Динамическое индексирование с помощью HLSL 5.1

Пример D3D12DynamicIndexing демонстрирует некоторые новые функции HLSL, доступные в модели шейдера 5.1, особенно динамическое индексирование и неограниченные массивы, которые используются для повторного отображения одной и той же сетки несколько раз, каждый раз визуализируя её с динамически выбранным материалом. Благодаря динамическому индексированию шейдеры теперь могут индексировать массив, не зная значения индекса на этапе компиляции. В сочетании с неограниченными массивами это добавляет еще один уровень косвенности и гибкости для авторов шейдеров и графических процессов.

• Настройка шейдера пикселей
• Настройка корневой подписи
• Создание текстур
• Отправить данные текстуры
• Загрузка диффузной текстуры
• Создайте пример
• динамическое изменение индекса корневого параметра
• Запустите пример
• Связанные темы

Настройка шейдера пикселей

Сначала рассмотрим сам шейдер, который для этого примера является шейдером пикселей.

Texture2D        g_txDiffuse : register(t0);
Texture2D        g_txMats[]  : register(t1);
SamplerState     g_sampler   : register(s0);

struct PSSceneIn
{
    float4 pos : SV_Position;
    float2 tex : TEXCOORD0;
};

struct MaterialConstants
{
    uint matIndex;  // Dynamically set index for looking up from g_txMats[].
};
ConstantBuffer<MaterialConstants> materialConstants : register(b0, space0);

float4 PSSceneMain(PSSceneIn input) : SV_Target
{
    float3 diffuse = g_txDiffuse.Sample(g_sampler, input.tex).rgb;
    float3 mat = g_txMats[materialConstants.matIndex].Sample(g_sampler, input.tex).rgb;
    return float4(diffuse * mat, 1.0f);
}

Функция необвязанного массива иллюстрируется массивом g_txMats[], так как он не указывает размер массива. Динамическое индексирование используется для индексирования g_txMats[] с помощью matIndex, который определён как корневая константа. Шейдер не знает о размере или массиве или значении индекса во время компиляции. Оба атрибута определяются в корневой сигнатуре объекта состояния конвейера, используемого с шейдером.

Чтобы воспользоваться преимуществами функций динамического индексирования в HLSL, необходимо скомпилировать шейдер с помощью SM 5.1. Кроме того, чтобы использовать несвязанные массивы, необходимо также использовать флаг /enable_unbounded_descriptor_tables. Следующие параметры командной строки используются для компиляции этого шейдера с помощью средства Effect-Compiler (FXC):

fxc /Zi /E"PSSceneMain" /Od /Fo"dynamic_indexing_pixel.cso" /ps"_5_1" /nologo /enable_unbounded_descriptor_tables

Настройка корневой подписи

Теперь давайте посмотрим на определение корневой подписи, в частности, как мы определяем размер неограниченного массива и связываем корневую константу с matIndex. Для шейдера пикселей мы определяем три вещи: таблицу дескриптора для SRVs (наши текстуры2D), таблицу дескриптора для Samplers и одну корневую константу. Таблица дескрипторов для наших SRVs содержит CityMaterialCount + 1 записей. CityMaterialCount является константой, определяющей длину g_txMats[], а + 1 — для g_txDiffuse. Таблица дескрипторов для наших сэмплеров содержит только одну запись, и мы определяем только одно 32-битное значение корневой константы с помощью InitAsConstants(...) в методе LoadAssets.

 // Create the root signature.
    {
        CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE ranges[3];
        ranges[0].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_SRV, 1 + CityMaterialCount, 0);  // Diffuse texture + array of materials.
        ranges[1].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_SAMPLER, 1, 0);
        ranges[2].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_CBV, 1, 0);

        CD3DX12_ROOT_PARAMETER rootParameters[4];
        rootParameters[0].InitAsDescriptorTable(1, &ranges[0], D3D12_SHADER_VISIBILITY_PIXEL);
        rootParameters[1].InitAsDescriptorTable(1, &ranges[1], D3D12_SHADER_VISIBILITY_PIXEL);
        rootParameters[2].InitAsDescriptorTable(1, &ranges[2], D3D12_SHADER_VISIBILITY_VERTEX);
        rootParameters[3].InitAsConstants(1, 0, 0, D3D12_SHADER_VISIBILITY_PIXEL);

        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)));
    }

Создание текстур

Содержимое g_txMats[] — это процедурно сгенерированные текстуры, созданные в LoadAssets. Каждый город, показанный на сцене, использует одну и ту же диффузную текстуру, но также имеет собственную процедурно созданную текстуру. Массив текстур охватывает радужный спектр, чтобы легко визуализировать метод индексирования.

 // Create the textures and sampler.
    {
        // Procedurally generate an array of textures to use as city materials.
        {
            // All of these materials use the same texture desc.
            D3D12_RESOURCE_DESC textureDesc = {};
            textureDesc.MipLevels = 1;
            textureDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
            textureDesc.Width = CityMaterialTextureWidth;
            textureDesc.Height = CityMaterialTextureHeight;
            textureDesc.Flags = D3D12_RESOURCE_FLAG_NONE;
            textureDesc.DepthOrArraySize = 1;
            textureDesc.SampleDesc.Count = 1;
            textureDesc.SampleDesc.Quality = 0;
            textureDesc.Dimension = D3D12_RESOURCE_DIMENSION_TEXTURE2D;

            // The textures evenly span the color rainbow so that each city gets
            // a different material.
            float materialGradStep = (1.0f / static_cast<float>(CityMaterialCount));

            // Generate texture data.
            vector<vector<unsigned char>> cityTextureData;
            cityTextureData.resize(CityMaterialCount);
            for (int i = 0; i < CityMaterialCount; ++i)
            {
                CD3DX12_HEAP_PROPERTIES heapProps(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT);
                ThrowIfFailed(m_device->CreateCommittedResource(
                    &heapProps,
                    D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
                    &textureDesc,
                    D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST,
                    nullptr,
                    IID_PPV_ARGS(&m_cityMaterialTextures[i])));

                // Fill the texture.
                float t = i * materialGradStep;
                cityTextureData[i].resize(CityMaterialTextureWidth * CityMaterialTextureHeight * CityMaterialTextureChannelCount);
                for (int x = 0; x < CityMaterialTextureWidth; ++x)
                {
                    for (int y = 0; y < CityMaterialTextureHeight; ++y)
                    {
                        // Compute the appropriate index into the buffer based on the x/y coordinates.
                        int pixelIndex = (y * CityMaterialTextureChannelCount * CityMaterialTextureWidth) + (x * CityMaterialTextureChannelCount);

                        // Determine this row's position along the rainbow gradient.
                        float tPrime = t + ((static_cast<float>(y) / static_cast<float>(CityMaterialTextureHeight)) * materialGradStep);

                        // Compute the RGB value for this position along the rainbow
                        // and pack the pixel value.
                        XMVECTOR hsl = XMVectorSet(tPrime, 0.5f, 0.5f, 1.0f);
                        XMVECTOR rgb = XMColorHSLToRGB(hsl);
                        cityTextureData[i][pixelIndex + 0] = static_cast<unsigned char>((255 * XMVectorGetX(rgb)));
                        cityTextureData[i][pixelIndex + 1] = static_cast<unsigned char>((255 * XMVectorGetY(rgb)));
                        cityTextureData[i][pixelIndex + 2] = static_cast<unsigned char>((255 * XMVectorGetZ(rgb)));
                        cityTextureData[i][pixelIndex + 3] = 255;
                    }
                }
            }
        }

Отправка данных текстуры

Данные текстуры передаются на GPU через кучу загрузки, а для каждой создаются SRV и хранятся в куче дескрипторов SRV.

         // Upload texture data to the default heap resources.
            {
                const UINT subresourceCount = textureDesc.DepthOrArraySize * textureDesc.MipLevels;
                const UINT64 uploadBufferStep = GetRequiredIntermediateSize(m_cityMaterialTextures[0].Get(), 0, subresourceCount); // All of our textures are the same size in this case.
                const UINT64 uploadBufferSize = uploadBufferStep * CityMaterialCount;
                CD3DX12_HEAP_PROPERTIES uploadHeap(D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD);
                auto uploadDesc = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(uploadBufferSize);
                ThrowIfFailed(m_device->CreateCommittedResource(
                    &uploadHeap,
                    D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
                    &uploadDesc,
                    D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ,
                    nullptr,
                    IID_PPV_ARGS(&materialsUploadHeap)));

                for (int i = 0; i < CityMaterialCount; ++i)
                {
                    // Copy data to the intermediate upload heap and then schedule 
                    // a copy from the upload heap to the appropriate texture.
                    D3D12_SUBRESOURCE_DATA textureData = {};
                    textureData.pData = &cityTextureData[i][0];
                    textureData.RowPitch = static_cast<LONG_PTR>((CityMaterialTextureChannelCount * textureDesc.Width));
                    textureData.SlicePitch = textureData.RowPitch * textureDesc.Height;

                    UpdateSubresources(m_commandList.Get(), m_cityMaterialTextures[i].Get(), materialsUploadHeap.Get(), i * uploadBufferStep, 0, subresourceCount, &textureData);
                    auto barrier = CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(m_cityMaterialTextures[i].Get(), D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST, D3D12_RESOURCE_STATE_PIXEL_SHADER_RESOURCE);
                    m_commandList->ResourceBarrier(1, &barrier);
                }
            }

Загрузка диффузной текстуры

Диффузная текстура, g_txDiffuse, передается аналогичным образом, а также получает собственный SRV, но данные текстуры уже определены в occcity.bin.

// Load the occcity diffuse texture with baked-in ambient lighting.
        // This texture will be blended with a texture from the materials
        // array in the pixel shader.
        {
            D3D12_RESOURCE_DESC textureDesc = {};
            textureDesc.MipLevels = SampleAssets::Textures[0].MipLevels;
            textureDesc.Format = SampleAssets::Textures[0].Format;
            textureDesc.Width = SampleAssets::Textures[0].Width;
            textureDesc.Height = SampleAssets::Textures[0].Height;
            textureDesc.Flags = D3D12_RESOURCE_FLAG_NONE;
            textureDesc.DepthOrArraySize = 1;
            textureDesc.SampleDesc.Count = 1;
            textureDesc.SampleDesc.Quality = 0;
            textureDesc.Dimension = D3D12_RESOURCE_DIMENSION_TEXTURE2D;

            CD3DX12_HEAP_PROPERTIES heapProps(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT);
            ThrowIfFailed(m_device->CreateCommittedResource(
                &heapProps,
                D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
                &textureDesc,
                D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST,
                nullptr,
                IID_PPV_ARGS(&m_cityDiffuseTexture)));

            const UINT subresourceCount = textureDesc.DepthOrArraySize * textureDesc.MipLevels;
            const UINT64 uploadBufferSize = GetRequiredIntermediateSize(m_cityDiffuseTexture.Get(), 0, subresourceCount);
            CD3DX12_HEAP_PROPERTIES uploadHeap(D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD);
            auto uploadDesc = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(uploadBufferSize);
            ThrowIfFailed(m_device->CreateCommittedResource(
                &uploadHeap,
                D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
                &uploadDesc,
                D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ,
                nullptr,
                IID_PPV_ARGS(&textureUploadHeap)));

            // Copy data to the intermediate upload heap and then schedule 
            // a copy from the upload heap to the diffuse texture.
            D3D12_SUBRESOURCE_DATA textureData = {};
            textureData.pData = pMeshData + SampleAssets::Textures[0].Data[0].Offset;
            textureData.RowPitch = SampleAssets::Textures[0].Data[0].Pitch;
            textureData.SlicePitch = SampleAssets::Textures[0].Data[0].Size;

            UpdateSubresources(m_commandList.Get(), m_cityDiffuseTexture.Get(), textureUploadHeap.Get(), 0, 0, subresourceCount, &textureData);
            auto barrier = CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(m_cityDiffuseTexture.Get(), D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST, D3D12_RESOURCE_STATE_PIXEL_SHADER_RESOURCE);
            m_commandList->ResourceBarrier(1, &barrier);
        }

Создать образец

Наконец, для LoadAssetsсоздается один сэмплер для выборки из либо диффузной текстуры, либо массива текстур.

 // Describe and create a sampler.
        D3D12_SAMPLER_DESC samplerDesc = {};
        samplerDesc.Filter = D3D12_FILTER_MIN_MAG_MIP_LINEAR;
        samplerDesc.AddressU = D3D12_TEXTURE_ADDRESS_MODE_WRAP;
        samplerDesc.AddressV = D3D12_TEXTURE_ADDRESS_MODE_WRAP;
        samplerDesc.AddressW = D3D12_TEXTURE_ADDRESS_MODE_WRAP;
        samplerDesc.MinLOD = 0;
        samplerDesc.MaxLOD = D3D12_FLOAT32_MAX;
        samplerDesc.MipLODBias = 0.0f;
        samplerDesc.MaxAnisotropy = 1;
        samplerDesc.ComparisonFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_ALWAYS;
        m_device->CreateSampler(&samplerDesc, m_samplerHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart());

        // Create SRV for the city's diffuse texture.
        CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE srvHandle(m_cbvSrvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart(), 0, m_cbvSrvDescriptorSize);
        D3D12_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC diffuseSrvDesc = {};
        diffuseSrvDesc.Shader4ComponentMapping = D3D12_DEFAULT_SHADER_4_COMPONENT_MAPPING;
        diffuseSrvDesc.Format = SampleAssets::Textures->Format;
        diffuseSrvDesc.ViewDimension = D3D12_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D;
        diffuseSrvDesc.Texture2D.MipLevels = 1;
        m_device->CreateShaderResourceView(m_cityDiffuseTexture.Get(), &diffuseSrvDesc, srvHandle);
        srvHandle.Offset(m_cbvSrvDescriptorSize);

        // Create SRVs for each city material.
        for (int i = 0; i < CityMaterialCount; ++i)
        {
            D3D12_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC materialSrvDesc = {};
            materialSrvDesc.Shader4ComponentMapping = D3D12_DEFAULT_SHADER_4_COMPONENT_MAPPING;
            materialSrvDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
            materialSrvDesc.ViewDimension = D3D12_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D;
            materialSrvDesc.Texture2D.MipLevels = 1;
            m_device->CreateShaderResourceView(m_cityMaterialTextures[i].Get(), &materialSrvDesc, srvHandle);

            srvHandle.Offset(m_cbvSrvDescriptorSize);
        }   

Динамическое изменение индекса корневого параметра

Если бы мы отрисовывали сцену сейчас, все города кажутся одинаковыми, потому что мы не задали значение нашей корневой константы, matIndex. Каждый шейдер пикселей будет индексироваться в 0-м слоте g_txMats, и сцена будет выглядеть следующим образом:

Значение корневой константы задается в FrameResource::PopulateCommandLists. В двойном цикле для, в котором записывается команда рисования для каждого города, мы записываем вызов SetGraphicsRoot32BitConstants, указывая индекс корневого параметра в отношении корневой сигнатуры — в данном случае 3 — значение динамического индекса и смещение, в данном случае 0. Так как длина g_txMats равна числу городов, которые мы отрисовывает, значение индекса постепенно устанавливается для каждого города.

 for (UINT i = 0; i < m_cityRowCount; i++)
    {
        for (UINT j = 0; j < m_cityColumnCount; j++)
        {
            pCommandList->SetPipelineState(pPso);

            // Set the city's root constant for dynamically indexing into the material array.
            pCommandList->SetGraphicsRoot32BitConstant(3, (i * m_cityColumnCount) + j, 0);

            // Set this city's CBV table and move to the next descriptor.
            pCommandList->SetGraphicsRootDescriptorTable(2, cbvSrvHandle);
            cbvSrvHandle.Offset(cbvSrvDescriptorSize);

            pCommandList->DrawIndexedInstanced(numIndices, 1, 0, 0, 0);
        }
    }

Запустите пример

Теперь при отрисовке сцены каждый город будет иметь другое значение для matIndex и, таким образом, будет искать другую текстуру от g_txMats[], и сцена будет выглядеть следующим образом:

Связанные разделы

пошаговые инструкции по коду D3D12

Effect-Compiler инструмент

Возможности модели шейдеров HLSL 5.1 для Direct3D 12

Привязка ресурсов в HLSL

модель шейдера 5.1

указание корневых подписей в HLSL