上传不同类型的资源

项目
08/07/2024

演示如何使用一个缓冲区将常量缓冲区数据和顶点缓冲区数据上传到 GPU，以及如何在缓冲区中正确地二次分配和放置数据。使用单一缓冲区提高了内存使用的灵活性，并使应用程序能更严格地控制内存使用。还显示了 Direct3D 11 和 Direct3D 12 模型在上传不同类型资源时的差异。

上传不同类型的资源

在 Direct3D 12 中，可以创建一个缓冲区来容纳用于上传的不同类型的资源数据，并以类似的方式将资源数据复制到相同的缓冲区，以容纳不同的资源数据。然后创建单独的视图，以便在 Direct3D 12 资源绑定模型中将这些资源数据绑定到图形管道。

在 Direct3D 11 中，需要为不同类型的资源数据创建单独的缓冲区（注意下面 Direct3D 11 示例代码中使用的不同 BindFlags），将每个资源缓冲区明确绑定到图形管道，并根据不同的资源类型使用不同的方法更新资源数据。

在 Direct3D 12 和 Direct3D 11 中，应该只使用上传资源，CPU 将写入一次数据，GPU 将读取一次数据。

在某些情况下，

GPU 会多次读取数据，或者
GPU 无法线性读取数据，或者
呈现已经明显受到 GPU 的限制。

在这些情况下，更好的选择可能是使用 ID3D12GraphicsCommandList::CopyTextureRegion 或 ID3D12GraphicsCommandList::CopyBufferRegion 将上传缓冲区数据复制到默认资源。

默认资源可以驻留在离散 GPU 上的物理视频内存中。

代码示例：Direct3D 11

// Direct3D 11: Separate buffers for each resource type.

void main()
{
    // ...

    // Create a constant buffer.
    float constantBufferData[] = ...;

    D3D11_BUFFER_DESC constantBufferDesc = {0};  
    constantBufferDesc.ByteWidth = sizeof(constantBufferData);  
    constantBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DYNAMIC;  
    constantBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER;  
    constantBufferDesc.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_WRITE;  

    ComPtr<ID3D11Buffer> constantBuffer;
    d3dDevice->CreateBuffer(  
        &constantBufferDesc,  
        NULL,
        &constantBuffer  
        );

    // Create a vertex buffer.
    float vertexBufferData[] = ...;

    D3D11_BUFFER_DESC vertexBufferDesc = { 0 };
    vertexBufferDesc.ByteWidth = sizeof(vertexBufferData);
    vertexBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DYNAMIC;
    vertexBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;

    ComPtr<ID3D11Buffer> vertexBuffer;
    d3dDevice->CreateBuffer(
        &vertexBufferDesc,
        NULL,
        &vertexBuffer
        );

    // ...
}

void DrawFrame()
{
    // ...

    // Bind buffers to the graphics pipeline.
    d3dDeviceContext->VSSetConstantBuffers(0, 1, constantBuffer.Get());
    d3dDeviceContext->IASetVertexBuffers(0, 1, vertexBuffer.Get(), ...);

    // Update the constant buffer.
    D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedResource;  
    d3dDeviceContext->Map(
        constantBuffer.Get(),
        0, 
        D3D11_MAP_WRITE_DISCARD,
        0,
        &mappedResource
        );
    memcpy(mappedResource.pData, constantBufferData,
        sizeof(contatnBufferData));
    d3dDeviceContext->Unmap(constantBuffer.Get(), 0);  

    // Update the vertex buffer.
    d3dDeviceContext->UpdateSubresource(
        vertexBuffer.Get(),
        0,
        NULL,
        vertexBufferData,
        sizeof(vertexBufferData),
        0
    );

    // ...
}

代码示例：Direct3D 12

// Direct3D 12: One buffer to accommodate different types of resources

ComPtr<ID3D12Resource> m_spUploadBuffer;
UINT8* m_pDataBegin = nullptr;    // starting position of upload buffer
UINT8* m_pDataCur = nullptr;      // current position of upload buffer
UINT8* m_pDataEnd = nullptr;      // ending position of upload buffer

void main()
{
    //
    // Initialize an upload buffer
    //

    InitializeUploadBuffer(64 * 1024);

    // ...
}

void DrawFrame()
{
    // ...

    // Set vertices data to the upload buffer.

    float vertices[] = ...;
    UINT verticesOffset = 0;
    ThrowIfFailed(
        SetDataToUploadBuffer(
            vertices, sizeof(float), sizeof(vertices) / sizeof(float),
            sizeof(float), 
            verticesOffset
            ));

    // Set constant data to the upload buffer.

    float constants[] = ...;
    UINT constantsOffset = 0;
    ThrowIfFailed(
        SetDataToUploadBuffer(
            constants, sizeof(float), sizeof(constants) / sizeof(float), 
            D3D12_CONSTANT_BUFFER_DATA_PLACEMENT_ALIGNMENT, 
            constantsOffset
            ));

    // Create vertex buffer views for the new binding model.

    D3D12_VERTEX_BUFFER_VIEW vertexBufferViewDesc = {
        m_spUploadBuffer->GetGPUVirtualAddress() + verticesOffset,
        sizeof(vertices), // size
        sizeof(float) * 4,  // stride
    };

    commandList->IASetVertexBuffers( 
        0,
        1,
        &vertexBufferViewDesc,
        ));

    // Create constant buffer views for the new binding model.

    D3D12_CONSTANT_BUFFER_VIEW_DESC constantBufferViewDesc = {
        m_spUploadBuffer->GetGPUVirtualAddress() + constantsOffset,
        sizeof(constants) // size
         };

    d3dDevice->CreateConstantBufferView(
        &constantBufferViewDesc,
        ...
        ));

    // Continue command list building and execution ...
}

//
// Create an upload buffer and keep it always mapped.
//

HRESULT InitializeUploadBuffer(SIZE_T uSize)
{
    HRESULT hr = d3dDevice->CreateCommittedResource(
         &CD3DX12_HEAP_PROPERTIES( D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD ),    
               D3D12_HEAP_FLAG_NONE, 
               &CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer( uSize ), 
               D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ, nullptr,  
               IID_PPV_ARGS( &m_spUploadBuffer ) );

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        void* pData;
        //
        // No CPU reads will be done from the resource.
        //
        CD3DX12_RANGE readRange(0, 0);
        m_spUploadBuffer->Map( 0, &readRange, &pData ); 
        m_pDataCur = m_pDataBegin = reinterpret_cast< UINT8* >( pData );
        m_pDataEnd = m_pDataBegin + uSize;
    }
    return hr;
}

//
// Sub-allocate from the buffer, with offset aligned.
//

HRESULT SuballocateFromBuffer(SIZE_T uSize, UINT uAlign)
{
    m_pDataCur = reinterpret_cast< UINT8* >(
        Align(reinterpret_cast< SIZE_T >(m_pDataCur), uAlign)
        );

    return (m_pDataCur + uSize > m_pDataEnd) ? E_INVALIDARG : S_OK;
}

//
// Place and copy data to the upload buffer.
//

HRESULT SetDataToUploadBuffer(
    const void* pData, 
    UINT bytesPerData, 
    UINT dataCount, 
    UINT alignment, 
    UINT& byteOffset
    )
{
    SIZE_T byteSize = bytesPerData * dataCount;
    HRESULT hr = SuballocateFromBuffer(byteSize, alignment);
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        byteOffset = UINT(m_pDataCur - m_pDataBegin);
        memcpy(m_pDataCur, pData, byteSize); 
        m_pDataCur += byteSize;
    }
    return hr;
}

//
// Align uLocation to the next multiple of uAlign.
//

UINT Align(UINT uLocation, UINT uAlign)
{
    if ( (0 == uAlign) || (uAlign & (uAlign-1)) )
    {
        ThrowException("non-pow2 alignment");
    }

    return ( (uLocation + (uAlign-1)) & ~(uAlign-1) );
}

请注意帮助程序结构 CD3DX12_HEAP_PROPERTIES 和 CD3DX12_RESOURCE_DESC 的用法。

常量

要在上传或回读堆中设置常量、顶点和索引，请使用以下 API。

资源

资源是 Direct3D 的概念，它抽象化了 GPU 物理内存的使用。资源需要 GPU 虚拟地址空间来访问物理内存。资源创建是自由线程。

Direct3D 12 在虚拟地址创建和灵活性方面有三种资源。

提交的资源

承诺资源是历代 Direct3D 资源最常见的概念。创建此类资源会分配虚拟地址范围（足以容纳整个资源的隐式堆），并将虚拟地址范围提交由堆封装的物理内存。必须传递隐式堆属性，以便与以前的 Direct3D 版本在功能上保持一致。请参阅 ID3D12Device::CreateCommittedResource。

预留的资源

预留资源相当于 Direct3D 11 的平铺资源。创建时，仅分配虚拟地址范围，并且不会将其映射到任何堆。应用程序稍后会将此类资源映射到堆。此类资源的功能目前与 Direct3D 11 相同，因为它们可以通过 UpdateTileMappings 以 64KB 的磁贴粒度映射到堆。请参阅 ID3D12Device::CreateReservedResource。

放置的资源

Direct3D 12 的新功能是创建独立于资源的堆。之后就可以在一个堆中找到多个资源。可以在不创建平铺或预留资源的情况下做到这一点，从而使应用程序能够直接创建所有资源类型的功能。多个资源可能会重叠，必须使用 ID3D12GraphicsCommandList::ResourceBarrier 来正确重新使用物理内存。请参阅 ID3D12Device::CreatePlacedResource。

资源大小反射

必须使用资源大小反射来了解未知纹理布局的纹理在堆中需要多少空间。还支持缓冲区，但主要是为了方便起见。

应注意主要的排列差异，以帮助更密集地打包资源。

例如，具有一个字节缓冲区的单元素数组返回 Size 为 64KB，Alignment 为 64KB，因为缓冲区只能按 64KB 对齐。

此外，具有两个单纹素 64 KB 对齐纹理和单纹素 4 MB 对齐纹理的三元素数组根据数组顺序报告了不同的大小。如果 4MB 对齐纹理位于中间，那么 Size 的结果就是 12MB。否则，生成的大小为 8 MB。返回的 Alignment 总是 4MB，是资源数组中所有排列的超集。

引用以下 API。

缓冲区对齐

缓冲区对齐限制与 Direct3D 11 相比没有明显变化：

对于多重采样纹理，则为 4 MB。
对于单采样纹理和缓冲区，则为 64 KB。

缓冲区中的二次分配

通过

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