by fanxiushu 2020-05-20 轉載或引用請注明原始作者。

有人詢問我是否可以實現這樣一種功能：
對windows輸出的每一幀圖像數據顯示做一些特殊處理（比如球形桌面，曲面化等特效），然后再顯示到顯示器上。
而且還不止一個人這樣咨詢過，雖然我不大清楚這種需求具體用在何處，估計也是一些特殊場所。

這種需求，最先想到的，也最直觀的想法就是能否給顯卡驅動添加一個過濾驅動，然后攔截圖像數據，然后再做些特殊處理。
可惜想法是美好的，卻是難以實現的，甚至是不大可能實現的。
首先windows中就沒顯卡過濾驅動一說。雖然windows許多的設備驅動程序，都有對應的過濾驅動，但是顯卡驅動是個特例。
這是顯卡驅動復雜性造成的，
顯卡處理的本身就是數據量龐大的圖像數據，少量數據是在系統內存中處理，大部分都是直接在顯存中處理的。
如果給顯卡驅動再掛載過濾驅動，獲得的圖像數據是繼續在GPU中處理呢，還是運到CPU中處理呢，
系統中的軟件絕大部分都需要借助CPU才能工作，這樣就不得不把圖像數據從顯存搬到內存，處理完成之后再次搬到顯存中，
這樣不是沒事找事么，這樣的結果就是顯示效率極其低下。
再說windows繪圖是多方位的，顯存中存儲了多個windows窗口的圖像數據，假設存在這么一個總的“framebuffer”，
由windows的dwm.exe窗口管理程序根據繪圖變化情況，動態的把這些windows窗口數據合并到 “framebuffer”中，
再根據顯示器的刷新率，比如每秒60HZ刷新率，
也就是大約16毫秒dwm.exe就再次把 “framebuffer” 中數據通過HDMI,DisplayPort等顯示接口輸出到顯示器中，
這個速度都是極其快速的，基本都是利用顯卡硬件在操作。
如果在其中硬插一桿，來個顯卡過濾驅動，要我們通過軟件方式轉換變形一下 ”framebuffer“中的圖像數據，這不是嚴重破壞顯示速度么！

有人說windows中沒有顯卡過濾驅動，我們可以利用HOOK手段，自己制造一個”顯卡過濾驅動“啊，確實可以這樣做。
我CSDN上的文章也也介紹過這方面的內容：
https://blog.csdn.net/fanxiushu/article/details/82731673? WIN7以上系統WDDM虛擬顯卡開發（WDDM Filter/Hook Driver 顯卡過濾驅動開發之一）
但是這種HOOK，大部分都是用于制造一個額外的虛擬顯示器，
因為在WIN10之前（WIN7,WIN8)，是沒法通過通用的編程方式生成額外顯示器。
即使不生成額外顯示器，通過HOOK DRIVER_INITIALIZATION_DATA結構里邊的 DxgkDdiSetVidPnSourceAddress 回調函數，獲取到
圖像渲染的顯存地址索引，再配合 HOOK DxgkddiQueryadapterinfo 回調函數，從而獲取圖像渲染的真正的顯存的物理地址，
可是獲取到這些顯存地址能干嘛？ 而且對于FLIP翻轉渲染，這些地址都是動態變化的。
如果是單純截屏，我們還得想辦法把這個圖像數據，從顯存搬運到內存中，這樣做的效果還不如GDI截屏來的簡潔和有效。
如果是攔截，這事就更大了，這段顯存地址不是我們能控制的，沒辦法像水龍頭那樣能截流。
即便能攔截，我們也會面臨同樣的問題：是在GPU中處理呢，還是在CPU中處理呢?
要獲得更好的處理自由度，就不得不使用CPU，把數據搬運到內存中處理，處理完成再次搬運回到顯存。這樣的效果誰能接受？

或許我們在應用層中，打dwm.exe程序的主意，dwm.exe是桌面管理程序，WIN8以上下圖，dwm.exe是強制運行的。
主要功能是對桌面圖像進行管理，比如多種窗口合成，各種繪圖庫的生成的圖像合成，dwm.exe大部分時間任然是直接操作顯存中的圖像。
也許我們通過dwm.exe里邊的某些未知接口函數，攔截到圖像數據，
但是因為是“未知接口”，因此誰知道究竟該攔截哪些呢？我也不是專門搞破解的。
再說，即便攔截成功了，也是同樣的問題：是在GPU中處理呢，還是搬運到CPU中處理？

或許我們從更底層實現這種特殊需求，就是在顯卡的輸出接口，
比如HDMI，DisplayPort接口的地方，再插入一個我們制造的特殊硬件設備，這個硬件設備攔截HDMI，DP顯示接口的圖像數據流，
做些轉換再發送到顯示器。
但是這種做法就是純硬件的做法了，已經與具體的操作系統沒啥關系。這也不是本文描述的范圍了。

我們也可以找到具體的顯卡制造廠商，讓他們在驅動和顯卡中集成這種特殊需求，
但是這是具體的定制需求，也不是本文討論的范圍。

在CSDN上，專門介紹過windows10以上平臺的Indirect Display Driver 虛擬顯卡驅動。
https://blog.csdn.net/fanxiushu/article/details/93524220
Windows遠程桌面開發之九-虛擬顯示器（Windows 10 Indirect Display 虛擬顯示器驅動開發）

當時的目的是為了給windows增加一個額外的虛擬顯示器，以方便xdisp_virt遠程控制程序使用擴展桌面效果。
然而 Indirect Display Driver 的實際用處，卻不單是這樣。
它的用處是給電腦增加一個其他接口，比如USB接口，來增加一個新的顯示器。還比如Miracast無線接口的顯示器。
這些都需要增加一個虛擬顯示器驅動，然后把windows桌面圖像輸出到這些顯示器中。
有些人把USB接口輸出到顯示器的設備，稱作USB外置顯卡，其實不是"顯卡", ? 嚴格來說就是個擴展塢。
真正的顯卡功能還是電腦內部插上的那塊顯卡。
那為何不制造真正的外置顯卡呢？ 首先就是接口速度跟不上。
現在電腦內插的獨立顯卡大都是 PCI-E 2.0 X16 接口的，X16代表速度，能達到 16GB/s 的速度，注意是字節，換算成位的話是 128 Gbps 。
我們再來看看電腦外接接口的速度：
USB3.0 ?? 5 Gbps
USB3.1?? 10Gbps
USB3.2??? 20Gbps
USB4.0??? 40Gbps (4.0標準正在指定中，這是據稱的速度)
雷電3 ? ??? 40Gbps
HDMI2.0? 18Gbps
HDMI2.1?? 48Gbps
DP1.4? ? ? ?32.4Gbps
DP2.0? ? ? ?80Gbps

這些外置接口算是電腦外置接口速度中最快的了，除了DP2.0 勉強能與PCI-E 2.0 X8相比較外，其他都無法比較，
因此目前的情況來看，實現真正的外置顯卡還不大現實。
但是作為擴展塢，還是可行的。我們做個簡單計算（實際速度會有少許差別）：

1920X1080，32位真彩色，60HZ每秒的刷新率，需要多大的傳輸帶寬：
1920*1080* 4 * 60* 8 = 3,996,057,600 bps = 3.7 Gbps,? USB3.0接口就能勝任這個速度。
如果是 120HZ的刷新率（比如有些刷新率），需要 3.7*2=7.4Gbps，需要USB3.1以上才可以。

至于 4K 顯示器， 60HZ刷新率：
3840*2169*4*60*8 = 14.9 Gbps, 這個需要 USB3.2以上才能支持。
120HZ刷新率， 需要 14.9=30Gbps，這個需要USB4.0以上或雷電3以上才能支持。

至于8K顯示器，60HZ刷新率：
7680*4320*4*60*8 = 60Gbps, 這個目前來說，就只有DP2.0才能支持了。

列舉了這些數據，與我們文章最開頭提到的需要實現特殊功能有何用處？
其實就是我們完全可以使用Indirect Display Driver驅動，實現一個USB顯卡擴展塢的顯示器。
然后在Indirect Display驅動中實現我們需要的各種效果（比如球面化桌面，曲面化桌面等）。這是目前最好的選擇。
因為 Indirect Display驅動是UMD驅動，也就是應用層驅動，圖像數據的處理截取全都在應用層。
我們完全可以在Indirect Display驅動中使用DirectX做GPU加速的圖像處理，或者實現CPU加速方式的各種圖像轉換，等等。
而這些圖像處理都是非常方便的，而且也是高效的。
再把轉換好的圖像數據輸入給USB接口。
我們需要制造一個專門的USB接口的設備，因為現在顯示器大都是ＨＤＭＩ或DisplayPort接口的，所以增加一個接口轉換硬件。
相信這對硬件工程師來說，都是容易辦到的。這也花不了多少成本。
顯示器接到這個簡單的硬件設備上，而真正的顯卡不需要接任何顯示器。
這樣windows10系統，就只會把我們這個USB擴展塢接的顯示器當成主顯示器，也是唯一的顯示器。
（當然這樣的顯示器，windows的啟動過程是看不到的，是黑屏的。但是如果不在意或者不出BUG，估計也不會去關心。）
這樣文章開頭提到的特殊效果自然就能實現了。
其實像DuetDIsplay，DisplayLink這些專門做擴展顯示器的，把他們的思路稍微轉換一下，
在生成的虛擬顯示器驅動中，增加對這些桌面輸出圖像特效的處理，自然就能滿足文章開頭提到的特殊需求。

上面介紹的是使用一個實實在在的USB硬件設備來達到這種特殊效果，
有沒有不使用任何額外的硬件設備，就利用現成的硬件來達到這種效果呢？
這也是提問者的最終目的，不需要另外制造硬件，但是也要達到這種特殊效果。
其實利用Indirect Display驅動也可以辦到，就是不大完美，但是這也是一個解決辦法：
windows10系統利用Indirect display 驅動生成一個不需要任何硬件的虛擬顯示器，然后再利用電腦中一個真實的顯示器。
這樣系統中實際上有兩個顯示器，設置成分辨率大小一樣的成擴展顯示模式，讓虛擬顯示器成為主顯示器，
再然后運行一個程序，這個程序以全屏方式填充到真實顯示器中，并且這個程序截取虛擬顯示器內容并且顯示出來。
這樣看到的效果就是真實顯示器顯示的完全是虛擬顯示器的內容，這個程序再對截取到的虛擬顯示器的圖像數據做些轉換，
自然就能達到這種特殊效果。
至于說這種辦法不大完善，是因為系統中畢竟出現了兩個顯示器，而且還是擴展模式。
鼠標移動后很容易”飄“，不知道移到哪去了（其實是移動到別的顯示器上了）
還有就是新打開的程序也很容易跑到別的顯示器上面。因此還得開發一些額外的程序解決這些問題。

如果對這種辦法有興趣，可以自行去實現。至于Indirect Display驅動的開發問題。
可以直接借用我在GITHUB上xdisp_virt項目下的indirect_display目錄中的驅動。
https://github.com/fanxiushu/xdisp_virt
上面鏈接中的indirect_display目錄中有詳細安裝使用介紹。

其中的indirect_display-plug.exe程序是模擬插入虛擬顯示器。
而 indirect_display-image.exe程序則是顯示虛擬顯示器內容的程序。
這次我把indirect_display-image.exe稍微做些修改，把圖形數據做個球面化的效果，如下圖所示：
這個就是變形之后的虛擬桌面圖像，

然后把這個程序全屏化，就像下圖這樣：


如果不看最上面的遠程桌面抓屏圖像，就只看筆記本的屏幕效果，誰能知道其實就是簡單的兩個擴展桌面玩的把戲。
如果有興趣，可以直接使用我的Indirect Display驅動來實現類似功能，雖然 indirect_display-image.exe并沒公開如何獲取圖像數據源。
但是你可以使用DXGI的方式來截取虛擬桌面的圖像數據。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的WIN10系统 Indirect Display 虚拟显示器之特殊应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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