マルチエンジンの N 体重力シミュレーション
D3D12nBodyGravity サンプルでは、計算作業を非同期的に行う方法を示します。 このサンプルでは、それぞれが計算コマンド キューを持つスレッドの数をスピンアップし、n 体重力シミュレーションを実行する GPU 上で計算作業をスケジュールします。 各スレッドは、位置とベロシティのデータで埋まった 2 つのバッファーで動作します。 各反復で、計算シェーダーが一方のバッファーから現在の位置とベロシティのデータを読み取り、次の反復をもう一方のバッファーに書き込みます。 反復が完了すると、計算シェーダーは、位置/ベロシティのデータを読み取るための SRV であるバッファーと、位置/ベロシティの更新を書き込むための UAV であるバッファーを入れ替えるために、各バッファーでリソースの状態を変更します。
ルート署名の作成
まず、LoadAssets メソッドでグラフィックスと計算ルート署名の両方を作成します。 どちらのルート署名にも、ルート定数バッファー ビュー (CBV) とシェーダー リソース ビュー (SRV) 記述子テーブルがあります。 計算ルート署名には、順序指定されていないアクセス ビュー (UAV) 記述子テーブルもあります。
// Create the root signatures.
{
CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE ranges[2];
ranges[0].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_SRV, 1, 0);
ranges[1].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_UAV, 1, 0);
CD3DX12_ROOT_PARAMETER rootParameters[RootParametersCount];
rootParameters[RootParameterCB].InitAsConstantBufferView(0, 0, D3D12_SHADER_VISIBILITY_ALL);
rootParameters[RootParameterSRV].InitAsDescriptorTable(1, &ranges[0], D3D12_SHADER_VISIBILITY_VERTEX);
rootParameters[RootParameterUAV].InitAsDescriptorTable(1, &ranges[1], D3D12_SHADER_VISIBILITY_ALL);
// The rendering pipeline does not need the UAV parameter.
CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC rootSignatureDesc;
rootSignatureDesc.Init(_countof(rootParameters) - 1, 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. Must change visibility for the SRV.
rootParameters[RootParameterSRV].ShaderVisibility = D3D12_SHADER_VISIBILITY_ALL;
CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC computeRootSignatureDesc(_countof(rootParameters), rootParameters, 0, nullptr);
ThrowIfFailed(D3D12SerializeRootSignature(&computeRootSignatureDesc, D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION_1, &signature, &error));
ThrowIfFailed(m_device->CreateRootSignature(0, signature->GetBufferPointer(), signature->GetBufferSize(), IID_PPV_ARGS(&m_computeRootSignature)));
}
SRV バッファーと UAV バッファーの作成
SRV バッファーと UAV バッファーは、位置とベロシティのデータの配列で構成されます。
// Position and velocity data for the particles in the system.
// Two buffers full of Particle data are utilized in this sample.
// The compute thread alternates writing to each of them.
// The render thread renders using the buffer that is not currently
// in use by the compute shader.
struct Particle
{
XMFLOAT4 position;
XMFLOAT4 velocity;
};
| 呼び出しフロー | パラメーター |
|---|---|
| XMFLOAT4 |
CBV バッファーと頂点バッファーの作成
グラフィックス パイプラインでの CBV はジオメトリ シェーダーで使用される 2 つの行列を含んだ構造体です。 ジオメトリ シェーダーは、システムの各パーティクルの位置を取得し、これらの行列を使用してそれを表すクアッドを生成します。
struct ConstantBufferGS
{
XMMATRIX worldViewProjection;
XMMATRIX inverseView;
// Constant buffers are 256-byte aligned in GPU memory. Padding is added
// for convenience when computing the struct's size.
float padding[32];
};
| 呼び出しフロー | パラメーター |
|---|---|
| XMMATRIX |
結果として、頂点シェーダーで使用される頂点バッファーには、実際には位置データが格納されません。
// "Vertex" definition for particles. Triangle vertices are generated
// by the geometry shader. Color data will be assigned to those
// vertices via this struct.
struct ParticleVertex
{
XMFLOAT4 color;
};
| 呼び出しフロー | パラメーター |
|---|---|
| XMFLOAT4 |
計算パイプラインでの CBV は、計算シェーダーでの n 体重力シミュレーションで使用される複数の定数を含んだ構造体です。
struct ConstantBufferCS
{
UINT param[4];
float paramf[4];
};
レンダリング スレッドと計算スレッドの同期
バッファーがすべて初期化された後に、レンダリングと計算の作業が開始されます。 計算スレッドは、シミュレーションで反復するときに、SRV と UAV の間を往復しながら 2 つの位置/ベロシティ バッファーの状態を変更します。レンダリング スレッドは、SRV で動作するグラフィックス パイプラインでの作業を確実にスケジュールする必要があります。 2 つのバッファーへのアクセスを同期するために、フェンスが使用されます。
レンダリング スレッドでの処理:
// Render the scene.
void D3D12nBodyGravity::OnRender()
{
// Let the compute thread know that a new frame is being rendered.
for (int n = 0; n < ThreadCount; n++)
{
InterlockedExchange(&m_renderContextFenceValues[n], m_renderContextFenceValue);
}
// Compute work must be completed before the frame can render or else the SRV
// will be in the wrong state.
for (UINT n = 0; n < ThreadCount; n++)
{
UINT64 threadFenceValue = InterlockedGetValue(&m_threadFenceValues[n]);
if (m_threadFences[n]->GetCompletedValue() < threadFenceValue)
{
// Instruct the rendering command queue to wait for the current
// compute work to complete.
ThrowIfFailed(m_commandQueue->Wait(m_threadFences[n].Get(), threadFenceValue));
}
}
// Record all the commands we need to render the scene into the command list.
PopulateCommandList();
// Execute the command list.
ID3D12CommandList* ppCommandLists[] = { m_commandList.Get() };
m_commandQueue->ExecuteCommandLists(_countof(ppCommandLists), ppCommandLists);
// Present the frame.
ThrowIfFailed(m_swapChain->Present(0, 0));
MoveToNextFrame();
}
| 呼び出しフロー | パラメーター |
|---|---|
| InterlockedExchange | |
| InterlockedGetValue | |
| GetCompletedValue | |
| Wait | |
| ID3D12CommandList | |
| ExecuteCommandLists | |
| IDXGISwapChain1::Present1 |
サンプルを単純化するために、計算スレッドでは GPU が各反復を完了するのを待ってから、以降の計算作業をスケジュールしています。 実際には、GPU のパフォーマンスを最大化するために、アプリケーションが計算キューをフルの状態に保つことになります。
計算スレッドでの処理:
DWORD D3D12nBodyGravity::AsyncComputeThreadProc(int threadIndex)
{
ID3D12CommandQueue* pCommandQueue = m_computeCommandQueue[threadIndex].Get();
ID3D12CommandAllocator* pCommandAllocator = m_computeAllocator[threadIndex].Get();
ID3D12GraphicsCommandList* pCommandList = m_computeCommandList[threadIndex].Get();
ID3D12Fence* pFence = m_threadFences[threadIndex].Get();
while (0 == InterlockedGetValue(&m_terminating))
{
// Run the particle simulation.
Simulate(threadIndex);
// Close and execute the command list.
ThrowIfFailed(pCommandList->Close());
ID3D12CommandList* ppCommandLists[] = { pCommandList };
pCommandQueue->ExecuteCommandLists(1, ppCommandLists);
// Wait for the compute shader to complete the simulation.
UINT64 threadFenceValue = InterlockedIncrement(&m_threadFenceValues[threadIndex]);
ThrowIfFailed(pCommandQueue->Signal(pFence, threadFenceValue));
ThrowIfFailed(pFence->SetEventOnCompletion(threadFenceValue, m_threadFenceEvents[threadIndex]));
WaitForSingleObject(m_threadFenceEvents[threadIndex], INFINITE);
// Wait for the render thread to be done with the SRV so that
// the next frame in the simulation can run.
UINT64 renderContextFenceValue = InterlockedGetValue(&m_renderContextFenceValues[threadIndex]);
if (m_renderContextFence->GetCompletedValue() < renderContextFenceValue)
{
ThrowIfFailed(pCommandQueue->Wait(m_renderContextFence.Get(), renderContextFenceValue));
InterlockedExchange(&m_renderContextFenceValues[threadIndex], 0);
}
// Swap the indices to the SRV and UAV.
m_srvIndex[threadIndex] = 1 - m_srvIndex[threadIndex];
// Prepare for the next frame.
ThrowIfFailed(pCommandAllocator->Reset());
ThrowIfFailed(pCommandList->Reset(pCommandAllocator, m_computeState.Get()));
}
return 0;
}
サンプルを実行する
