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DirectX12（D3D12）基础教程九间接绘制

news 2025/7/16 16:53:56

在学习directx12 microsoft提供了很多示例，有简单的也有复杂,下载网址：https://github.com/microsoft/DirectX-Graphics-Samples

本章对D3D12ExecuteIndirect 示例做了简化，只保留间接绘制部分，删除了计算着色器部分。

间接绘制适用场景:通过命令签名传递大量实例数据（如顶点位置、索引等），减少GPU调用次数.

1.创建命令签名

API函数 ID3D12Device::CreateCommandSignature()

HRESULT CreateCommandSignature([in]            const D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC *pDesc,[in, optional]  ID3D12RootSignature                *pRootSignature,REFIID                             riid,[out, optional] void                               **ppvCommandSignature
);参数
[in] pDesc类型： const D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC*描述使用 D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC 结构创建的命令签名。[in, optional] pRootSignature类型： ID3D12RootSignature*指定命令签名应用到的 ID3D12RootSignature 。如果签名中的任何命令将更新管道上的绑定，则需要根签名。 如果存在的唯一命令是绘图或调度，则可以将根签名参数设置为 NULL。riid类型： REFIID命令签名接口的全局唯一标识符 (GUID) (ID3D12CommandSignature) 。 可以使用 __uuidof () 宏获取命令签名接口的 REFIID 或 GUID。 例如，__uuidof (ID3D12CommandSignature) 将获取命令签名接口的 GUID 。[out, optional] ppvCommandSignature类型： void**指定一个指针，该方法成功完成后将指向创建的命令签名 (ID3D12CommandSignature) 。

描述命令签名的参数 D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC

typedef struct D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC {UINT                               ByteStride;UINT                               NumArgumentDescs;const D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_DESC *pArgumentDescs;UINT                               NodeMask;
} D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC;ByteStride指定绘图缓冲区中每个命令的大小（以字节为单位）。NumArgumentDescs指定命令签名中的参数数。pArgumentDescsD3D12_INDIRECT_ARGUMENT_DESC结构的数组，包含参数的详细信息，包括参数是顶点缓冲区、常量、常量缓冲区视图、着色器资源视图还是无序访问视图。NodeMask对于单个 GPU 操作，请将此设置为零。 如果有多个 GPU 节点，请设置位来标识 (要应用命令签名的设备物理适配器) 节点。 掩码中的每个位都对应一个节点。 请参阅 多适配器系统。

指定间接参数的类型 D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE

typedef enum D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE {D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DRAW = 0,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DRAW_INDEXED,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DISPATCH,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_VERTEX_BUFFER_VIEW,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_INDEX_BUFFER_VIEW,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_CONSTANT,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_CONSTANT_BUFFER_VIEW,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_SHADER_RESOURCE_VIEW,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_UNORDERED_ACCESS_VIEW,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DISPATCH_RAYS,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DISPATCH_MESH,D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_INCREMENTING_CONSTANT
} ;D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DRAW 
指示类型为 Draw 调用。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DRAW_INDEXED
指示类型是 DrawIndexed 调用。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DISPATCH
指示类型是 Dispatch 调用。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_VERTEX_BUFFER_VIEW
指示类型是顶点缓冲区视图。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_INDEX_BUFFER_VIEW
指示类型是索引缓冲区视图。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_CONSTANT
指示类型为常量。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_CONSTANT_BUFFER_VIEW
指示类型是 CBV 常量缓冲区视图。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_SHADER_RESOURCE_VIEW
指示类型是 SRV 着色器资源视图。D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_UNORDERED_ACCESS_VIEW
指示类型是 UAV 无序访问视图。

程序中使用 D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_CONSTANT_BUFFER_VIEW （CBV)常量缓冲区视图）和 D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DRAW （ Draw 调用）。创建命令签名的代码

void CExecuteIndirect::CreateCommandSignature2(void)
{D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_DESC argumentDescs[2] = {};argumentDescs[0].Type = D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_CONSTANT_BUFFER_VIEW;argumentDescs[0].ConstantBufferView.RootParameterIndex = 0;argumentDescs[1].Type = D3D12_INDIRECT_ARGUMENT_TYPE_DRAW;D3D12_COMMAND_SIGNATURE_DESC commandSignatureDesc = {};commandSignatureDesc.pArgumentDescs = argumentDescs;commandSignatureDesc.NumArgumentDescs = _countof(argumentDescs);commandSignatureDesc.ByteStride = sizeof(IndirectCommand);CreateCommandSignature(&commandSignatureDesc,m_pipelineStatePSO.GetRootSignature(), m_commandSignature);
}

这里声明了两个参数，第一个常量缓冲区视图，第二个绘画调用，结构体

struct IndirectCommand
{D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS cbv;D3D12_DRAW_ARGUMENTS drawArguments;
};

cbv可以理解为指向数据的指针。

2.创建命令资源数据

要创建一个默认堆资源 ID3D12Resource，首先要确定数据的大小，比如要显示 512个小三角形，交换链有两个，每帧数据大小 512 * sizeof(IndirectCommand),用一个资源来存放=2*512 * sizeof(IndirectCommand)。由于是默认堆资源，所以要借助一个上传堆来初化数据代码如下

void CExecuteIndirect::CreateCommandBuffers()
{std::vector<IndirectCommand> commands;commands.resize(TriangleResourceCount);const UINT commandBufferSize = CommandSizePerFrame * m_nFrameCount;CreateCommittedResource(m_device, CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT),D3D12_HEAP_FLAG_NONE, CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(commandBufferSize), D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST, m_commandResourceBuffer);auto pItem = m_vectorStatisticResource.GetStatisticResourceItemByType(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV);D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS gpuAddress = pItem->GetGPUVirtualAddress(0);UINT commandIndex = 0;for (UINT frame = 0; frame < m_nFrameCount; frame++){for (UINT n = 0; n < TriangleCount; n++){commands[commandIndex].cbv = gpuAddress;commands[commandIndex].drawArguments.VertexCountPerInstance = 3;commands[commandIndex].drawArguments.InstanceCount = 1;commands[commandIndex].drawArguments.StartVertexLocation = 0;commands[commandIndex].drawArguments.StartInstanceLocation = 0;commandIndex++;gpuAddress += sizeof(SceneConstantBuffer);}}D3D12_SUBRESOURCE_DATA commandData = {};commandData.pData = reinterpret_cast<UINT8*>(&commands[0]);commandData.RowPitch = commandBufferSize;commandData.SlicePitch = commandData.RowPitch;m_cmdPrimaryInfo.UploadDataToDefaultHeap(m_commandResourceBuffer.Get(), commandData, D3D12_RESOURCE_STATE_NON_PIXEL_SHADER_RESOURCE);
}

3.创建常量缓冲区视图 (CBV)数据

注意程序中并没有调用 CreateConstantBufferView(), 根签名中声明了InitAsConstantBufferView()使用，程序没有明指其联系，因程序中描述符堆只一个常量缓冲区视图资源，命令资源中的数据也是直接引用它，创建代码

void CExecuteIndirect::OnInitD3D12CbvSrvUavResource(D3D12ResourceItem* pResourceItem)
{int cbvSize = TriangleResourceCount * sizeof(SceneConstantBuffer);cbvSize = UPPER_ALING_DIV(cbvSize, 256);CreateCommittedResource(m_device, CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD), D3D12_HEAP_FLAG_NONE, CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(cbvSize), D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ, pResourceItem->GetResourceListItem(0));/* D3D12_CONSTANT_BUFFER_VIEW_DESC cbvDesc = {};cbvDesc.BufferLocation = pResourceItem->GetGPUVirtualAddress(0);cbvDesc.SizeInBytes = sizeof(SceneConstantBuffer);//CreateConstantBufferView(m_device, cbvDesc, pResourceItem->GetCPUDescriptorHandle(0));*/m_pCbvDataBegin = (UINT8*)pResourceItem->MapResource(0);}

初始化时填充数据代码

void CExecuteIndirect::OnInitUserData(void)
{m_constantBufferData.resize(TriangleResourceCount);for (UINT n = 0; n < TriangleCount; n++){m_constantBufferData[n].velocity = XMFLOAT4(GetRandomFloat(0.01f, 0.03f), 0.0f, 0.0f, 0.0f);m_constantBufferData[n].offset = XMFLOAT4(GetRandomFloat(-5.0f, -1.5f), GetRandomFloat(1.0f, 5.0f), GetRandomFloat(0.0f, 2.0f), 0.0f);m_constantBufferData[n].color = XMFLOAT4(GetRandomFloat(0.0f, 1.0f), GetRandomFloat(0.0f, 1.0f), GetRandomFloat(0.0f, 1.0f), 1.0f);XMStoreFloat4x4(&m_constantBufferData[n].projection, XMMatrixTranspose(XMMatrixPerspectiveFovLH(XM_PIDIV4, GetWindowAspectRatio(), 0.01f, 20.0f)));}CreateCommandSignature2();CreateCommandBuffers();}

动态时填充数据代码

void CExecuteIndirect::UpdateData(void)
{if (m_swapChainEvent != NULL){WaitForSingleObjectEx(m_swapChainEvent, 100, FALSE);}for (UINT n = 0; n < TriangleCount; n++){const float offsetBounds = 2.5f;// Animate the triangles.m_constantBufferData[n].offset.x += m_constantBufferData[n].velocity.x;m_constantBufferData[n].offset.y -= m_constantBufferData[n].velocity.x;if (m_constantBufferData[n].offset.x > offsetBounds){m_constantBufferData[n].velocity.x = GetRandomFloat(0.001f, 0.03f);m_constantBufferData[n].offset.x = -offsetBounds;}if (m_constantBufferData[n].offset.y < -offsetBounds){m_constantBufferData[n].offset.y += offsetBounds*2;}}UINT8* destination = m_pCbvDataBegin + (TriangleCount * m_frameIndex * sizeof(SceneConstantBuffer));memcpy(destination, &m_constantBufferData[0], TriangleCount * sizeof(SceneConstantBuffer));}

UINT8* destination = m_pCbvDataBegin + (TriangleCount * m_frameIndex * sizeof(SceneConstantBuffer));

m_constantBufferData记录了所有小三角形的位置，m_frameIndex 可能是1或0，这段代码功能是m_constantBufferData更新到当前帧。

SceneConstantBuffer结构体

struct SceneConstantBuffer
{XMFLOAT4 velocity; 移动速度XMFLOAT4 offset;  位置XMFLOAT4 color;  XMFLOAT4X4 projection;float padding[36];
};

velocity 移动速度给定一个随机值

offset 位置集中在左上边

color 给定一个随机值

4. 其他

顶点数据只一组数据，它定义了每个三角形的大小。

void CExecuteIndirect::InitializeVertexBuffer3(PSOPipelineState& pipeline)
{Vertex dataVertex[] ={{ { 0.0f, m_fWidth, m_fDepth,1 } },{ { m_fWidth, -m_fWidth, m_fDepth,1 } },{ { -m_fWidth, -m_fWidth, m_fDepth,1 } },};pipeline.InitializeVertexBuffer(&dataVertex,sizeof(dataVertex),sizeof(Vertex));
}

ExecuteIndirect_VShader.hlsl

PSInput main(float4 pos : POSITION)
{PSInput result;result.position = mul(pos + offset, projection);///float intensity = saturate((4.0f - result.position.z) / 2.0f);result.color = float4(color.xyz, 1);return result;
}

一个三角形是由三个顶点数据构成的，所每个顶点坐标加一个位置然后 mvp运算得到屏幕坐标。

工程代码最近做重构由于时间的关系还有很多地方要做优化，目前将directx12分为以下几个部分

1. 默认创建

比如会默认创建一个ID3D12Device对象，一个命令队列，交换链,RTV,DSV等，在基类里默认创建，这样子类可以专注新增的东西。

2. PSO渲染管线状态

由根签名、shader程序构成是个繁杂的设置，这里先填充默认值，由子类根据需要改写其值比如我们程序的处理渲染管线状态的代码

void CExecuteIndirect::InitPSOPipelineState0(PSOPipelineState& pipeline)
{pipeline.SetRootParamCount(1);pipeline.GetD3D12RootParameter(0).InitAsConstantBufferView(0, 0, D3D12_ROOT_DESCRIPTOR_FLAG_DATA_STATIC, D3D12_SHADER_VISIBILITY_VERTEX);pipeline.TableBuildInitRootSignatureDesc(D3D12_ROOT_SIGNATURE_FLAG_ALLOW_INPUT_ASSEMBLER_INPUT_LAYOUT,false);pipeline.AddShaderByteCode(GetFilePath(L"ExecuteIndirect_VShader.cso"), PSOPipelineState::VS);pipeline.AddShaderByteCode(GetFilePath(L"ExecuteIndirect_PShader.cso"), PSOPipelineState::PS);}

3. 资源声明

用一个vector管理描述符堆相关连的资源，自动创建描述符堆，资源的创建由子类去实现，用法下如

void CExecuteIndirect::CreateD3D12StatementResourceItemLayout5(D3D12StatisticResource& statisticResource)
{auto item1 = D3D12ResourceItem(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV, D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_SHADER_VISIBLE, 1);statisticResource.CreateD3D12StatisticResourceItem(item1);
}

本章内容相对比较易容，程序运行效果如下