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Qt中10倍提升动态截屏及渲染60帧/秒

1. 理解模态窗口和非模态窗口
   在C++中，窗口的**模态（Modal）和非模态（Modeless）**显示是两种不同的对话框或窗口行为模式，主要区别体现在用户交互和程序流程控制上。以下是它们的核心区别：
   1. 模态窗口（Modal）
      阻塞父窗口：
      模态窗口会阻止用户与父窗口（或其他程序窗口）交互，直到该模态窗口关闭。例如，文件保存对话框通常是模态的。

同步执行：
代码会暂停在打开模态窗口的位置，等待窗口关闭后才继续执行后续逻辑。

常见用途：
必须用户响应的关键操作（如确认对话框、文件选择框等）。

实现方式：

1. Win32 API：DialogBox() 或 MessageBox()。
2. MFC：CDialog::DoModal()。
3. Qt：QDialog::exec()。

// Win32 模态对话框示例
DialogBox(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDD_DIALOG1), hParentWnd, DialogProc);// MFC 模态对话框
CMyDialog dlg;
dlg.DoModal(); // 阻塞在此，直到对话框关闭

2. 非模态窗口（Modeless）
   非阻塞父窗口：
   非模态窗口允许用户同时与父窗口和其他窗口交互，例如工具栏或查找替换对话框。

异步执行：
窗口打开后代码继续执行，不等待窗口关闭。

常见用途：
需要持续交互的辅助窗口（如工具面板、实时预览窗口等）。

实现方式：

1. Win32 API：CreateDialog() + 消息循环处理。

2. MFC：CDialog::Create() + ShowWindow()。

3. Qt：QDialog::show()。

// Win32 非模态对话框示例
HWND hDlg = CreateDialog(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDD_DIALOG1), hParentWnd, DialogProc);
ShowWindow(hDlg, SW_SHOW);// MFC 非模态对话框
CMyDialog* pDlg = new CMyDialog();
pDlg->Create(IDD_DIALOG1, this);
pDlg->ShowWindow(SW_SHOW);

2. 动态截屏为什么不能直接使用grabWindow

WId targetWid = reinterpret_cast(hwnd);
QPixmap windowPixmap = screen->grabWindow(targetWid); 通个该方法获取程序界面 但是单击程序子对象 会弹出非模态窗口显示的界面 无法被截取到.

3. 合成截屏方案【低效】
   解决方案：捕获所有子窗口并合成图像
4. 获取目标窗口及其所有子窗口
   使用Windows API遍历目标窗口的所有子窗口（包括非模态弹窗）：

#include <windows.h>
#include <vector>// 回调函数枚举所有子窗口
BOOL CALLBACK EnumChildProc(HWND hwnd, LPARAM lParam) {std::vector<HWND>* handles = reinterpret_cast<std::vector<HWND>*>(lParam);if (IsWindowVisible(hwnd)) { // 仅处理可见窗口handles->push_back(hwnd);}return TRUE;
}std::vector<HWND> getAllChildWindows(HWND parent) {std::vector<HWND> children;EnumChildWindows(parent, EnumChildProc, reinterpret_cast<LPARAM>(&children));return children;
}

2. 截取每个窗口的内容
   对主窗口和每个子窗口分别截图，并记录其屏幕位置：

#include <QScreen>
#include <QGuiApplication>
#include <QWindow>QPixmap captureWindowWithChildren(WId targetWid) {QScreen* screen = QGuiApplication::primaryScreen();HWND hwnd = reinterpret_cast<HWND>(targetWid);// 获取主窗口截图QPixmap mainPixmap = screen->grabWindow(targetWid);// 获取所有子窗口std::vector<HWND> childHandles = getAllChildWindows(hwnd);// 遍历子窗口并截图for (HWND childHwnd : childHandles) {WId childWid = reinterpret_cast<WId>(childHwnd);QWindow* childWindow = QWindow::fromWinId(childWid);if (childWindow) {// 获取子窗口在屏幕中的位置RECT rect;GetWindowRect(childHwnd, &rect);QPoint childPos(rect.left, rect.top);// 截取子窗口内容QPixmap childPixmap = screen->grabWindow(childWid);// 将子窗口内容绘制到主截图中QPainter painter(&mainPixmap);painter.drawPixmap(childPos - mainPixmap.rect().topLeft(), childPixmap);}}return mainPixmap;
}

3. 处理窗口层级和覆盖
   若子窗口有重叠，需按Z序（从底到顶）绘制，确保正确覆盖：

// 修改回调函数获取Z序列表
std::vector<HWND> getAllChildWindowsOrdered(HWND parent) {std::vector<HWND> children;HWND hwnd = GetWindow(parent, GW_CHILD);while (hwnd) {if (IsWindowVisible(hwnd)) {children.push_back(hwnd);}hwnd = GetWindow(hwnd, GW_HWNDNEXT); // 按Z序获取}return children;
}

4. 使用高级API处理复杂内容
   对使用DirectComposition或透明效果的窗口，使用PrintWindow API：

QPixmap captureWithPrintWindow(HWND hwnd) {RECT rect;GetWindowRect(hwnd, &rect);int width = rect.right - rect.left;int height = rect.bottom - rect.top;QImage image(width, height, QImage::Format_ARGB32);HDC hdc = GetWindowDC(hwnd);HDC memdc = CreateCompatibleDC(hdc);HBITMAP hbitmap = CreateCompatibleBitmap(hdc, width, height);SelectObject(memdc, hbitmap);// 使用 PW_RENDERFULLCONTENT 捕获所有内容（Windows 8+）PrintWindow(hwnd, memdc, PW_RENDERFULLCONTENT);BITMAPINFOHEADER bi = { sizeof(BITMAPINFOHEADER), width, height, 1, 32, BI_RGB };GetDIBits(memdc, hbitmap, 0, height, image.bits(), (BITMAPINFO*)&bi, DIB_RGB_COLORS);DeleteObject(hbitmap);DeleteDC(memdc);ReleaseDC(hwnd, hdc);return QPixmap::fromImage(image);
}

完整调用示例

// 主函数调用
HWND targetHwnd = ...; // 目标窗口句柄
WId targetWid = reinterpret_cast<WId>(targetHwnd);
QPixmap result = captureWindowWithChildren(targetWid);
result.save("capture.png");

关键注意事项
窗口可见性检查：通过IsWindowVisible过滤隐藏窗口。

坐标转换：确保子窗口位置相对于主窗口正确偏移。

性能优化：若窗口频繁更新，考虑缓存或增量截图。

DPI适配：处理高DPI缩放，使用GetDpiForWindow和Qt::AA_EnableHighDpiScaling。

通过上述方法，可确保非模态子窗口的内容被正确捕获并合成到主截图中。

3. 通个直接访问显卡内存高效完成操作**[高效方案设计思路]**
   3.1. 使用DXGI Desktop Duplication API
   直接捕获整个屏幕的帧，避免逐个窗口截图，利用GPU加速。

3.2基于窗口位置裁剪区域
通过目标窗口及其子窗口的屏幕坐标，从全屏帧中提取所需内容。

3.3多线程缓存与合成
主线程捕获全屏帧，子线程处理坐标计算和图像裁剪，减少单帧延迟。

步骤1：初始化DXGI捕获（仅需一次）

#include <dxgi1_2.h>
#include <d3d11.h>ID3D11Device* d3dDevice = nullptr;
ID3D11DeviceContext* d3dContext = nullptr;
IDXGIOutputDuplication* duplication = nullptr;bool initDxgiCapture() {// 创建D3D设备D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;HRESULT hr = D3D11CreateDevice(nullptr, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, nullptr, 0,nullptr, 0, D3D11_SDK_VERSION, &d3dDevice, &featureLevel, &d3dContext);if (FAILED(hr)) return false;// 获取DXGI输出IDXGIOutput* output;IDXGIAdapter* adapter;DXGI_OUTPUT_DESC outputDesc;if (SUCCEEDED(d3dDevice->QueryInterface(__uuidof(IDXGIAdapter), (void**)&adapter))) {if (SUCCEEDED(adapter->EnumOutputs(0, &output))) {output->GetDesc(&outputDesc);IDXGIOutput1* output1;output->QueryInterface(__uuidof(IDXGIOutput1), (void**)&output1);output1->DuplicateOutput(d3dDevice, &duplication);output1->Release();}adapter->Release();}return duplication != nullptr;
}

步骤2：异步捕获全屏帧（每帧调用）

#include <QtConcurrent/QtConcurrent>QPixmap dxgiFrame; // 全局帧缓存
QMutex frameMutex;void captureFrameAsync() {QtConcurrent::run([&]() {DXGI_OUTDUPL_FRAME_INFO frameInfo;IDXGIResource* resource = nullptr;HRESULT hr = duplication->AcquireNextFrame(0, &frameInfo, &resource);if (hr == DXGI_ERROR_WAIT_TIMEOUT) return;if (SUCCEEDED(hr)) {ID3D11Texture2D* texture;resource->QueryInterface(__uuidof(ID3D11Texture2D), (void**)&texture);D3D11_TEXTURE2D_DESC desc;texture->GetDesc(&desc);desc.Usage = D3D11_USAGE_STAGING;desc.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_READ;ID3D11Texture2D* stagingTexture;d3dDevice->CreateTexture2D(&desc, nullptr, &stagingTexture);d3dContext->CopyResource(stagingTexture, texture);D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mapped;d3dContext->Map(stagingTexture, 0, D3D11_MAP_READ, 0, &mapped);QImage image(desc.Width, desc.Height, QImage::Format_RGBA8888);for (int y = 0; y < desc.Height; ++y) {memcpy(image.scanLine(y), (BYTE*)mapped.pData + y * mapped.RowPitch, desc.Width * 4);}d3dContext->Unmap(stagingTexture, 0);stagingTexture->Release();resource->Release();duplication->ReleaseFrame();QMutexLocker locker(&frameMutex);dxgiFrame = QPixmap::fromImage(image);}});
}

步骤3：实时裁剪目标窗口区域

// 缓存窗口位置（每100ms更新一次，避免频繁调用）
QTimer* updateTimer = new QTimer;
std::vector<QRect> windowRegions; // 主窗口和子窗口的区域updateTimer->start(100); // 100ms更新一次窗口位置
QObject::connect(updateTimer, &QTimer::timeout, [targetHwnd]() {HWND hwnd = reinterpret_cast<HWND>(targetHwnd);windowRegions.clear();// 主窗口区域RECT rect;GetWindowRect(hwnd, &rect);windowRegions.push_back(QRect(rect.left, rect.top, rect.right - rect.left, rect.bottom - rect.top));// 子窗口区域（遍历并过滤）EnumChildWindows(hwnd, [](HWND hwnd, LPARAM lParam) -> BOOL {if (IsWindowVisible(hwnd)) {RECT rect;GetWindowRect(hwnd, &rect);auto regions = reinterpret_cast<std::vector<QRect>*>(lParam);regions->push_back(QRect(rect.left, rect.top, rect.right - rect.left, rect.bottom - rect.top));}return TRUE;}, reinterpret_cast<LPARAM>(&windowRegions));
});// 合成最终图像（每帧调用）
QPixmap getTargetPixmap() {QMutexLocker locker(&frameMutex);if (dxgiFrame.isNull()) return QPixmap();QPixmap result(dxgiFrame.size());result.fill(Qt::transparent);QPainter painter(&result);for (const QRect& region : windowRegions) {painter.drawPixmap(region, dxgiFrame, region);}return result;
}

性能优化关键点

1. GPU加速捕获
   DXGI直接访问显存，比grabWindow或PrintWindow快10倍以上。

2. 异步线程模型
   分离捕获和合成线程，避免阻塞主循环。

3. 减少窗口位置更新频率
   每100ms更新一次窗口位置，而非每帧更新。

4. 内存复用
   复用全局QPixmap和纹理对象，避免重复分配内存。

注意事项
仅支持Windows 8+
DXGI Desktop Duplication需要较新的系统。

多显示器适配
需根据目标窗口所在显示器选择对应的IDXGIOutput。

管理员权限
部分系统要求进程具有管理员权限才能捕获其他窗口。

此方案通过底层API和异步处理，显著提升了截图性能，完全可满足60FPS需求。