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window显示驱动开发—流输出阶段

news 2025/6/19 8:31:47

流输出 (SO) 阶段可以在这些顶点到达光栅器之前将顶点流式传输到内存。流输出的运行方式类似于管道中的点击。即使数据继续向下流向光栅器，也可以打开此点击。通过流输出发送的数据连接到缓冲区。这些缓冲区可以在后续传递上作为管道输入进行循环。

流输出的一个约束是，它与几何着色器相关联，因为它们必须一起创建， (两者可以是“NULL”/“off”) 。不过，流出到的特定内存缓冲区不会绑定到特定的几何着色器和流输出对。仅描述要馈送给流输出的顶点数据部分与几何着色器相关联。

流输出可用于保存将重复使用的有序管道数据。例如，一批顶点可以通过将顶点传入管道来“皮肤化”，就好像它们是独立的点 (只是) 访问所有这些点，对每个顶点应用“皮肤化”操作，并将结果流式传输到内存。保存的“皮肤化”顶点随后可用作输入。

由于通过流输出写入的输出量是动态的，因此需要一种新型的 Draw ，DrawAuto 才能允许流输出缓冲区与输入汇编程序一起重复使用，而无需 CPU 参与来确定实际写入的数据量。此外，需要查询来缓解流输出溢出，以及检索写入流输出缓冲区的数据量 (D3D10DDI_QUERY_STREAMOVERFLOWPREDICATE和 D3D10DDI_QUERY_STREAMOUTPUTSTATS D3D10DDI_QUERY 枚举) 。

Direct3D 运行时调用以下驱动程序函数来创建和设置流输出：

CalcPrivateGeometryShaderWithStreamOutput
CreateGeometryShaderWithStreamOutput
SoSetTargets

1. 核心功能与设计理念

流输出 (SO) 是 Direct3D 10 引入的数据回写机制，允许在几何着色器 (GS) 处理后，将顶点数据直接写入GPU缓冲区，而非仅传递到光栅化阶段。其核心特性包括：

数据持久化：将处理后的顶点保存到缓冲区，供后续渲染循环使用。
GPU闭环：实现完全在GPU内部的数据复用（如粒子系统更新）。
动态数据量：支持可变长度输出（需配合 DrawAuto 和查询机制）。

类比：SO 如同在渲染管线中插入一个“T型阀门”，既可流向光栅器，也可分流到内存。

2. 流输出与几何着色器的关系

强耦合性：SO 必须与 GS 同时创建（两者可同时为NULL关闭）。
分离绑定：

GS+SO创建时：定义哪些顶点属性输出到缓冲区（如仅位置+速度）。
运行时绑定：实际缓冲区（D3D10DDI_HRESOURCE）通过 SoSetTargets 动态指定。

示例：创建带SO的GS：

D3D10DDIARG_STAGE_IO_SIGNATURES soSignatures;
soSignatures.NumEntries = 2;
soSignatures.pOutputSignature = { "POSITION", "VELOCITY" }; // 输出到缓冲区的属性pDeviceFuncs->CreateGeometryShaderWithStreamOutput(hDevice, pGSBytecode, &soSignatures, hGS, hRTGS
);

3. 关键驱动函数与实现

(1) 函数列表

函数	职责
`CalcPrivateGeometryShaderWithStreamOutput`	计算GS+SO私有数据所需内存。
`CreateGeometryShaderWithStreamOutput`	创建带SO的GS对象，指定输出属性和格式。
`SoSetTargets`	绑定SO目标缓冲区（支持多缓冲区，需匹配创建时的声明）。

(2) SoSetTargets 实现示例

void APIENTRY SoSetTargets(D3D10DDI_HDEVICE hDevice,UINT NumBuffers,const D3D10DDI_HRESOURCE* phBuffers,  // SO缓冲区资源句柄const UINT* pOffsets                  // 各缓冲区的写入起始偏移
) {MyDeviceContext* pCtx = (MyDeviceContext*)hDevice.pDrvPrivate;for (UINT i = 0; i < NumBuffers; ++i) {pCtx->soBuffers[i] = phBuffers[i];pCtx->soOffsets[i] = pOffsets ? pOffsets[i] : 0;// 标记SO缓冲区为脏（需GPU同步）pCtx->dirtyFlags |= SO_TARGETS_DIRTY;}
}

4. 数据流控制与高级特性

(1) 流输出工作流程

GS处理顶点：输出到SO缓冲区的属性由创建时的签名定义。

数据写入缓冲区：

每个顶点按声明顺序写入绑定的缓冲区。
支持多缓冲区交错写入（如位置和速度分开存储）。

后续渲染循环：

绑定SO缓冲区作为输入装配器 (IA) 的输入（需兼容格式）。
使用 DrawAuto 自动确定绘制数量。

(2) DrawAuto 机制

用途：在不知道SO输出数据量的情况下，自动绘制所有有效顶点。
驱动实现：

需内部记录SO写入的顶点数，并在 DrawAuto 时回传给IA。

void APIENTRY DrawAuto(D3D10DDI_HDEVICE hDevice) {MyDeviceContext* pCtx = (MyDeviceContext*)hDevice.pDrvPrivate;UINT vertexCount = pCtx->soStats.NumPrimitivesWritten * 3; // 假设三角形列表pDeviceFuncs->Draw(hDevice, vertexCount, 0);
}

(3) 溢出查询与统计
通过查询对象监测SO状态：

查询类型	用途
`D3D10DDI_QUERY_STREAMOVERFLOWPREDICATE`	检测SO缓冲区是否溢出（返回`TRUE`/`FALSE`）。
`D3D10DDI_QUERY_STREAMOUTPUTSTATS`	获取写入的图元/顶点数（用于调试或逻辑控制）。

示例：检查溢出：

BOOL overflow = FALSE;
pDeviceFuncs->QueryGetData(hQuery, &overflow, sizeof(BOOL));
if (overflow) {// 处理缓冲区扩容或数据截断
}

5. 典型应用场景

(1) GPU粒子系统

初始化：创建带SO的GS，输出位置+速度。

更新循环：

绑定SO缓冲区，用GS计算粒子运动。
通过 DrawAuto 绘制更新后的粒子。
渲染循环将SO缓冲区作为IA输入，渲染粒子。

(2) 几何变形缓存

预处理：使用GS+SO将复杂变形（如曲面细分）结果存入缓冲区。
复用数据：后续帧直接读取缓存，跳过重复计算。

6. 性能优化与注意事项

(1) 优化建议

缓冲区复用：使用双缓冲或环形缓冲避免GPU停滞。
对齐写入：确保SO输出格式符合硬件要求（如4字节对齐）。
查询最小化：仅在必要时检查 STREAMOVERFLOWPREDICATE。

(2) 限制与兼容性

限制	解决方案
SO缓冲区必须绑定为无序访问视图 (UAV)	创建资源时指定 `D3D10_DDI_BIND_STREAM_OUTPUT`。
输出数据量不可预测	预分配足够大的缓冲区，或动态调整。
仅支持顶点数据（非结构化）	需通过GS组织输出结构。