06.그리기_연산01

6.1 정점과 입력 배치

• 원하는 자료(특성)를 가진 커스텀 정점 형식을 만들려면 그러한 자료를 담을 구조체 정의
  • 사용자 정의 정점 예시

      struct Vertex1
      {
          XMFLOAT3 Pos;
          XMFLOAT3 Color;
      };
      struct Vertex2
      {
      XMFLOAT3 Pos;
      XMFLOAT3 Normal;
      XMFLOAT2 Tex0;
      }

• 입력 배치 서술(input layout descrpitino) :
  • 정점의 각 성분으로 무엇을 해야 하는지를 D3D에 알려주어야 함
  • D3D12_INPUT_LAYOUT_DESC 구조체로 대표

      typedef struct D3D12_INPUT_LAYOUT_DESC
      {
          const D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC *pInputElementDesccs;
          UINT NumElements;
      } D3D12_INPUT_LAYOUT_DESC;

    • D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC 형식 원소들을 담은 배열과 개수를 나타내는 구조체
    • 각 원소는 정점 구조체의 각 성분을 서술
    • 배열의 원소들과 정점 구조체의 성분들 은 일대일로 대응
  • D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC 정의

      typedef struct D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC
      {
          LPCSTR SemanticName;
          UINT SematicIndex;
          DXGI_FORMAT Format;
          UINT InputSlot;
          UINT AlignedByteOffset;
          D3D12_INPUT_CLASSIFICATION InputSlotClass;
          UINT InstanceDataStepRate;    
      } D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC;

    • SemanticName
      • 성분에 부여된 문자열 이름
      • 정점 셰이더에서 의미소(semantic) 이름으로 쓰이므로, 반드시 유효한 변수이름이어야 함
      • 정점 구조체의 성분을 정점 셰이더 입력 서명과 대응시키는 역할
    • SematicIndex
      • 의미소 색인
      • 하나의 정점 구조체에 텍스처 좌표가 여러 개 있을 수 있는데, 각 텍스처 좌표에 개별적인 의미소 이름을 부여하는 대신 색인을 통해 구별
      • 셰이더 코드에서 색인이 지정되지 않은 의미소는 0인 의미소로 간주
    • Format
      • DXGI_FORMAT 열거형의 한 멤버
      • 4.1.3 텍스쳐 형식 참고
    • InputSlot
      • 성분의 자료를 가져올 정점 버퍼 슬롯 색인
      • 총 16개의 정점 버퍼 슬롯(0~15)를 통해서 정점 자료 공급 가능
    • AlignedByteOffset
      • 지정 입력 슬롯에서 정점 구조체의 시작 위치와 정점 성분의 시작 위치 사이의 거리를 나타내는 오프셋(바이트 단위)
      • Pos 성분 바이트 시작 ~ 12byte 이므로, 다음 성분인 Normal은 12byte가 시작위치이므로 offset 값 설정
    • InputSlotClass
      • 입력 슬롯의 데이터 클래스를 정의
      • 셰이더가 처리하는 데이터가 정점 데이터인지 아니면 인스턴스 데이터인지 구분하는 데 사용
        • D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA :
          • 슬롯이 정점 데이터를 포함
          • 각 정점에 대해 데이터가 셰이더로 전달
          • Instance 수 = 0
        • D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_INSTANCE_DATA :
          • 슬롯이 인스턴스 데이터를 포함
          • 각 인스턴스에 대해 데이터를 전달할 때 사용
          • 여러 오브젝트를 인스턴스 렌더링할 때, 각각의 인스턴스에 고유한 데이터가 필요
    • InstanceDataStepRate
      • 인스턴스 데이터의 전달 주기를 제어
      • 셰이더가 데이터를 몇 개의 인스턴스마다 업데이트해야 하는지를 결정
        • 1 : 모든 인스턴스에 대해 새로운 데이터를 제공
        • N : 값이 2라면 두 개의 인스턴스가 동일한 데이터를 공유
      • 인스턴스 데이터 사용 시만 적용(PER_INSTANCE_DATA)

  • 

6.2 정점 버퍼

• 정점버퍼 : 정점들을 저장하는 버퍼
  • GPU가 정점 배열에 접근하려면, 정점들을 버퍼라고 부르는 GPU자원 (ID3D12Resource)에 넣어 두어야 함
• 버퍼는 텍스처보다 단순 자원
  • 다차원 X
  • 밉맵, 다중표본화 기능 X
• 정점 같은 자료 원소들의 배열을 GPU에 제공할 떄, 항상 버퍼 사용
• 버퍼 자원을 채우고, ID3D12Device::CreateCommittedResource 메서드를 호출해서
  ID3D12Resource 객체 생성
• 버퍼 자원 서술 : D3D12_RESOURCE_DESC
  • D12에서 제공하는 해당 구조체를 상속해서 쓰는 편의용 생성자들과 메서드들을 추가한 C++ 래퍼 클래스 CD3DX12_RESOURCE_DESC 제공

      static inline CD3DX12_RESOURCE_DESC Buffer(
          UINT64 width,
          D3D12_RESOURCE_FLAGS flags = D3D12_RESOURCE_FALG_NONE,
          UINT64 alignment = 0 )
      {
          return CD3DX12_RESOURCE_DESC(
              D3D12_RESOURCE_DIMENSION_BUFFER,
              aligment, width, 1, 1, 1,
              DXGI_FORMAT_UNKNOWN, 1, 0,
              D3D12_TEXTURE_LAYOUT_ROW_MAJOR, flags );
      }

    • width :
      • 버퍼의 바이트 개수를 나타냄
      • flaot 64개 담는 버퍼 => 64*sizeof(flaot)
    • D3D12_RESOURCE_DESC::D3D12_RESOURCE_DIMENSION 필드에 의해서 자원의 구체적인 종류 지정
    • CD3DX12_RESOURCE_DESC bufferDesc = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(1024); // 1024바이트 버퍼 생성
• 정적 기하구조(프레임마다 변하지는 않는 기하구조)를 그릴 떄, 최적 성능을 위해 정점 버퍼들을 기본 힙(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT)에 넣음
  • 정점 버퍼를 초기화한 후에는 GPU만 버퍼의 정점들을 읽으므로(기하구조 그리기위해), 기본 힙에 넣는 것이 합당
  • CPU는 기본 힙에 있는 정점 버퍼 수정 불가

6.2.2 기본 버퍼 생성 편의용 함수 작성

• 기본 버퍼 생성성

    Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D12Resource> d3dUtil::CreateDefaultBuffer(
        ID3D12Device* device,
        ID3D12GraphicsCommandList* cmdList,
        const void* initData,
        UINT64 byteSize,
        Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D12Resource>& uploadBuffer)
    {
        ComPtr<ID3D12Resource> defaultBuffer;
  
        // 실제 기본 버퍼 자원 생성
        ThrowIfFailed(device->CreateCommittedResource(
            &CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT),
            D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
            &CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(byteSize),
            D3D12_RESOURCE_STATE_COMMON,
            nullptr,
            IID_PPV_ARGS(defaultBuffer.GetAddressOf())));
  
        // CPU 메모리를 기본 버퍼에 복사하기 위해, 임시 업로드 힙 생성
        ThrowIfFailed(device->CreateCommittedResource(
            &CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD),
            D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
            &CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(byteSize),
            D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ,
            nullptr,
            IID_PPV_ARGS(uploadBuffer.GetAddressOf())));
  
  

    // 기본 버퍼에 복사할 자료 서술
    D3D12_SUBRESOURCE_DATA subResourceData = {};
    subResourceData.pData = initData;
    subResourceData.RowPitch = byteSize;
    subResourceData.SlicePitch = subResourceData.RowPitch;

    // 기본 버퍼 자원으로의 자료 복사 요청
    // 보조 함수 UpdateSubresources는 CPU 메모리를 임시 업로드 힙에 복사,
    // ID3D12CommandList::CopySubresourceRegion을 이용해서 임시 업로드 힘의 자료를
    // mBuffer에 복사
    cmdList->ResourceBarrier(1, &CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(defaultBuffer.Get(), 
        D3D12_RESOURCE_STATE_COMMON, D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST));
    UpdateSubresources<1>(cmdList, defaultBuffer.Get(), uploadBuffer.Get(), 0, 0, 1, &subResourceData);
    cmdList->ResourceBarrier(1, &CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(defaultBuffer.Get(),
        D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST, D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ));

    // 주의 : 위의 함수 호출 이후에도 uploadBuffer를 계속 유지
    // 실제로 복사를 수행하는 명령 목록이 아직 실행 X
    // 복사 완료되었음이 확실해진 후에 호출자가 UploadBuffer 해제

    return defaultBuffer;
}
```

• D3D12_SUBRESOURCE_DATA 구조체

    typedef struct D3D12_SUBRESOURCE_DATA
        {
        const void *pData;
        LONG_PTR RowPitch;
        LONG_PTR SlicePitch;
        }     D3D12_SUBRESOURCE_DATA;

  • pData :
    • 버퍼 초기화용 자료를 담은 시스템 메모리 배열 가리키는 포인터
    • 버퍼에 n 개의 정점을 담을 수 있을 떄, 전체를 초기화 하려면 시스템 메모리 배열에 최소 n개의 정점 필요
  • RowPitch :
    • 버퍼의 경우, 복사할 자료이 크기(바이트 개수)
  • SlicePitch :
    • 버퍼의 경우, 복사할 자료이 크기(바이트 개수)

• 정점 버퍼 기본 버퍼 예시

    Vertex vertices[] = {
        { XMFLOAT3(-1.0f, -1.0f, -1.0f), XMFLOAT4(COLORS::White)},
        ...    
    };
  
    const UINT vbByteSize = 8 * sizeof(Vertex); // 8개 정점
  
    ComPtr<ID3D12Resource> VertexBufferGPU = nullptr;
    ComPtr<ID3D12Resource> VertexBufferUploader = nullptr;
  VertexBufferGPU = d3dUtil::CreateDefaultBuffer(md3dDevice.Get(),
        mCommandList.Get(), vertices, vbByteSize, VertexBufferUploader);
        // 사용자 정의 정점 버퍼 생성 메서드
    D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW vbv;
    vbv.BufferLocation = VertexBufferGPU->GetGPUVirtualAddress();
    vbv.StrideInBytes = sizeof(Vertex);
    vbv.SizeInByte = vbByteSize;
  
    D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW vertexBuffers[1] = { vbv };
    mCommandList->IASetVertexBuffers(0, 1, vertexBuffers);

  • RTV와 달리 정점 버퍼 뷰에는 서술자 힙이 필요x

• 정점 버퍼 뷰 대표 형식 D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW_DESC 구조체

    typedef struct D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW
    {
        D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS BufferLocation;
        UINT SizeInBytes;
        UINT StrideInBytes;
    }     D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW;

  • BufferLocation :
    • 생성할 뷰의 대상이 되는 정점 버퍼 자원의 가상 주소
    • ID3D12Resource::GetGPUVirtualAddress 메서드로 얻을 수 있음
  • SizeInBytes:
    • BufferLocation에서 시작하는 정점 버퍼의 크기(바이트 개수)
  • StrideInBytes :
    • 버퍼에 담긴 한 정점의 원소의 크기 (바이트 개수)

• 정점 버퍼를 IA 파이프라인에 묶는 메서드

    void ID3D12GraphicsCommandList::IASetVertexBuffers(
        UINT StartSlot,
        UINT NumBuffers,
        const D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW *pViews );

  • StartSlot :
    • 시작슬롯, 첫쨰 정점 버퍼를 묶을 입력 슬롯의 색인
    • 총 16개 (0~15)
  • NumBuffers :
    • 입력 슬롯들에 묶을 정점 버퍼 개수
  • pViews :
    • 정점 버퍼 뷰 배열의 첫 원소를 가리키는 포인터

• 정점들을 이용해 기본도형을 그리려면 ID3D12GraphicsCommandList::DrawInstanced 메서드 사용

    void ID3D12GraphicsCommandList::DrawInstanced(
        UINT VertexCountPerInstance,
        UINT InstanceCount,
        UINT StartVertexLocation,
        UINT StartInstanceLocation);

  • VertexCountPerInstance : 그리기에 사용할 정점들의 개수 (인스턴스 당)
  • InstanceCount : 그릴 인스턴스 개수
  • StartVertexLocation :
    • 정점 버퍼의 시작 위치를 지정;
    • 정점 버퍼의 색인들 중 이 그리기 호출에서 사용할 첫 색인( 0 기반)
  • StartInstanceLocation :
    • 첫 번째 인스턴스의 시작 위치 지정
    • 특정 인스턴스부터 렌더링을 시작 가능

• 위상구조 상태 결정은 5.5.2 참고

  • cmdList->IASetPrivitiveTopology(D3D_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST)

6.3 색인과 색인 버퍼

• 색인 버퍼

  • GPU가 색인들의 배열에 접근 할 수 있을려면, 색인들을 GPU 자원에 넣어 두어야 함

• 색인 버퍼 뷰 대표 형식

  • D3D12_INDEX_BUFFER_VIEW 구조체

      typedef struct D3D12_INDEX_BUFFER_VIEW
      {
          D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS BufferLocation;
          UINT SizeInBytes;
          DXGI_FORMAT Format;
      } D3D12_INDEX_BUFFER_VIEW;

    • BufferLoation
      • 뷰의 대상이 되는 정점 버퍼 자원의 가상 주소
      • ID3D12Resource::GetGPUVirtualAddress 메서드로 얻을 수 있음
    • SizeInBytes
      • BufferLocation에서 시작하는 색인 버퍼 크기 (바이트 개수)
    • Format
      • 색인 형식 (R16_INT, R32_UINT) 사용
      • 메모리와 대역폭을 절약할려면 16비트 사용

• ID3D12CommandList::IASetIndexBuffer 메서드를 통해서 입력 조립기 단계에 묶음

• 사각형 색인 버퍼 IA바인드 예시

    std::uint16_t indices[] = {
        // 앞면
        0, 1, 2,
        0, 2, 3,
        // 뒷면
        ...
    };
  
    const UINT ibByteSize = 36 * sizeof(std::uint_16_t); // 36개 정점
  
    ComPtr<ID3D12Resource> IndexBufferGPU = nullptr;
    ComPtr<ID3D12Resource> IndexBufferUploader = nullptr;
    IndexBufferGPU = d3dUtil::CreateDefaultBuffer(md3dDevice.Get(),
        mCommandList.Get(), indices, ibByteSize, IndexBufferUploader);
        // 사용자 정의 정점 버퍼 생성 메서드
    D3D12_INDEX_BUFFER_VIEW ibv;
    ibv.BufferLocation = IndexBufferGPU->GetGPUVirtualAddress();
    ibv.Foramt = DXGI_FORMAT_R16_UINT;
    ibv.SizeInBytes = ibByteSize;
  
    mCommandList->IASetIndexBuffer(&ibv);

• 색인들을 이용해 기본도형을 그리려면 ID3D12GraphicsCommandList::DrawIndexedInstanced 메서드 사용

    void ID3D12GraphicsCommandList::DrawIndexedInstanced(
        UINT IndexCountPerInstance,
        UINT InstanceCount,
        UINT StartIndexLocation,
        INT BaseVertexLocation,
        UINT StartInstanceLocation);

  • IndexCountPerInstance : 그리기에 사용할 색인들의 개수 (인스턴스 당)
  • InstanceCount : 그릴 인스턴스 개수
  • StartIndexLocation :
    • 인덱스 버퍼의 시작 위치를 지정
    • 색인 버퍼의 색인들 중 이 그리기 호출에서 사용할 첫 색인( 0 기반)
  • BaseVertexLocation :
    • 정점 버퍼에서의 기준 오프셋 지정
    • 호출에 쓰이는 색인들에 더할 정수 값, 더한 결과를 최종 색인으로사용해서 정점 버퍼에서 정점 가져옴, 음수 값 허용
  • StartInstanceLocation :
    • 첫 번째 인스턴스의 시작 위치 지정
    • 특정 인스턴스부터 렌더링을 시작 가능

• 

6.4 예제 정점 셰이더

• 셰이더는 HLSL(High Level Shading Language)로 작성
• 정점 셰이더는 하나의 함수
• 매개 변수 4 개 중 앞의 2개는 입력 매개변수, 뒤의 2개는 출력 매개변수
  • 입력 매개변수는 입력 서명(input signature)을 형성
    • 현재의 그리기 작업에 쓰이는 커스텀 정점 구조체의 멤버들에 대응
  • 출력 매개변수
    • 정점 셰이더의 출력을 파이프라인 다음 단계(기하셰이더, 픽셀셰이더)의 해당 입력에 대응 시키는 역할
    • SV_POSITION
      • SV는 SystemValue 라는 의미를 담고 있음
      • GPU는 SV_POSITION으로 명시된 데이터를 하드웨어 수준에서 특별히 처리
      • 렌더링 엔진과 DirectX가 정점의 위치 데이터를 명확히 처리할 수 있도록 보장
    • COLOR
      • D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC 배열을 통해 지정한 이름
      • HLSL의 유효 식별자이기만 하면, 아무 이름이나 상관 x
• HLSL에는 참조나 포인터가 없어, 함수가 여러개의 값을 돌려주려면 구조체 사용 or out이 지정된 출력 매개변수 사용
• HLSL에서 함수는 항상 인라인화

    void VS(
        float iPosL : POSITION,
        float iColor : COLOR,
        out float4 oPOSH : SV_POSTIION,   // SV는 SystemValue 라는 의미를 담고 있음
        out float4 oColor : COLOR)
    {
        // 동차 절단 공간 변환
        oPosH = mul(float4(iPosL, 1.0f), gWorldViewProj);
        // 정점 색상을 그대로 픽셀 셰이더에 전달
        oColor = iColor;
    }

  • mul 함수 :
    • HLSL 내장 함수
    • 벡터 대 행렬 곱셈 수행
  • gWorldViewProj :
    • 상수 버퍼라고 부르는 버퍼에 들어 있는 것
• 기하 셰이더 사용 시, 동차 절단 공간 위치의 출력을 기하 셰이더에 미룰 수 있음
• 원근 나누기는 나중에 하드웨어가 수행하기에, 투영 핼렬 곱하는 부분만 책임

6.4.1 입력 배치 서술과 입력 서명 연결

• 입력 배치 서술
  • 파이프라인에 공급되는 정점들의 특성들과 정점 셰이더의 매개변수들 사이의 연관 관계 정의
  • 정점 셰이더가 기대하는 모든 입력을 제공하지못하면 오류 발생
    • 추가 공급은 되지만, 적은 건 용납 x
    • D3D에서 입력 레지스터 비트들의 재해석을 허용하기에 float -> int 의 공급을 허용하지만 VC++의 디버그 출력 창은 경고 메시지

      //--------------
      // C++ app code
      //--------------
      struct Vertex
      {
      XMFLOAT3 Pos;
      XMFLOAT4 Color;
      XMFLOAT3 Normal;
      };
      D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC desc[] =
      {
      {"POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0};
         D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
      { "COLOR", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT, 0, 12,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
      { "NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 28,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }
      //--------------
      // Vertex shader
      //--------------
      struct VertexIn
      {
      float3 PosL : POSITION;
      float4 Color : COLOR;
      };
      struct VertexOut
      {
      float4 PosH : SV_POSITION;
      float4 Color : COLOR;
      };