│ session.StartCapture() │
│ ↓ │
│ 7. 处理帧数据 │
│ frame = framePool.TryGetNextFrame() │
│ ↓ │
│ 8. 停止捕获 │
│ session.Close() / framePool.Close() │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
基础概念 Q&A
Win32 与 WinRT 的区别
Win32
WinRT
Windows 最传统、最基础的系统 API
现代 Windows Runtime API
使用 C/C++ 接口，C# 可通过 P/Invoke 调用
可使用 C++/WinRT、C# 调用
控制台程序、DLL 项目默认是 Win32
Win32 程序中可使用 C++/WinRT 调用 WinRT
具备系统级能力，权限最大
有沙箱机制，不能做强力系统操作
WPF 与 UWP 的区别
WPF（Windows Presentation Foundation）：基于 .NET、XAML，用于构建桌面 UI 的 C# 框架
UWP（Universal Windows Platform）：使用 WinRT 作为底层的一种 App 类型，主要使用 C# 开发
核心组件详解
CaptureSession - 捕获生命周期控制器
使用 WGC 的重要步骤之一就是创建 CaptureSession，其功能是控制捕获的生命周期，是捕获的遥控器。
主要功能：
开始捕获 StartCapture()
停止捕获 Close()
设置是否显示红框 IsCursorCaptureEnabled
指定捕获目标（窗口/桌面）
Direct3D11CaptureFramePool - 帧数据入口
Direct3D11CaptureFramePool 是 WGC 捕获帧的唯一入口，用户只能通过它来获取 WGC 捕获的帧。
注意：虽然名字中有 Direct3D11，但它是 WGC 的组件，不是 D3D11 的。之所以叫这个名字是因为输出帧是 D3D11 Texture。
核心特性：
这是一个 FIFO 队列
队列满时，新帧会被丢弃
保证系统捕获线程永远不会被用户代码阻塞
WGC 捕获数据流：
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系统捕获到新帧
↓
FramePool 内部存储该帧（最多 N 帧）
↓
触发 FrameArrived 回调
↓
用户调用 TryGetNextFrame() 获取帧
FramePool 的两种创建方式
方法
特点
适用场景
Create()
需要 DispatcherQueue，FrameArrived 在当前线程触发
有 UI 消息循环的应用
CreateFreeThreaded()
不需要 DispatcherQueue，回调在 FramePool 内部线程触发
后台服务、无 UI 应用
CreateFreeThreaded 注意事项：
如果回调函数耗时，不会影响系统底层 GPU 生成帧
但会导致丢帧，影响捕获结果
GraphicsCaptureItem - 捕获目标句柄
GraphicsCaptureItem 表示你想让 Windows 进行屏幕捕获的目标对象，可以是：
一个窗口（HWND）
一个显示器（Monitor）
一个虚拟桌面区域（Windows 11）
一个 AppWindow（WinUI）
它不是纹理，不是帧，不是画面本身。它是一个 WinRT 对象（WinRT COM），用于告诉 WGC 你想捕获什么。
IDXGISwapChain3 - 交换链接口
交换链（SwapChain）是 Direct3D 应用用来：
存放渲染的帧（BackBuffer）
将 BackBuffer 显示到屏幕（Present）
管理帧之间的切换（swap / flip）
如果不需要将捕获的帧渲染出来，就不需要 IDXGISwapChain3。
窗口录制 vs 显示器录制
特性
窗口录制
显示器录制
捕获范围
单个窗口客户区
整个显示器
性能开销
较低
较高
DPI 感知
自动处理
需要处理
隐私保护
仅捕获窗口内容
捕获所有可见内容
适用场景
单应用录制、远程桌面
全屏录制、直播推流
窗口大小变化处理：
当捕获的窗口大小改变时，需要重建 FramePool：
cpp
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void OnItemClosed(GraphicsCaptureItem const&, IInspectable const&)
{
// 窗口关闭时的处理
}
// 监听窗口大小变化
item.Closed({ this, &OnItemClosed });
// 窗口大小变化时需要：
// 1. 关闭旧的 FramePool
// 2. 使用新的尺寸创建 FramePool
// 3. 重新创建 CaptureSession
帧率控制与丢帧处理
FramePool 缓冲区大小
cpp
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// 创建 FramePool 时指定缓冲区大小
auto framePool = Direct3D11CaptureFramePool::Create(
device,
DirectXPixelFormat::B8G8R8A8UIntNormalized,
2, // 缓冲区大小：建议 2-3 帧
item.Size()
);
缓冲区大小选择建议：
1 帧：最低延迟，但容易丢帧
2-3 帧：平衡延迟和稳定性，推荐
4+ 帧：更稳定，但延迟增加
丢帧原因分析
原因
解决方案
回调处理时间过长
优化帧处理逻辑，减少回调内工作量
缓冲区过小
适当增加 FramePool 缓冲区大小
GPU 负载过高
降低分辨率或帧率
内存不足
及时释放帧资源，避免内存累积
帧率限制方案
如果需要限制捕获帧率（如 30fps），可以在回调中控制：
cpp
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std::chrono::steady_clock::time_point lastFrameTime;
const auto frameInterval = std::chrono::milliseconds(33); // ~30fps
void OnFrameArrived(Direct3D11CaptureFramePool const& sender, IInspectable const&)
{
auto now = std::chrono::steady_clock::now();
if (now - lastFrameTime < frameInterval)
{
// 跳过此帧
auto frame = sender.TryGetNextFrame();
return; // 帧会自动释放
}
lastFrameTime = now;
// 正常处理帧
auto frame = sender.TryGetNextFrame();
ProcessFrame(frame);
}
高级特性
Dirty Region 机制
Dirty Region（脏矩形）：每一帧窗口可能只有一部分变化，这些变化的区域就叫 Dirty Region。
通过 TryGetNextFrame() 拿到的永远是一张完整的 2D 纹理。开启 Dirty Region 后，系统会通过其他字段告诉你哪些地方发生了变化，你可以选择是否使用这个信息进行优化。
HDR 兼容性
在创建 FramePool 时指定格式：
cpp
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// SDR 格式（推荐，兼容性好）
DirectXPixelFormat::B8G8R8A8UIntNormalized
// HDR 格式
DirectXPixelFormat::R16G16B16A16Float
如果捕获 HDR 内容但指定 SDR 格式，WGC 会在内部进行格式转换，你拿到的帧永远是创建时指定的格式。
D3D11 Device 创建详解
D3D11CreateDevice 函数原型
cpp
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HRESULT D3D11CreateDevice(
IDXGIAdapter* pAdapter, // 显卡适配器，nullptr = 默认
D3D_DRIVER_TYPE DriverType, // 驱动类型
HMODULE Software, // 软件光栅化 DLL，通常 nullptr
UINT Flags, // 创建标志
const D3D_FEATURE_LEVEL* pFeatureLevels, // Feature Level 列表
UINT FeatureLevels, // Feature Level 数量
UINT SDKVersion, // SDK 版本，固定 D3D11_SDK_VERSION
ID3D11Device** ppDevice, // 输出设备
D3D_FEATURE_LEVEL* pFeatureLevel, // 输出实际 Feature Level
ID3D11DeviceContext** ppImmediateContext // 输出上下文
);
驱动类型
枚举值
说明
D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE
使用 GPU 硬件加速（正常使用）
D3D_DRIVER_TYPE_WARP
CPU 模拟 GPU，无 GPU 时保证可用
D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE
官方参考驱动，调试用，极慢
创建标志
Flag
作用
D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT
支持 BGRA 格式，WGC 必须开启
D3D11_CREATE_DEVICE_VIDEO_SUPPORT
启用视频处理能力（颜色转换、缩放等）
D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG
启用 D3D 调试层
推荐组合：
cpp
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auto flags = D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT
| D3D11_CREATE_DEVICE_VIDEO_SUPPORT;
示例代码
cpp
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winrt::com_ptr
{
winrt::com_ptr
UINT flags = D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT;
// 优先使用硬件加速
HRESULT hr = D3D11CreateDevice(
nullptr,
D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,
nullptr,
flags,
nullptr, 0,
D3D11_SDK_VERSION,
device.put(),
nullptr, nullptr
);
// 回退到 WARP
if (hr == DXGI_ERROR_UNSUPPORTED)
{
hr = D3D11CreateDevice(
nullptr,
D3D_DRIVER_TYPE_WARP,
nullptr, flags,
nullptr, 0,
D3D11_SDK_VERSION,
device.put(),
nullptr, nullptr
);
}
winrt::check_hresult(hr);
return device;
}
GraphicsCapturePicker
GraphicsCapturePicker 是 Windows 提供的系统 UI 选择器，让用户选择要捕获的窗口或显示器。
类似于文件选择器，但它是窗口/屏幕选择器。
注意事项：
需要 UI 线程和窗口句柄
不适合纯后台库使用
可考虑自行实现窗口枚举和选择 UI
项目依赖配置
NuGet 包（packages.config）
xml
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必需的链接库
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windowsapp.lib // WinRT API 支持
d3d11.lib // Direct3D 11
dxgi.lib // DXGI
实际踩坑经验
1. 链接错误：无法解析的外部符号 SetRestrictedErrorInfo
原因： 缺少 WinRT 链接库
解决方案： 在附加依赖库中添加 windowsapp.lib
2. 预编译头注意事项
如果项目使用了预编译头（pch.h），确保：
所有 .cpp 文件在最前面 include pch.h
或者项目设置中正确配置了预编译头选项
3. 窗口大小变化处理
捕获过程中窗口大小改变时：
旧的 FramePool 需要关闭
使用新尺寸重新创建 FramePool
重新创建 CaptureSession
4. 内存管理
每个帧用完后及时释放
使用 RAII 智能指针管理资源
避免在回调中分配大量内存
5. 线程安全
Create() 方式的回调在 UI 线程
CreateFreeThreaded() 回调在工作线程
注意多线程访问共享资源时的同步
参考资料
微软官方文档 - 屏幕捕获
官方示例 - ScreenCaptureforHWND
Win32CaptureSample
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