如何通过Vulkan获取游戏运行时的Overlay表面以实现帧率计数器？

核心思路 #

要实现这类Overlay，本质是注入到目标游戏的Vulkan上下文，获取其设备、队列等核心资源，然后通过Hook游戏的渲染关键函数，插入自己的Overlay绘制逻辑，最终实现画面叠加效果。

具体步骤 #

1. 进程注入与Vulkan函数Hook #

• 先通过DLL注入（比如调用CreateRemoteThread）将工具代码注入目标游戏进程。
• Hook Vulkan核心函数，重点关注三个关键节点：
  • vkCreateInstance：捕获游戏创建的Vulkan实例句柄，可添加自定义调试回调辅助后续排查问题。
  • vkCreateDevice：获取游戏的VkDevice句柄，以及用于帧呈现的队列家族和VkQueue对象。
  • vkQueuePresentKHR：这是游戏帧提交呈现的终点，在这里插入Overlay绘制逻辑，同时可获取帧时间戳计算帧率。

2. 复用或创建Overlay的VkSurfaceKHR #

• 更高效的方式是复用游戏已有的VkSurfaceKHR：通过HookvkQueuePresentKHR直接拿到游戏要呈现的Surface，无需额外创建新表面，避免窗口层级冲突。
• 若需独立Surface，可基于游戏窗口句柄创建（以Windows平台为例）：

  VkWin32SurfaceCreateInfoKHR createInfo{};
  createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_WIN32_SURFACE_CREATE_INFO_KHR;
  createInfo.hwnd = gameWindowHandle; // 已获取的游戏窗口HWND
  createInfo.hinstance = GetModuleHandle(nullptr);
  
  VkSurfaceKHR overlaySurface;
  vkCreateWin32SurfaceKHR(instance, &createInfo, nullptr, &overlaySurface);
  

3. 构建Overlay渲染资源 #

• 基于游戏的VkDevice，创建匹配游戏参数的Swapchain：

  VkSwapchainCreateInfoKHR swapchainCreateInfo{};
  swapchainCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_SWAPCHAIN_CREATE_INFO_KHR;
  swapchainCreateInfo.surface = gameSurface; // 复用的游戏Surface
  swapchainCreateInfo.imageFormat = gameSwapchainFormat; // 匹配游戏Swapchain格式
  swapchainCreateInfo.imageExtent = gameSwapchainExtent; // 匹配游戏分辨率
  
  VkSwapchainKHR overlaySwapchain;
  vkCreateSwapchainKHR(device, &swapchainCreateInfo, nullptr, &overlaySwapchain);
  

• 创建自定义渲染通道、帧缓冲与管线：渲染通道需设置VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_LOAD，保留游戏原画面后再叠加UI元素。

4. 插入Overlay绘制逻辑 #

• 在Hook的vkQueuePresentKHR函数中，按以下流程执行：

  // 获取游戏要呈现的图像索引
  uint32_t imageIndex;
  vkAcquireNextImageKHR(device, gameSwapchain, UINT64_MAX, imageAvailableSemaphore, VK_NULL_HANDLE, &imageIndex);
  
  // 记录Overlay渲染命令
  vkBeginCommandBuffer(cmdBuffer, &cmdBufferBeginInfo);
  vkCmdBeginRenderPass(cmdBuffer, &renderPassBeginInfo, VK_SUBPASS_CONTENTS_INLINE);
  // 用UI库绘制帧率文本（比如ImGui）
  ImGui_ImplVulkan_RenderDrawData(ImGui::GetDrawData(), cmdBuffer);
  vkCmdEndRenderPass(cmdBuffer);
  vkEndCommandBuffer(cmdBuffer);
  
  // 提交Overlay命令到队列
  VkSubmitInfo submitInfo{};
  submitInfo.waitSemaphores = &imageAvailableSemaphore;
  submitInfo.commandBuffers = &cmdBuffer;
  vkQueueSubmit(presentQueue, 1, &submitInfo, renderFinishedSemaphore);
  
  // 调用原函数完成帧呈现
  VkPresentInfoKHR presentInfo{};
  presentInfo.waitSemaphores = &renderFinishedSemaphore;
  presentInfo.swapchains = &gameSwapchain;
  presentInfo.imageIndices = &imageIndex;
  originalVkQueuePresentKHR(presentQueue, &presentInfo);
  

• 同步信号必须与游戏的同步逻辑兼容，避免帧卡顿或渲染异常。

5. 帧率计算实现 #

• 在vkQueuePresentKHR的Hook函数中，通过时间戳计算帧率：

  LARGE_INTEGER currentTime, frequency;
  QueryPerformanceFrequency(&frequency);
  QueryPerformanceCounter(&currentTime);
  float deltaTime = (currentTime.QuadPart - lastTime.QuadPart) / (float)frequency.QuadPart;
  float fps = 1.0f / deltaTime;
  lastTime = currentTime;
  

• 将计算出的fps转为文本，通过UI库绘制到Overlay上即可。

关键注意事项 #

• 权限与反作弊：部分带反作弊的游戏会阻止外部进程注入，需确保工具权限合规。
• 版本兼容：不同游戏可能使用不同版本的Vulkan，Hook逻辑需适配对应函数签名。
• 资源清理：游戏退出时，需正确销毁所有自定义Vulkan资源（Swapchain、帧缓冲等），避免内存泄漏。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者David Carpenter