Lemonyun

4.3 Direct3D의 초기화

1. 장치 생성

2. 울타리 객체 생성

3. 서술자 크기 얻기

4. md3dDevice->CheckFeatureSupport로 4X MSAA 품질 수준 지원 점검

5. 명령 대기열, 명령 목록, 명령 할당자 생성 (명령 목록을 생성할 때 Draw를 할 것이 아니라면 초기 파이프라인 객체 지정부분을 nullptr로)

6. 교환 사슬 생성

7. 서술자 힙 생성 

8. RTV 서술자 생성 (렌더 버퍼 개수만큼)

9. 깊이 스텐실 버퍼 자원 생성, DSV 서술자 생성

10. 뷰포트 설정과 가위 직사각형 설정(명령 대기열에 명령 추가)

4.4 시간 측정과 애니메이션

Win32 함수 QueryPerformanceCounter를 사용해 현재 시간을 틱 단위로 얻고

QueryPerformanceFrequency 함수를 사용해 주파수(초당 틱수)를 얻어 시간을 잴 수 있다.

매 프레임마다 Draw함수를 호출하기 전에 Tick 함수를 호출해 응용 프로그램 멤버 변수에 프레임 사이의 시간을 얻을 수 있고 응용프로그램은 이 시간을 이용해서 장면을 갱신 할 수 있다.

4.5 예제 응용 프로그램 프레임워크

D3DApp 클래스 : 초기화, main window 생성, 윈도우 메세지 처리, 응용 프로그램의 base 클래스로 쓰임

Direct3D는 응용 프로그램에서 GPU를 제어하고 프로그래밍 하는데 쓰이는 저수준 그래픽 API이다.

Direct3D12는 Direct3D11보다 훨씬 낮은 수준의 API가 되었다.

다중 스레드 지원을 개선하기 위해 이전보다 추상화가 줄었고, 개발자가 손수 관리해야할 사항들이 늘어났다.

4.1.2 COM 객체 (Component Object Model)

COM 객체 전용 스마트포인터 ComPtr 클래스를 사용하여 관리

COM 인터페이스를 가리키는 포인터는 new 키워드로 직접 생성하지 않고 보통 특별한 함수를 호출해서 얻는다. (Comptr와 desc 구조체를 넘겨 COM 객체를 초기화한다)

COM 인터페이스를 다 사용하고 난 후에는 delete로 삭제하는 것이 아니라 그 인터페이스의 Release 메서드를 호출한다.

Release 메서드는 Shared_ptr처럼 COM 객체의 참조 횟수가 0이 될 때 호출되어 메모리에서 해제시킨다.

ComPtr은 범위 밖을 벗어나면 자동으로 COM에 대해 Release 함수를 호출하므로 사용자가 Release를 호출할 필요가 없다.

ComPtr<[Com 인터페이스]> [변수이름] 

ComPtr 클래스의 함수

1. Get : ComPtr이 가리키는 Com 인터페이스를 반환

2. GetAddressOf : Comptr이 가리키는 Com 인터페이스의 주소를 반환

3. Reset : ComPtr 인스턴스를 nullptr로 설정하고 Com 인터페이스의 참조 횟수를 1 감소

COM 인터페이스들은 대문자 I로 시작한다.

4.1.3 텍스처 형식

1. RGBA 색상 원소를 담을 수 있다.

DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UINT

2. 부동 소수점 원소를 담을 수 있다.

DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT

3. 무형식 텍스쳐 형식

DXGI_R16G16B16A16_TYPELESS

4.1.4 교환 사슬과 페이지 전환

전면 버퍼와 후면 버퍼는 하나의 교환 사슬을 형성한다.

교환 사슬을 대표하는 인터페이스는 IDXGISwapChain이다. 이 인터페이스는 전면 버퍼 텍스처와 후면 버퍼 텍스처를 담는다. 화면에 현재 프레임에 전면 버퍼가 표시될 동안 후면 버퍼에 다음 프레임을 렌더링하고 다음 프레임에 버퍼를 교환하는 방법

이중 버퍼링 : 전면과 후면으로 버퍼를 두개 사용하는 방법

4.1.5 깊이 버퍼링

전면 후면 버퍼와 동일한 해상도를 가지는 버퍼

깊이 값은 [0, 1] 사이 값을 가짐

깊이 버퍼링을 위한 텍스처 형식

1. DXGI_FORMAT_D32_FLOAT_S8X24_UINT

ㄴ 32비트 부동소수점 깊이, 8비트 스텐실[0, 255], 24 패딩

2. DXGI_FORMAT_D32_FLOAT

ㄴ 32비트 부동소수점 깊이

3. DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT

ㄴ 24비트 부호없는 깊이[0, 1], 8비트 스텐실[0, 255]

4. DXGI_FORMAT_D16_UNORM

ㄴ 16비트 부호없는 깊이[0, 1]

4.1.6 자원과 서술자

자원 : 버퍼, 텍스처

렌더링 파이프라인에서 그리기 호출마다 해당 그리기 호출이 참조할 자원을 묶어줘야 한다.

자원을 묶는 대신에 자원을 설명하는 서술자를 파이프라인에 묶는다.

같은 자원을 렌더링 파이프라인의 서로 다른 단계에서 사용할 수 있기 때문에 이런 방식을 쓴다.

같은 자원이더라도 여러 방법으로 사용될 수 있다.

렌더 대상

깊이 스텐실 버퍼

셰이더 자원

무형식으로 생성된 자원은 해당 자원의 서술자 만들때 형식을 명시할 수 있다.

형식이 완전히 지정된 자원은 런타임에서 자원 접근을 최적화할 수 있게 되기 때문에, 필요한 경우에만 무형식으로 자원을 만들어야 한다.

서술자는 자원 자료를 지정하는 수단일 뿐만 아니라, 자원을 GPU에 서술하는 수단이기도 하다.

서술자의 종류

1. CRV/SRV/UAV 서술자 : 상수버퍼 / 셰이더 자원 / 순서 없는 접근

2. 표본추출기 서술자 : sampler 자원을 서술

3. RTV 서술자 : 렌더 대상 자원을 서술

4. DSV : 깊이스텐싈 자원을 서술

서술자는 프로그램 초기화 시점에서 형식 점검과 유효성 검증이 일어나기 때문에 초기화 시점에 서술자를 생성해야 한다.

서술자 힙

ㄴ 서술자들의 배열

서술자의 종류마다 서술자 힙이 필요하다.

4.1.7 다중표본화

초과 표본화 : 화면 해상도보다 4배 큰 후면 버퍼에 렌더링 후 4픽셀의 평균 색상을 최종 색상으로 사용

다중 표본화 : 4X 다중표본화(픽셀당 부분픽셀 4개)의 경우 화면 해상도보다 4배 큰 후면버퍼에 렌더링

픽셀당 색상을 한번 계산

그 픽셀이 보이는 부분픽셀에 복제됨(부분픽셀 마다 깊이 스텐실 판정)

4개의 부분픽셀의 색상을 평균낸 것이 결과 픽셀이 됨

4.1.8 Direct3D의 다중표본화

DXGI_SAMPLE_DESC라는 구조체 인스턴스를 채워야 한다.

Count : 픽셀당 추출할 부분픽셀의 개수

Quality : 품질 수준 (하드웨어마다 다름)

Direct3D 12 장치는 4X 다중표본화를 지원한다.

4.1.9 기능 수준

기능 수준 12를 지원하는 GPU는 반드시 Direct3D 12의 기능 집합 전체를 지원해야 한다.

4.1.10 DXGI

DXGI API가 제공하는 것들

1. 교환사슬

2. 전체화면 모드 전환

3. 디스플레이 어댑터, 모니터, 지원되는 디스플레이 모드 같은 그래픽 시스템 정보의 열거

IDXGIFactory 인터페이스

ㄴ IDXGISwapChain 인터페이스 생성

ㄴ 디스플레이 어댑터 열거

어댑터 하나에는 모니터가 여러개 연결될 수 있다. (IDXGIOuput)

모니터 하나에는 여러개의 디스플레이 모드가 있다. (DXGI_MODE_DESC)

ㄴ 해상도 (너비 높이)

ㄴ 디스플레이 형식

4.1.11 기능 지원 점검

CheckFeatureSupport 메서드로 점검 할 수 있는 기능

ㄴ 기능 수준

ㄴ 주어진 텍스처 형식에 대한 기능들 ( 해당 형식을 렌더 대상으로 사용할 수 있는가, 혼합을 적용할 수 있는가)

ㄴ 다중표본화 기능

4.1.12 상주성

자원을 생성하면 자원이 GPU 메모리에 입주하며, 파괴되면 메모리에서 나간다.

함수로 직접 제어할 수도 있다.

ID3D12Pageable 배열을 매개변수로 사용한다.

MakeResident (올리기)

Evict (내리기)

4.2 CPU와 GPU의 상호작용

1. mCommandList에 set command, draw command같은 명령들을 추가한다. 

2. mCommandList->close()로 명령들의 기록이 끝났음을 알린다.

3. mCommandQueue->ExecuteCommandLists를 수행하여 GPU 명령대기열에 명령 목록을 제출하면

명령 대기열은 명령 목록에 담긴 명령 메모리 할당자(command allocator)를 참조한다. (명령 목록은 바로 reset 되어도 상관이 없음)

4. 명령 메모리 할당자는 GPU 명령 대기열의 참조가 완전히 끝난 후에 (대기열이 빈 경우) reset 해야 한다.

Direct3D 12 API에는 생성하고자하는 COM 인터페이스의 COM ID와 void** 를 받는 함수들이 많기 때문에 매크로를 정의하여 사용한다. 

#define IID_PPV_ARGS(ppType) __uuidof(**(ppType)), IID_PPV_ARGS_Helper(ppType)

4.2.2 CPU 동기화

mCommandQueue->Signal 함수를 이용

명령 대기열에 새 울타리 값을 갱신하는 명령(Signal)을 추가

울타리 값은 0부터 시작하는 정수, 새로운 울타리 지점을 만들때마다(명령 대기열 flush) 1씩 증가

cpu 울타리 값은 바로 증가하지만 gpu 울타리 값은 명령 대기열이 비어야 증가하기 때문에 

gpu 울타리 값이 cpu 울타리 값과 같아질 때까지 기다림

4.2.3 자원 상태 전이

자원에 상태를 부여하여 자원 위험 상황을 피하기 위해 존재

개발자는 자원이 언제 전이하는지 알고 있기 때문에 프로그램이 자원 전이를 추적하는 부담을 줄일 수 있다.

전이 자원 장벽(transition resource barrier)

mCommandList->ResourceBarrier함수 // 장벽(자원, 이전상태, 이후상태)의 배열을 명령 대기열에 추가

4.2.4 명령 목록을 이요한 다중 스레드 활용

장면 전체를 하나의 명령 목록으로 그리려고 하면 명령 목록을 만드는데 CPU 시간이 오래 걸릴 수 있음

4개의 스레드 마다 하나씩 명령 목록을 만들게 하면 CPU 시간이 1/4배가 됨

1. 각 스레드는 명령 목록과 명령 메모리 할당자를 독립적으로 가진다.

2. 명령 대기열에는 동시에 접근할 수 있다.

3. 성능상의 이유로 초기화 시점에 동시에 기록할 수 있는 명령 목록들의 최대 개수를 설정해야 한다.

다중 CPU 코어의 장점을 활용할 수 있다.

DirectX 기본 프로젝트 빌드 시 VS 2019 버전에서 일어나는 오류

추가 옵션에 /permissive를 적어주면 해결된다.

3.1 선형변환

선형 변환은 좌표계를 선형으로 변환하는 변환?

기저 벡터를 바꾸는 변환

비례변환, 회전변환

3.2 아핀변환

아핀변환 : 선형변환에 이동변환을 결합한 변환

동촤 좌표 (Homogeneous coordinate) : 점과 벡터에 대한 변환을 동일한 방식으로 다룰 수 있다.

벡터를 나타내는 동촤좌표는 (x, y, z, 0)

점을 나타내는 동촤좌표는 (x, y, z, 1)

3.4 좌표 변경 변환

3.6 DirectXMath 라이브러리의 변환 관련 함수들

XMMatrixScaling // float 매개변수 3개로 비례행렬 생성

XMMatrixScalingFromVector // 벡터의 성분으로 비례행렬 생성

XMMatrixRotationX // x축에서 라디안 값만큼 회전하는 행렬 생성 ( 축의 방향 바라보고 시계방향)

// Y Z 

XMMatrixRotationAxis(회전축 벡터, 각도) // 임의의 축에 대한 회전행렬

XMMatrixTranslation // float 3개로 이동행렬생성

XMMatrixTranslationFromVector // 벡터의 성분들로 이동핼렬 생성

XMVector3TransformCoord(벡터, 행렬) // 점 변환을 위해 벡터 마지막 원소 1로 둔다.

XMVector3TransformNormal // 벡터 변환을 위해 벡터 마지막 원소를 0으로 둔다.

2.5 2.6 2.7

2.8 DirectXMath의 행렬

XMMATRIX 구조체

XMVECTOR r[4]를 멤버로 가짐 // SIMD 활용을 위해 4개의 XMVECTOR를 멤버로 가짐

초기화 방법

1. 행벡터 4개

2. float 성분 16개

3. float 성분 16개 담은 배열

4. XMMatrixSet 함수 성분 flaot 16개

XMVector가 클래스 자료멤버에 저장할 때 XMFLOAT4 사용을 권장했었는데

XMMATRIX는 클래스 자료 멤버에 저장할 때 XMFLOAT4X4 형식 사용을 권장함

XMMATRIX -> XMFLOAT4x4일때 XMStoreFloat4x4 

XMFLOAT4x4 -> XMMATRIX 일때 XMLoadFloat4x4를 사용

2.8.2 행렬 함수

XMMatrixIsIdentity // 단위행렬인지 여부

XMMatrixMultiply // 행렬 곱

XMMatrixTranspose // 전치행렬

XMMatrixDeterminant // (행렬식, 행렬식, 행렬식, 행렬식) 벡터 반환

XMMatrixInverse(행렬식 벡터, M) // 역행렬 반환

함수 매개변수로 사용시 

첫 번째 매개변수는 FXMMATRIX

나머지 매개변수는 CXMMATRIX

생성자는 무조건 CXMMATRIX

1.1.2 왼손잡이 좌표계

1.3 내적

세타 값이 90도이면 내적은 0

예각이면 양수

둔각이면 음수

1.4 외적

외적 : 두 벡터에 수직인 벡터를 출력

1.6 DirectXMath 라이브러리 벡터

SIMD : 128비트 너비의 레지스터

SIMD 명령들을 가지고 있는 라이브러리, 4차원 벡터 연산을 스칼라 연산 4개가 아니라 SIMD 명령 하나로 처리할 수 있다.

x86 플랫폼에서는 sse2(streaming simd extensions 2)옵션을 활성화 해줘야 하지만 x64 플랫폼에서는 따로 해 줄 필요 없다.

typedef __m128 XMVECTOR;

// XMVECTOR는 32비트값 4개로 구성된다.

지역변수와 전역 변수에는 XMVECTOR를 쓰면 16바이트 경계에 자동으로 정렬이 된다.

클래스 자료 멤버에서는 XMVECTOR 대신 XMFLOAT2, XMFLOAT3, XMFLOAT4를 사용하는 것이 권장된다.

SIMD의 장점을 취하기 위해서는 XMFLOAT를 XMVECTOR 형식으로 바꿔서 계산하는 것이 좋으므로 

클래스의 정보를 계산을 위해 XMLoadFloat 함수를 사용하여 XMVECTOR형식으로 변환하고

계산후에 XMStoreFloat함수로 XMFLOAT형식으로 되돌린다.

1.6.3 XMVector를 매개변수로 전달 할 때

함수에 XMVector 인수를 전달 할때 

플랫폼과 컴파일러에 따라 SSE 레지스터를 사용할 수 있는 개수가 다르기 때문에 의존성을 없애기 위해

FXMVECTOR, GXMVECTOR, HXMVECTOR, CXMVECTOR 형식을 사용해야 한다.

XM_CALLCONV 호출 규약지시자를 사용해야 한다.

1 ~ 3번째 : FXMVECTOR

4번째 : GXMVECTOR

5 ~ 6번째 : HXMVECTOR

나머지 : CXMVECTOR

생성자에 대한 규칙은 다르다

1 ~ 3번째 : FXMVECTOR

나머지 : CXMVECOTR

그리고 XM_CALLCONV 호출 규약 지시자를 사용하지 말아야 한다.

1.6.4 상수 벡터

상수 벡터는 XMVECTORF32를 사용해야 한다.

중괄호 초기화 구문을 사용할 때에는 XMVECTORF32를 사용해야 한다.

1.6.7 설정함수

XMVECTOR XM_CALLCONV XMVectorZero(); // (0, 0, 0, 0)

XMVECTOR XM_CALLCONV XMVectorSplatOne(); // (1, 1, 1, 1)

XMVECTOR XM_CALLCONV XMVectorSet(float x, float y, float z, float w); // (x, y, z, w)

XMVECTOR XM_CALLCONV XMVectorReplicate(float s) // (s, s, s, s)

XMVECTOR XM_CALLCONV XMVectorSplatX(FXMVECTOR V) // (v.x, v.x, v.x, v.x)

//Y Z 버전도 존재

1.6.8 벡터 함수들

길이 : xmvector3length

내적 : xmvector3dot

외적 : xmvector3cross

정규화 : xmvector3normalize

각도 : xmvector3anglebetweenvectors

proj perp : xmvector3componentsfromnormal ( 출력 매개변수 )

equal : xmvector3equal

XMVectorGetX // float 값 반환

// Y Z W도 있음

1.6.9 부동 소수점 오차

부동 소수점 수의 상등을 판정 할 때 

XMVector3NearEqual(벡터1, 벡터2, epsilon벡터) // 두 벡터의 차이가 epsilon벡터보다 작으면 true

연습문제 19번 - 다양한 함수 알아보기

상수

XM_PIDIV4 // 파이 / 4

XM_PIDIV2 // 파이 / 2

XM_PI // 파이

벡터 함수 (원소에 각각 적용)

XMVectorAbs // 절대값

XMVectorCos // cosine (라디안)

XMVectorLog // 밑이 2인 로그

XMVectorExp // 2의 거듭제곱

XMVectorPow(u, p) // u의 p승

XMVectorSqrt // 제곱근

XMVectorSwizzle (u, 2, 2, 1, 3) // 벡터 원소를 인덱스를 이용하여 재배치

XMVectorMultiply(u, v) // 각각의 원소를 곱함

XMVectorSaturate(u) // 0과 1사이로 자름

XMVectorMin(u, v) // 두 벡터중 작은 값의 원소를 선택

XMVectorMax(u, v) // 큰 값의 원소를 선택