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![Descriptor TablesによるHLSLの対応付け
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// Two fixed 8-element array at SRV table 2, offset 3, and SRV table 4, offset 2
Texture2D texA[8] : register(t3, 2);
Texture2D texB[8] : register(t2, 4);
// Fixed 2-element array at Sampler table 1offset 0
SamplerStatesam[2] : register(s0, 1);
// Fixed 4-element array at CB table 2offset 0
structMyCBufferType
{
float foo;
float bar;
};
cbufferMyCBufferTypebuf[4] : register(c0, 2);
float4 main(
uinti1 : INDEX1,
uinti2 : INDEX2,
float2 coord: TEXCOORD) : SV_TARGET
{
MyCBufferTypeb = buf[i1]; // CBuffertable 2element #(i1)
SamplerStates = sam[i1]; // Sampler table 1element #(i1)
Texture2D tA= texA[i1]; // SRV table 2element #(i1+3)
Texture2D tB= texB[i2]; // SRV table 4element #(i2+2)
float4 colorA= tA.Sample(s, coord);
float4 colorB= tB.Sample(s, coord);
return colorA* b.foo+ colorB* b.bar;
}](https://image.slidesharecdn.com/direct3d12summary-140906113626-phpapp01/75/Direct3D-12-Summary-21-2048.jpg)
![[学内勉強会]C++11とdirectxライブラリ](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/cdirectx911-140128050214-phpapp01-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Direct3D 12 Summary
- 1. Direct3D 12Summary @shobomaru,2014/09/07 v0.1
- 2. はじめに •Direct3D 12の情報を現時点で可能な限り集めてみた •最終的な仕様は変更される可能性がある •すべての情報は最終スライドに記載したリンクから集めた •Microsoftの講演動画と、それを元に説明しているIntelのブログが主 •ただし英訳が怪しいので誤った情報を書いているかもしれない 2
- 3. Direct3D 11 •層の厚いAPI •GPUやドライバからの乖離 •1つのスレッドに負荷が集中 3
- 4. Direct3D 12 •ゲーム機に近いローレベルAPI •少ないCPUオーバーヘッド •ハードウェアとの直接対応 •マルチスレッド効率の改善 4
- 5. 新しい概念 •Pipeline StateObject (PSO) •Barrier& Fence •Command Lists & Bundles •Descriptor Tables & Heaps •Dynamic Heaps 5
- 6. Pipeline State Object(PSO) •GPUの状態に対応する各種パラメータをひとつに纏めたもの。 •Input Assemblerから各種シェーダ、Output Managerまでをひ とつのオブジェクトにする。 •固定機能ステート（ビューポートやシザー矩形等）はPSOに入らない。 6
- 7. PSO 7 PipelineState Object Input Assembler Vertex Shader Hull Shader Tessellator Rasterizer Domain Shader Geometry Shader Pixel Shader Output Merger GPU Memory Non-PSO State
- 8. PSOの利点 •最近のGPUは、複数の状態をひとつに統合することがある。 •例：PixelShaderとOutput Manager •Direct3D 11のAPIは分離されているので、ドライバは状態の確 定を待ってから解決しなければならない。 •PSOは一度生成したら変更できないので、直ちに統合してGPU ネイティブ命令に変換することができ、オーバーヘッドを削減 できる。 •描画時には、PSOからHW Stateへコピーするだけ。 •PSOは使いまわしが可能なので、2回目以降の同じ描画では生 成コストがゼロ。 8
- 9. PSOに属するものと属さないもの PSOに属する •シェーダ •VS/HS/TS/DS/GS/PS •ブレンドステート •ラスタライズステート •深度ステンシルステート •入力レイアウト •入力アセンブリのトポロジーの種類 •三角形、線、点、パッチ •レンダーターゲットと深度ステンシルのプロパティ •フォーマット •サンプル数 PSOに属さない •リソースバインディング •ビューポート •シザー矩形 •ブレンドファクター •深度テスト •ステンシルリファレンス •入力アセンブリのトポロジーの並び •リスト、ストリップ、隣接リスト、隣接ストリップ 9
- 10. リソースのハザード問題 •レンダリング結果をテクスチャとして使う状況を考える。 •例：環境マップ、シャドウマップ •このとき、GPUはレンダリングが完了するまで次の描画を止め、 キャッシュをフラッシュを待つ必要がある。 でなければ、描画途中のものをテクスチャにしてしまう。 •このような同期待ちのために、SRVやRTV等を一つ一つ追跡す ると、ドライバとランタイム両方のCPU負荷が大きくなる。 10
- 11. Barrier •アプリケーションが、どのリソース（サブリソース）が何の用 途から何の用途へ遷移するかを指定することで、同期を取る。 •複数のリソースを一度に同期するこも可能。 11 D3D12_RESOURCE_BARRIER_DESCDesc; Desc.Type= D3D12_RESOURCE_BARRIER_TYPE_TRANSITION; Desc.Transition.pResource= pRTTexture; Desc.Transition.Subresource= D3D12_RESOURCE_BARRIER_ALL_SUBRESOURCES; Desc.Transition.StateBefore= D3D12_RESOURCE_USAGE_RENDER_TARGET; Desc.Transition.StateAfter= D3D12_RESOURCE_USAGE_PIXEL_SHADER_RESOURCE; pContext->ResourceBarrier( 1, &Desc);
- 12. Barrierの種類 •遷移(Transition) •RTVやDSVからSRVへの遷移など •別名(Aliasing) •タイルリソース(Direct3D 11.2+)で使用 •UAV 12
- 13. リソースの生存時間問題とFence •Direct3D 11以前は、APIコールされた直後に処理を開始するのではなく、コマンドキューに溜める。 •コマンドキューが消費されるまでリソースを保持しなければならず、 参照カウントと状態追跡にCPU時間を消費する。 •Direct3D 12では、そのキューの中身を隠さない。 •アプリケーションは、非同期ファイルIOに似た処理となる。 •CPUがGPUの進捗を知ることができる、細粒度Fence APIを追加。 •GPUがCommand Queueのセーフポイントに達したら、アプリケー ションがリソース破棄・生成することができる。 •リソース破棄は即座に行われるので、アプリケーションが管理しなけ ればならない。 13
- 14.
- 15. 冗長なリソースバインドの削減 •Direct3D 11では、Viewを各シェーダのスロットにバインドする。 •この仕様は最近のGPUに合っておらず、アプリケーションが別 のリソースを使って描画しようとすると再バインドが必要にな り、CPUを消費する。 •Direct3D 12では、GPUネイティブのリソース記述を直接メモリ に書き出す、ある種のバインドレスレンダリングを使う。 15
- 16. Descriptor •Direct3D 11「ビュー」のハードウェア相当 •リソースパラメータを定義したメモリ上の小さなチャンク •一切の余計なメモリ確保がなく、OSの生存時間管理外 •Direct3D 11では、再バインドの度にGPUへコピーし直していた 16 Descriptor { Type Format MipCount pData }
- 17. Descriptor Heaps •Descriptorを順にまとめた配列 •レイアウトはアプリケーションが定義 •フレームを跨いだ使いまわしが可能 •Heapの容量はGPUアーキテクチャに依存 •古いGPUや低消費電力GPUで65K •Heapの切り替えは高コスト 17 GPU Memory Descriptor Heap
- 18. DescriptorTables •Descriptor HeapにあるDescriptorと、各シェーダステージが要求するスロット番号とインデックスに紐づける •シェーダに複数のTableを設定できるが、古いGPUは非サポート •Descriptor Tableの差し替えは非常に低コスト •Heapにハードウェア固有記述データが入っているため 18 Start Index Size
- 19. Descriptor Heaps &Tables •Direct3D 12の全体像は次のようになる 19 Pipeline State Object Input Assembler Vertex Shader Hull Shader Tessellator Rasterizer Domain Shader Geometry Shader Pixel Shader Output Merger GPU Memory Non-PSO State
- 20. Descriptor Tableの使用例 •ある頂点シェーダにTableを設定するとき… •1回目の描画では、TableにHeapのオフセット20から32まで指し示す。 •2回目の描画では、TableにHeapのオフセット32から40まで指し示す。 •G-Bufferを解決するピクセルシェーダにTableを設定するとき… •シェーダではマテリアルIDで動的にTableのインデックスを指定 •Tableに種類別マテリアルをまとめて設定 20
- 21. Descriptor TablesによるHLSLの対応付け 21 // Two fixed 8-element array at SRV table 2, offset 3, and SRV table 4, offset 2 Texture2D texA[8] : register(t3, 2); Texture2D texB[8] : register(t2, 4); // Fixed 2-element array at Sampler table 1offset 0 SamplerStatesam[2] : register(s0, 1); // Fixed 4-element array at CB table 2offset 0 structMyCBufferType { float foo; float bar; }; cbufferMyCBufferTypebuf[4] : register(c0, 2); float4 main( uinti1 : INDEX1, uinti2 : INDEX2, float2 coord: TEXCOORD) : SV_TARGET { MyCBufferTypeb = buf[i1]; // CBuffertable 2element #(i1) SamplerStates = sam[i1]; // Sampler table 1element #(i1) Texture2D tA= texA[i1]; // SRV table 2element #(i1+3) Texture2D tB= texB[i2]; // SRV table 4element #(i2+2) float4 colorA= tA.Sample(s, coord); float4 colorB= tB.Sample(s, coord); return colorA* b.foo+ colorB* b.bar; }
- 22. 描画コマンドの高速化 •Direct3D 11では、すべてのコマンドがImmediateContextを通 して実行される。 •マルチスレッドに適応したDefferedContextもあるが、ハード ウェアに完全に対応しておらず、あまり並列に実行できない。 •Direct3D 12では、Command ListとBundleを使う。 •Immediate Contextは廃止 22
- 23. Command List •描画に必要なコマンドを記録したもの •PSOのように、実行に必要なGPUの情報をそのまま持っている •一度のみの使用に最適化されている •複数回使う描画には後述のBundleを使う •Command ListをCommand Queueにサブミットすることで実行 される •WDDM 2.0ではキュー送信のコストが削減される 23
- 24. Bundle •小さなコマンドリスト •一度だけコマンドを記録でき、CommandListから何度でも使用可能 •Descriptor Tableが異なれば、同じBundleでも描画結果は変わる •マルチスレッドで生成可能 24
- 25. Command List &Bundle 25 Command Queue Execute Command List 1 Execute Command List 2 Signal Fence Command List 1 Clear SetTable Execute Bundle A SetTable Draw SetPSO Draw Command List 2 Clear Dispatch SetTable Execute Bundle A SetTable Execute Bundle B
- 26. Bundleを使った例：2つのモデルの描画 26 //Create bundle pDevice->CreateCommandList(D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_BUNDLE, pBundleAllocator, pPSO, pDescriptorHeap, &pBundle); // Record commands pBundle->IASetPrimitiveTopology(D3D_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST); pBundle->SetShaderResourceViewTable(D3D12_SHADER_STAGE_PIXEL, 0, 1); pBundle->DrawInstanced(6, 1, 0, 0); pBundle->SetShaderResourceViewTable(D3D12_SHADER_STAGE_PIXEL, 1, 1); pBundle->DrawInstanced(6, 1, 6, 0); pBundle->Close(); // Setup pContext->SetPipelineState(pPSO); pContext->SetRenderTargetViewTable(0, 1, FALSE, 0); pContext->SetVertexBufferTable(0, 1); // Draw 1 and 2 pContext->SetConstantBufferViewTable(D3D12_SHADER_STAGE_PIXEL, 0, 1); pContext->ExecuteBundle(pBundle); pContext->SetConstantBufferViewTable(D3D12_SHADER_STAGE_PIXEL, 1, 1); pContext->ExecuteBundle(pBundle);
- 27. Dynamic Heaps •D3D11のバッファは型付き •Vertex Buffer, Constant Buffer, Index Buffer, etc. •D3D 12には型の概念がない •必要な容量を指定してアロケータからチャンクを取得する •必要なら一括確保したメモリを切り出して使うことができる •アライメントが標準化されていて、CPUやGPUに依存しない •メモリアドレスがCPUから常に見えている 27
- 28. Dynamic Heapsとリソースリネーミング •D3D11のようなリソースリネーミングの仕組みがない •Dynamicバッファを生成し、2つのスレッドからMapDiscardするとリ ソースハザードが発生し、ドライバが正しいバッファの情報を片方の スレッドにパッチしなければならなかった •D3D 12は、Dynamicバッファがない •リネームの責任がアプリ側にある 28
- 29. Direct3D 12の新しい機能 •プログラマブルブレンド •ピクセルシェーダでの順序依存のUAV読み書き •OIT（描画順に依存しないピクセル単位の半透明描画）を実現可能 •コンサバティブラスタライズ •ピクセルの中心ポイントで判定するのではなく、ピクセル矩形の一部 に入り込んだものをラスタライズする •GPUベースのカリングや当たり判定の精度、SVO-GIの効率改善 •LDRのASTC圧縮とJPEG圧縮リソース •スウィズルリソースへのアクセス 29
- 30. Q&A •Q：Direct3D 11との互換性は？ •A：ない。 •Q：対応GPUは？ •A：NVIDIA Fermi世代以降、AMD Southern Islands世代以降、Intel Haswell世代以降（Iris Proシリーズのみ）、Snapdragon（世代不 明）はメーカーが対応を公言。 •Q：対応OSは？ •A：Windows 7以降、Windows Phone、Xbox One。 •Q：登場時期は？ •A：2015年末、2014年後半にベータ版を公開。 30
- 31. 参考文献 •Direct3D 12API Preview (Microsoft) •DirectX 12 (Microsoft) •Direct3D 12 Overview (Intel) •DirectX 12，ついに発表。その特徴に迫る(4Gamer) 31