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間接描画と GPU カリング

D3D12ExecuteIndirect サンプルでは、間接コマンドを使用してコンテンツを描画する方法を示します。 また、これらのコマンドを発行する前に、コンピューティング シェーダーの GPU でこれらのコマンドを操作する方法も示します。

このサンプルでは、1024 の描画呼び出しを記述するコマンド バッファーを作成します。 各描画呼び出しでは、ランダムな色、位置、速度を持つ三角形がレンダリングされます。 三角形は、画面全体で無限にアニメーション化されます。 このサンプルには 2 つのモードがあります。 最初のモードでは、コンピューティング シェーダーは間接コマンドを検査し、実行する必要があるコマンドを記述する順序なしアクセス ビュー (UAV) にそのコマンドを追加するかどうかを決定します。 2 番目のモードでは、すべてのコマンドが単純に実行されます。 Space キーを押すと、モードが切り替わります。

間接コマンドを定義する

最初に、間接コマンドの外観を定義します。 このサンプルでは、次のコマンドを実行します。

1. 定数バッファー ビュー (CBV) を更新します。 2. 三角形を描画します。

これらの描画コマンドは、D3D12ExecuteIndirect クラス定義の次の構造で表されます。 コマンドは、この構造体で定義されている順序で順番に実行されます。

  
// Data structure to match the command signature used for ExecuteIndirect.
struct IndirectCommand
{
       D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS cbv;
       D3D12_DRAW_ARGUMENTS drawArguments;
};
通話フロー パラメーター
D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS (単に UINT64)
D3D12_DRAW_ARGUMENTS

 

データ構造に付随するために、ExecuteIndirect API に渡されたデータを解釈する方法を GPU に指示するコマンド シグネチャも作成されます。 このコードと次のほとんどのコードは、LoadAssets メソッドに追加されます。

// Create the command signature used for indirect drawing.
{
       // Each command consists of a CBV update and a DrawInstanced call.
       D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_DESC argumentDescs[2] = {};
       argumentDescs[0].Type = D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_CONSTANT_BUFFER_VIEW;
       argumentDescs[0].ConstantBufferView.RootParameterIndex = Cbv;
       argumentDescs[1].Type = D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DRAW;

       D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC commandSignatureDesc = {};
       commandSignatureDesc.pArgumentDescs = argumentDescs;
       commandSignatureDesc.NumArgumentDescs = _countof(argumentDescs);
       commandSignatureDesc.ByteStride = sizeof(IndirectCommand);

       ThrowIfFailed(m_device->CreateCommandSignature(&commandSignatureDesc, m_rootSignature.Get(), IID_PPV_ARGS(&m_commandSignature)));
}
通話フロー パラメーター
D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_DESC D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE
D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC
CreateCommandSignature

 

グラフィックスを作成し、ルート署名を計算する

グラフィックスと計算ルート署名の両方も作成します。 グラフィックス ルート署名はルート CBV を定義するだけです。 このルート パラメーターのインデックスは、コマンドシグネチャが定義されている場合に D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_DESC (上図) にマップされることに注意してください。 コンピューティング ルート署名では、次のものが定義されます。

  • 3 つのスロット (2 つの SRV と 1 つの UAV) を含む共通記述子テーブル:
    • 1 つの SRV で定数バッファーがコンピューティング シェーダーに公開される
    • 1 つの SRV でコマンド バッファーがコンピューティング シェーダーに公開される
    • UAV は、コンピュート シェーダーが表示される三角形のコマンドを保存する場所です
  • 4 つのルート定数:
    • 三角形の片側の幅の半分
    • 三角形の頂点の z 位置
    • 同種空間におけるカリング平面の +/- x オフセット [-1,1]
    • コマンド バッファー内の間接コマンドの数
// Create the root signatures.
{
       CD3DX12_ROOT_PARAMETER rootParameters[GraphicsRootParametersCount];
       rootParameters[Cbv].InitAsConstantBufferView(0, 0, D3D12_SHADER_VISIBILITY_VERTEX);

       CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC rootSignatureDesc;
       rootSignatureDesc.Init(_countof(rootParameters), rootParameters, 0, nullptr, D3D12_ROOT_SIGNATURE_FLAG_ALLOW_INPUT_ASSEMBLER_INPUT_LAYOUT);

       ComPtr<ID3DBlob> signature;
       ComPtr<ID3DBlob> error;
       ThrowIfFailed(D3D12SerializeRootSignature(&rootSignatureDesc, D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION_1, &signature, &error));
       ThrowIfFailed(m_device->CreateRootSignature(0, signature->GetBufferPointer(), signature->GetBufferSize(), IID_PPV_ARGS(&m_rootSignature)));

       // Create compute signature.
       CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE ranges[2];
       ranges[0].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_SRV, 2, 0);
       ranges[1].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_UAV, 1, 0);

       CD3DX12_ROOT_PARAMETER computeRootParameters[ComputeRootParametersCount];
       computeRootParameters[SrvUavTable].InitAsDescriptorTable(2, ranges);
       computeRootParameters[RootConstants].InitAsConstants(4, 0);

       CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC computeRootSignatureDesc;
       computeRootSignatureDesc.Init(_countof(computeRootParameters), computeRootParameters);

       ThrowIfFailed(D3D12SerializeRootSignature(&computeRootSignatureDesc, D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION_1, &signature, &error));
       ThrowIfFailed(m_device->CreateRootSignature(0, signature->GetBufferPointer(), signature->GetBufferSize(), IID_PPV_ARGS(&m_computeRootSignature)));
}
通話フロー パラメーター
CD3DX12_ROOT_PARAMETER D3D12_SHADER_VISIBILITY
CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC D3D12_ROOT_SIGNATURE_FLAGS
ID3DBlob
D3D12SerializeRootSignature D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION
CreateRootSignature
CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE
CD3DX12_ROOT_PARAMETER D3D12_SHADER_VISIBILITY
CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC D3D12_ROOT_SIGNATURE_FLAGS
ID3DBlob
D3D12SerializeRootSignature D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION
CreateRootSignature

 

コンピューティング シェーダーのシェーダー リソース ビュー (SRV) を作成する

パイプライン状態オブジェクト、頂点バッファー、深度ステンシル、および定数バッファーを作成した後、サンプルは定数バッファーのシェーダー リソース ビュー (SRV) を作成して、計算シェーダーが定数バッファー内のデータにアクセスできるようにします。

// Create shader resource views (SRV) of the constant buffers for the
// compute shader to read from.
       D3D12_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc = {};
       srvDesc.Format = DXGI_FORMAT_UNKNOWN;
       srvDesc.ViewDimension = D3D12_SRV_DIMENSION_BUFFER;
       srvDesc.Shader4ComponentMapping = D3D12_DEFAULT_SHADER_4_COMPONENT_MAPPING;
       srvDesc.Buffer.NumElements = TriangleCount;
       srvDesc.Buffer.StructureByteStride = sizeof(ConstantBufferData);
       srvDesc.Buffer.Flags = D3D12_BUFFER_SRV_FLAG_NONE;

       CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE cbvSrvHandle(m_cbvSrvUavHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart(), CbvSrvOffset, m_cbvSrvUavDescriptorSize);
       for (UINT frame = 0; frame < FrameCount; frame++)
       {
              srvDesc.Buffer.FirstElement = frame * TriangleCount;
              m_device->CreateShaderResourceView(m_constantBuffer.Get(), &srvDesc, cbvSrvHandle);
              cbvSrvHandle.Offset(CbvSrvUavDescriptorCountPerFrame, m_cbvSrvUavDescriptorSize);
       }
通話フロー パラメーター
D3D12_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC
DXGI_FORMAT
D3D12_SRV_DIMENSION
D3D12_DEFAULT_SHADER_4_COMPONENT_MAPPING
CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE GetCPUDescriptorHandleForHeapStart
CreateShaderResourceView

 

間接コマンド バッファーを作成する

次に、間接コマンド バッファーを作成し、次のコードを使用してコンテンツを定義します。 同じ三角形の頂点を 1024 回描画しますが、描画呼び出しごとに異なる定数バッファー位置を指します。

       D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS gpuAddress = m_constantBuffer->GetGPUVirtualAddress();
       UINT commandIndex = 0;

       for (UINT frame = 0; frame < FrameCount; frame++)
       {
              for (UINT n = 0; n < TriangleCount; n++)
              {
                    commands[commandIndex].cbv = gpuAddress;
                    commands[commandIndex].drawArguments.VertexCountPerInstance = 3;
                    commands[commandIndex].drawArguments.InstanceCount = 1;
                    commands[commandIndex].drawArguments.StartVertexLocation = 0;
                    commands[commandIndex].drawArguments.StartInstanceLocation = 0;

                    commandIndex++;
                    gpuAddress += sizeof(ConstantBufferData);
              }
       }
通話フロー パラメーター
D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS GetGPUVirtualAddress

 

GPU にコマンド バッファーをアップロードした後、読み取るコンピューティング シェーダー用の SRV も作成します。 これは、定数バッファーで作成された SRV とよく似ています。

// Create SRVs for the command buffers.
       D3D12_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc = {};
       srvDesc.Format = DXGI_FORMAT_UNKNOWN;
       srvDesc.ViewDimension = D3D12_SRV_DIMENSION_BUFFER;
       srvDesc.Shader4ComponentMapping = D3D12_DEFAULT_SHADER_4_COMPONENT_MAPPING;
       srvDesc.Buffer.NumElements = TriangleCount;
       srvDesc.Buffer.StructureByteStride = sizeof(IndirectCommand);
       srvDesc.Buffer.Flags = D3D12_BUFFER_SRV_FLAG_NONE;

       CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE commandsHandle(m_cbvSrvUavHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart(), CommandsOffset, m_cbvSrvUavDescriptorSize);
       for (UINT frame = 0; frame < FrameCount; frame++)
       {
              srvDesc.Buffer.FirstElement = frame * TriangleCount;
              m_device->CreateShaderResourceView(m_commandBuffer.Get(), &srvDesc, commandsHandle);
              commandsHandle.Offset(CbvSrvUavDescriptorCountPerFrame, m_cbvSrvUavDescriptorSize);
       }
通話フロー パラメーター
D3D12_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC
DXGI_FORMAT
D3D12_SRV_DIMENSION
D3D12_DEFAULT_SHADER_4_COMPONENT_MAPPING
D3D12_BUFFER_SRV_FLAG
CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE GetCPUDescriptorHandleForHeapStart
CreateShaderResourceView

 

コンピューティング UAV を作成する

コンピューティング処理の結果を格納する UAV を作成する必要があります。 計算シェーダーによってレンダー ターゲットに表示されると見なされた三角形は、この UAV に追加され、ExecuteIndirect API によって使用されます。

CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE processedCommandsHandle(m_cbvSrvUavHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart(), ProcessedCommandsOffset, m_cbvSrvUavDescriptorSize);
for (UINT frame = 0; frame < FrameCount; frame++)
{
       // Allocate a buffer large enough to hold all of the indirect commands
       // for a single frame as well as a UAV counter.
       commandBufferDesc = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(CommandBufferSizePerFrame + sizeof(UINT), D3D12_RESOURCE_FLAG_ALLOW_UNORDERED_ACCESS);
       CD3DX12_HEAP_PROPERTIES heapProps(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT);
       ThrowIfFailed(m_device->CreateCommittedResource(
             &heapProps,
             D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
             &commandBufferDesc,
             D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST,
             nullptr,
             IID_PPV_ARGS(&m_processedCommandBuffers[frame])));

       D3D12_UNORDERED_ACCESS_VIEW_DESC uavDesc = {};
       uavDesc.Format = DXGI_FORMAT_UNKNOWN;
       uavDesc.ViewDimension = D3D12_UAV_DIMENSION_BUFFER;
       uavDesc.Buffer.FirstElement = 0;
       uavDesc.Buffer.NumElements = TriangleCount;
       uavDesc.Buffer.StructureByteStride = sizeof(IndirectCommand);
       uavDesc.Buffer.CounterOffsetInBytes = CommandBufferSizePerFrame;
       uavDesc.Buffer.Flags = D3D12_BUFFER_UAV_FLAG_NONE;

       m_device->CreateUnorderedAccessView(
             m_processedCommandBuffers[frame].Get(),
             m_processedCommandBuffers[frame].Get(),
             &uavDesc,
             processedCommandsHandle);

       processedCommandsHandle.Offset(CbvSrvUavDescriptorCountPerFrame, m_cbvSrvUavDescriptorSize);
}
通話フロー パラメーター
CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE GetCPUDescriptorHandleForHeapStart
CD3DX12_RESOURCE_DESC D3D12_RESOURCE_FLAGS
CreateCommittedResource
CD3DX12_HEAP_PROPERTIES
D3D12_HEAP_TYPE
D3D12_HEAP_FLAG
D3D12_RESOURCE_STATES
D3D12_UNORDERED_ACCESS_VIEW_DESC
DXGI_FORMAT
D3D12_UAV_DIMENSION
D3D12_BUFFER_UAV_FLAGS
CreateUnorderedAccessView

 

フレームの描画

フレームを描画するときに、コンピューティング シェーダーが呼び出され、間接コマンドが GPU によって処理されているモードの場合は、まず、ExecuteIndirectのコマンド バッファー設定する作業を行う Dispatchします。 次のコード スニペットは、PopulateCommandLists メソッドに追加されます。

// Record the compute commands that will cull triangles and prevent them from being processed by the vertex shader.
if (m_enableCulling)
{
       UINT frameDescriptorOffset = m_frameIndex * CbvSrvUavDescriptorCountPerFrame;
       D3D12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE cbvSrvUavHandle = m_cbvSrvUavHeap->GetGPUDescriptorHandleForHeapStart();

       m_computeCommandList->SetComputeRootSignature(m_computeRootSignature.Get());

       ID3D12DescriptorHeap* ppHeaps[] = { m_cbvSrvUavHeap.Get() };
       m_computeCommandList->SetDescriptorHeaps(_countof(ppHeaps), ppHeaps);

       m_computeCommandList->SetComputeRootDescriptorTable(
              SrvUavTable,
              CD3DX12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE(cbvSrvUavHandle, CbvSrvOffset + frameDescriptorOffset, m_cbvSrvUavDescriptorSize));

       m_computeCommandList->SetComputeRoot32BitConstants(RootConstants, 4, reinterpret_cast<void*>(&m_csRootConstants), 0);

       // Reset the UAV counter for this frame.
       m_computeCommandList->CopyBufferRegion(m_processedCommandBuffers[m_frameIndex].Get(), CommandBufferSizePerFrame, m_processedCommandBufferCounterReset.Get(), 0, sizeof(UINT));

       D3D12_RESOURCE_BARRIER barrier = CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(m_processedCommandBuffers[m_frameIndex].Get(), D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST, D3D12_RESOURCE_STATE_UNORDERED_ACCESS);
       m_computeCommandList->ResourceBarrier(1, &barrier);

       m_computeCommandList->Dispatch(static_cast<UINT>(ceil(TriangleCount / float(ComputeThreadBlockSize))), 1, 1);
}

ThrowIfFailed(m_computeCommandList->Close());
通話フロー パラメーター
D3D12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE GetGPUDescriptorHandleForHeapStartする
SetComputeRootSignature
ID3D12DescriptorHeap
SetDescriptorHeaps
SetComputeRootDescriptorTable CD3DX12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE
SetComputeRoot32BitConstants
CopyBufferRegion
D3D12_RESOURCE_BARRIER
CD3DX12_RESOURCE_BARRIER
D3D12_RESOURCE_STATES
ResourceBarrier
ディスパッチ
閉じる

 

次に、UAV (GPU カリングが有効) または完全なコマンド バッファー (GPU カリングが無効) のいずれかでコマンドを実行します。

// Record the rendering commands.
{
       // Set necessary state.
       m_commandList->SetGraphicsRootSignature(m_rootSignature.Get());

       ID3D12DescriptorHeap* ppHeaps[] = { m_cbvSrvUavHeap.Get() };
       m_commandList->SetDescriptorHeaps(_countof(ppHeaps), ppHeaps);

       m_commandList->RSSetViewports(1, &m_viewport);
       m_commandList->RSSetScissorRects(1, m_enableCulling ? &m_cullingScissorRect : &m_scissorRect);

       // Indicate that the command buffer will be used for indirect drawing
       // and that the back buffer will be used as a render target.
       D3D12_RESOURCE_BARRIER barriers[2] = {
              CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(
                    m_enableCulling ? m_processedCommandBuffers[m_frameIndex].Get() : m_commandBuffer.Get(),
                    m_enableCulling ? D3D12_RESOURCE_STATE_UNORDERED_ACCESS : D3D12_RESOURCE_STATE_NON_PIXEL_SHADER_RESOURCE,
                    D3D12_RESOURCE_STATE_INDIRECT_ARGUMENT),
              CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(
                    m_renderTargets[m_frameIndex].Get(),
                    D3D12_RESOURCE_STATE_PRESENT,
                    D3D12_RESOURCE_STATE_RENDER_TARGET)
       };

       m_commandList->ResourceBarrier(_countof(barriers), barriers);

       CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE rtvHandle(m_rtvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart(), m_frameIndex, m_rtvDescriptorSize);
       CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE dsvHandle(m_dsvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart());
       m_commandList->OMSetRenderTargets(1, &rtvHandle, FALSE, &dsvHandle);

       // Record commands.
       const float clearColor[] = { 0.0f, 0.2f, 0.4f, 1.0f };
       m_commandList->ClearRenderTargetView(rtvHandle, clearColor, 0, nullptr);
       m_commandList->ClearDepthStencilView(dsvHandle, D3D12_CLEAR_FLAG_DEPTH, 1.0f, 0, 0, nullptr);

       m_commandList->IASetPrimitiveTopology(D3D_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLESTRIP);
       m_commandList->IASetVertexBuffers(0, 1, &m_vertexBufferView);

       if (m_enableCulling)
       {
              // Draw the triangles that have not been culled.
              m_commandList->ExecuteIndirect(
                    m_commandSignature.Get(),
                    TriangleCount,
                    m_processedCommandBuffers[m_frameIndex].Get(),
                    0,
                    m_processedCommandBuffers[m_frameIndex].Get(),
                    CommandBufferSizePerFrame);
       }
       else
       {
              // Draw all of the triangles.
              m_commandList->ExecuteIndirect(
                    m_commandSignature.Get(),
                    TriangleCount,
                    m_commandBuffer.Get(),
                    CommandBufferSizePerFrame * m_frameIndex,
                    nullptr,
                    0);
       }

       // Indicate that the command buffer may be used by the compute shader
       // and that the back buffer will now be used to present.
       barriers[0].Transition.StateBefore = D3D12_RESOURCE_STATE_INDIRECT_ARGUMENT;
       barriers[0].Transition.StateAfter = m_enableCulling ? D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST : D3D12_RESOURCE_STATE_NON_PIXEL_SHADER_RESOURCE;
       barriers[1].Transition.StateBefore = D3D12_RESOURCE_STATE_RENDER_TARGET;
       barriers[1].Transition.StateAfter = D3D12_RESOURCE_STATE_PRESENT;

       m_commandList->ResourceBarrier(_countof(barriers), barriers);

       ThrowIfFailed(m_commandList->Close());
}
通話フロー パラメーター
SetGraphicsRootSignature
ID3D12DescriptorHeap
SetDescriptorHeaps
RSSetViewports
RSSetScissorRects
D3D12_RESOURCE_BARRIER
CD3DX12_RESOURCE_BARRIER
D3D12_RESOURCE_STATES
ResourceBarrier
CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE GetCPUDescriptorHandleForHeapStart
OMSetRenderTargets
ClearRenderTargetView
ClearDepthStencilView D3D12_CLEAR_FLAGS
IASetPrimitiveTopology D3D_PRIMITIVE_TOPOLOGY
IASetVertexBuffers
ExecuteIndirectする
ResourceBarrier D3D12_RESOURCE_STATES
閉じる

 

GPU カリング モードの場合、グラフィックス コマンド キューは、間接コマンドの実行を開始する前に、コンピューティング処理が完了するまで待機します。 OnRender メソッドに、次のスニペットが追加されます。

// Execute the compute work.
if (m_enableCulling)
{
       ID3D12CommandList* ppCommandLists[] = { m_computeCommandList.Get() };
       m_computeCommandQueue->ExecuteCommandLists(_countof(ppCommandLists), ppCommandLists);
       m_computeCommandQueue->Signal(m_computeFence.Get(), m_fenceValues[m_frameIndex]);

       // Execute the rendering work only when the compute work is complete.
       m_commandQueue->Wait(m_computeFence.Get(), m_fenceValues[m_frameIndex]);
}

// Execute the rendering work.
ID3D12CommandList* ppCommandLists[] = { m_commandList.Get() };
m_commandQueue->ExecuteCommandLists(_countof(ppCommandLists), ppCommandLists);
通話フロー パラメーター
ID3D12CommandList
ExecuteCommandLists
シグナル
wait
ID3D12CommandList
ExecuteCommandLists

 

サンプルを実行する

GPU プリミティブ カリングを含むサンプル。

gpu カリングスクリーン ショット

GPU プリミティブ カリングなしのサンプル。

gpu カリングスクリーン ショット

D3D12 コード のチュートリアル

DirectX の高度な学習ビデオ チュートリアル: 間接 GPU と非同期 GPU カリングの実行

間接描画 する