6. Direct3D의 그리기 연산

 

6.1 정점과 입력 배치

정점 구조체를 정의하고 D3D12_INPUT_DESC 배열또는 벡터를 정의한다.

정점 구조체의 멤버와 입력배치 서술배열의 각 원소의 오프셋이 일치해야 하고

입력 배치 서술 배열의 입력 서명과 정점 셰이더의 입력 서명이 일치해야한다.

 

6.2 정점 버퍼

자원의 종류는 텍스처와 버퍼 두가지로 나누어져 있는데, 버퍼는 밉맵과 달리 다차원이 아니며 밉맵이나 필터, 다중표본화 기능이 없어 단순한 자원이다. 정점 자료 원소의 배열을 CPU에 제공할 때에는 항상 버퍼를 사용한다.

 

범용 GPU 자원으로서의 버퍼에서 너비(width)는 가로 길이가 아니라 버퍼의 바이트 개수를 뜻한다.

 

정적 기하구조(프레임마다 변하지 않는 기하구조)를 그릴 때에는 최적의 성능을 위해 정점 버퍼들을 기본 힙(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT)에 넣는다. 기본 힙은 GPU만 읽기 때문에 CPU가 기본 힙을 수정하지 못한다.

 

d3dUtil.cpp에 기본 힙의 자료를 초기화 하기 위한 CreateDefaultBuffer함수가 정의되어 있다.

1. 임시 업로드 힙에 버퍼를 만들고

2. D3D12_SUBRESOURCE_DATA 라는 임시 자료를 위한 구조체를 서술

3. 자원 장벽 명령으로 기본힙의 버퍼 상태를 COMMON에서 COPY_DEST로 변경

4. UpdateSubresources 함수는 CPU 메모리를 임시 업로드 힙에 복사하고 임시 업로드 힙의 자료를 

 

기본 힙의 버퍼와 업로드 힙의 버퍼는 이 함수 밖에서도 Comptr로 가리키고 있어야 한다. 실제로 명령 목록이 명령 대기열에 들어가 실행된 상태가 아니기 때문이다. 함수 내부에서 만들어진 기본 힙의 버퍼를 가리키는 Comptr를 이 함수가 반환하기 때문에 소유권을 넘길 수 있다. 아무튼 외부에 존재하는 두 버퍼에 대한 Comptr가 유지되어야 한다.

 

정점 자원을 서술하는 서술자는 서술자 힙이 필요없다.

D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW 구조체를 서술하고(버퍼 자원의 가상주소, 버퍼의 크기(vertex 구조체 크기 * 정점 개수), 정점 원소의 크기(vertex 구조체 크기)) 

 

cmdList->IASetVertexBuffers 함수의 매개변수로 위의 구조체로 만든 배열의 주소를 입력하면 각 정점 버퍼들이 슬롯에 차례대로 묶인다. 

cmdList->IASetPrimitiveTopology 함수로 기본도형 위상구조 상태를 set 시켜놔야 한다.

 

cmdList->DrawInstanced가 호출되어야지 그때 그려진다.

ㄴ 인덱스 없이 정점 버퍼에 있는 정점 순서대로 기본도형을 그린다.

6.3 색인 버퍼

만드는 방식은 정점 버퍼와 같은데 이름만 다르다

D3D12_INDEX_BUFFER_VIEW 구조체를 서술해야하고, 

cmdList->IASetIndexBuffer 함수를 사용한다.

 

색인들을 이용해 기본도형을 그리려면, DrawIndexedInstanced 함수를 사용해야 한다.

인덱스로 접근하기 때문에 다음의 3가지 정보를 사용한다.

1. 첫 정점의 위치

2. 첫 인덱스의 위치

3. 기하구조를 그리는데 사용하는 인덱스의 크기

여러 종류의 기하구조를 하나의 정점 버퍼와 색인 버퍼에 저장하더라도 기하구조를 그리는 첫 번째 정점의 위치와 인덱스 위치를 기록해놓으면 문제가 없다.

 

6.4 정점 셰이더

기본적인 정점 셰이더의 역할은 로컬 position을 동차좌표 position으로 변환하여 픽셀 셰이더에 전달하는 것이다.

셰이더 파일은 포인터나 참조가 없어서 out float oPosH와 같은 출력 매개변수를 사용한다.  

VertexOut VS(VertexIn vin)
{
VertexOut vout;

// Transform to homogeneous clip space.
vout.PosH = mul(float4(vin.PosL, 1.0f), gWorldViewProj); 
// float3 형식의 로컬 position의 w값을 1로 하여 float4값을 생성하고 세계시야투영행렬을 곱한다.

// Just pass vertex color into the pixel shader.
    vout.Color = vin.Color;
    
    return vout;
}

 

 

정점 셰이더가 필요로 하는 입력서명을 입력 배치서술이 모두 제공하지 않으면 오류가 발생한다.

동차 절단 공간에서의 정점의 위치를 값는 출력 매개변수는 SV_POSITION 의미소를 부여해야 한다.

6.5 픽셀 셰이더

정점 셰이더에서 출력한 정점 특성들은 래스터화 단계에서 삼각형의 픽셀들을 따라 보간되어 보간된 결과가 픽셀셰이더의 입력으로 들어온다.

float4 PS(VertexOut pin) : SV_Target
{
    return pin.Color;
}

// SV_TARGET : 이 함수의 반환값의 형식이 렌더 대상의 형식과 일치해야 함을 뜻한다.(4차원의 색상 값)

6.6 상수 버퍼

셰이더 프로그램에서 참조하는 자료를 담는 GPU 자원

정점 버퍼와 색인 버퍼와 달리 상수 버퍼는 프레임당 한 번 갱신하는 것이 일반적임(기본 힙이 아니라 업로드 힙에 만들어야 CPU가 버퍼의 내용을 갱신할 수 있음)

하드웨어가 256 * n 바이트 오프셋에서 시작하는 256 * n 바이트 길이의 상수 자료만 볼 수 있기 때문에 상수 버퍼의 원소는 256바이트의 배수여야 한다.

cbuffer cbPerObject : register(b0)
{
	float4x4 gWorldViewProj; // 256바이트 경계에 맞게 바이트들이 암묵적으로 채워진다.
};

6.6.2 상수버퍼의 갱신

자원을 바이트 배열에 Map시킨 뒤

ThrowIfFailed(mUploadBuffer->Map(0, nullptr, reinterpret_cast<void**>(&mMappedData)));

바이트 배열의 특정 위치(256 * 오프셋) 상수 버퍼 구조체를 memcopy하여 복사하면 된다.

 

6.6.4 상수 버퍼 서술자

상수 버퍼 서술자는 DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV 형식의 서술자 힙에 담긴다.

DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_DESC를 서술하여 서술자 힙을 만들 때

Type을 DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV로 해줘야 하고

Flags를 D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_SHADER_VISIBLE로 해줘야 한다.(셰이더 프로그램에서 상수 버퍼에 접근해야 하기 때문에)

 

사실 서술자를 따로 만들지 않아도 된다. 자원의 GPU 가상주소를 루트 매개변수로 

 

6.6.5 루트 서명과 서술자 테이블

루트 매개변수는 3가지로 정의될 수 있다.

1. 루트 상수

2. 루트 서술자

3. 서술자 테이블

루트 서명은 루트 매개변수의 배열이다.

루트 서명에는 최대 64개의 DWORD를 넣을 수 있는데

서술자 테이블: DWORD 하나

루트 서술자 : DWORD 두 개

루트 상수 : 32비트 상수당 DWORD 하나

CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE texTable;
	texTable.Init(
        D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_SRV, 
        2,  // number of descriptors
        2); // register t2,t3

    // Root parameter can be a table, root descriptor or root constants.
    CD3DX12_ROOT_PARAMETER slotRootParameter[4];

	// Perfomance TIP: Order from most frequent to least frequent.
    slotRootParameter[0].InitAsDescriptorTable(1, &texTable, D3D12_SHADER_VISIBILITY_PIXEL);
    slotRootParameter[1].InitAsConstantBufferView(0); // register b0
    slotRootParameter[2].InitAsConstantBufferView(1); // register b1
    slotRootParameter[3].InitAsConstantBufferView(2); // register b2

위의 코드는 4개의 루트 파라미터중 1개는 서술자 테이블, 3개는 루트 서술자를 사용한 방법이다.

3가지 종류(srv, uav, cbv)의 서술자를 하나의 테이블에 저장하여 사용하고 싶다면 CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE table[3]의 형태로 선언해야 한다. srv는 t레지스터에 cbv는 b레지스터에 묶인다.

테이블은 서술자는 루트 파라미터 한 개를 사용해서 여러개의 서술자를 여러개의 레지스터와 묶어준다. 

 

루트 서명은 어떤 레지스터에 어떤 루트 매개변수가 연관되는지(루트 서술자인지, 서술자 테이블인지, 루트 상수인지)를 정의 하는 역할이고 실제로 자원을 묶으려면 cmdlist->SetGraphicsRoot****을 호출해서 묶는다.

 

 

6.7 셰이더의 컴파일

셰이더 파일(.hlsl)은 이식성 있는 바이트 코드로 컴파일된 후에 그래픽 드라이버는 그 바이트 코드를 시스템의 GPU에 맞게 최적의 네이티브 명령들로 컴파일한다.

 

오프라인 컴파일 : 셰이더를 실행 시점에서 컴파일하지 않고 오프라인에서 개별적인 단계로 컴파일

ㄴ 복잡한 셰이더의 경우 컴파일에 시간이 오래 걸리는데, 오프라인에서 컴파일하면 게임의 로딩 시간이 빨라진다.

컴파일된 셰이더 파일(.cso)

진입점이 VS인 파일과 PS인 파일로 나누어 컴파일 될 수 있다. (.cso파일이 두 개)

 

오프라인 컴파일 방법이던 아니던 컴파일된 셰이더 목적 바이트코드는 ID3DBlob라는 범용 메모리 버퍼에 저장되고 파이프라인 상태객체를 서술할때 사용된다.

 

6.8 래스터화기 상태

D3D12_RASTERIZER_DESC 구조체를 서술하여 파이프라인 상태 객체 만들때 설정한다.

6.9 파이프라인 상태 객체

루트서명

셰이더 바이트 코드(정점, 영역, 덮개, 기하, 픽셀)

혼합 방식

다중표본화 samplemask (최대 32개의 표본의 비활성화 여부)

래스터화기 상태

깊이 스텐실 판정 방법 지정

입력 배치 서술 구조체

기본도형 위상구조 종류

동시에 사용하는 렌더 대상 개수

렌더 대상 format

깊이 스텐실 버퍼 format

다중표본화 표본개수와 품질 수준

 

연습문제

1.

mInputLayout =
    {
        { "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
        { "TANGENT", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12, D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }
        { "NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 24, D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }
        { "TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 36, D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }
        { "TEXCOORD", 1, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 44, D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }
        { "COLOR", 0, DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM, 0, 52, D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 } // XMCOLOR는 32비트 자료형
    };

4. 

 

5. 

삼각형의 면 픽셀 색상이 빨간색과 초록색의 그라데이션 효과처럼 보이는 이유는 
래스터화기 상태에서 정점 특성의 보간이 일어나기 때문이다.

 

7.

CBV_SRV_UAV 서술자 힙을 만들때 서술자 크기를 2로 하고
서술자 힙의 핸들을 이동시켜가며 상수 버퍼 서술자를 두 개 채운다.

update()에서 업로드 힙에 있는 상수 버퍼에 변환 행렬 값을 갱신한다.
두개의 버퍼에 각각 다른 변환 행렬값을 갱신한다. (이동변환 적용된 것과 아닌 것)

SetGraphicsRootDescriptorTable(0,  서술자 힙 handle(맨 앞))
그리기 // 첫 번째 서술자 그려짐
handle.Offset(1, mCbvSrvUavDescriptorSize) // 핸들 한칸 움직이고
SetGraphicsRootDescriptorTable(0, 서술자 힙 handle)
그리기 // 두 번째 서술자로 그려짐

11. 

1. 입력 배치 서술들의 순서는 정점 구조체 성분들의 순서와 일치하지 않아도 된다.
alignedByteOffset으로 구조체의 어떤 멤버인지 알 수 있기 때문에

2. 정점 셰이더 구조체의 성분 순서가 C++ 정점 구조체 성분 순서와 일치하지 않아도 된다.
의미소로 이어져 있기 때문에

 

15. 

R픽셀 색상 값이 0.5 이하인 픽셀 단편이 제거된다.

 

연습문제 파일

https://github.com/lemonyun/Directx12_study/tree/main/6/Chapter%206%20Drawing%20in%20Direct3D/Box

GitHub - lemonyun/Directx12_study: 2022/06/10