Indicizzazione dinamica con HLSL 5.1

L'esempio D3D12DynamicIndexing illustra alcune delle nuove funzionalità HLSL disponibili in Shader Model 5.1, in particolare l'indicizzazione dinamica e le matrici senza vincoli, per eseguire il rendering della stessa mesh più volte, ogni volta che viene eseguito il rendering con un materiale selezionato dinamicamente. Con l'indicizzazione dinamica, gli shader possono ora indicizzare in una matrice senza conoscere il valore dell'indice in fase di compilazione. Quando si combinano con matrici non associate, questo aggiunge un altro livello di indiretto e flessibilità per gli autori di shader e le pipeline d'arte.

• Configurare lo shader pixel
• Configurare la firma radice
• Creare le trame
• Caricare i dati della trama
• Caricare la trama diffusa
• Creare un sampler
• Modificare dinamicamente l'indice dei parametri radice
• Eseguire l'esempio
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Configurare lo shader pixel

Esaminiamo innanzitutto lo shader stesso, che per questo esempio è un pixel shader.

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);
}

La funzionalità matrice non associato viene illustrata dalla g_txMats[] matrice perché non specifica una dimensione della matrice. L'indicizzazione dinamica viene usata per indicizzare in g_txMats[] con matIndex, definita come costante radice. Lo shader non ha conoscenza delle dimensioni o della matrice o del valore dell'indice in fase di compilazione. Entrambi gli attributi sono definiti nella firma radice dell'oggetto stato della pipeline usato con lo shader.

Per sfruttare le funzionalità di indicizzazione dinamica in HLSL, è necessario che lo shader venga compilato con SM 5.1. Inoltre, per usare matrici non in uscita, è necessario usare anche il flag /enable_unbounded_descriptor_tables . Le opzioni della riga di comando seguenti vengono usate per compilare questo shader con lo strumento effect-compilatore (FXC):

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

Configurare la firma radice

A questo punto, esaminiamo la definizione della firma radice, in particolare, come definiamo le dimensioni della matrice non associato e si collega una costante radice a matIndex. Per lo shader pixel, si definiscono tre elementi: una tabella descrittore per SRV (texture2Ds), una tabella descrittore per Samplers e una singola costante radice. La tabella descrittore per le srV contiene CityMaterialCount + 1 voci. CityMaterialCount è una costante che definisce la lunghezza di g_txMats[] e + 1 è per g_txDiffuse. La tabella descrittore per i campioni contiene solo una voce e viene definito un solo valore costante radice a 32 bit tramite InitAsConstants(...), nel metodo 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)));
    }

Creare le trame

Il contenuto di g_txMats[] sono trame generate in modo procedurale create in LoadAssets. Ogni città sottoposta a rendering nella scena condivide la stessa trama diffusa, ma ognuna ha anche una trama generata proceduralmente. La matrice di trame si estende sullo spettro arcobaleno per visualizzare facilmente la tecnica di indicizzazione.

 // 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;
                    }
                }
            }
        }

Caricare i dati della trama

I dati della trama vengono caricati nella GPU tramite un heap di caricamento e le srV vengono create per ogni oggetto e archiviate in un heap descrittore 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);
                }
            }

Caricare la trama diffusa

La trama diffusa, g_txDiffuse, viene caricata in modo analogo e ottiene anche il proprio SRV, ma i dati della trama sono già definiti in 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);
        }

Creare un sampler

Infine per LoadAssets, viene creato un singolo sampler per l'esempio dalla trama diffusa o dalla matrice di trama.

 // 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);
        }   

Modificare dinamicamente l'indice dei parametri radice

Se fosse necessario eseguire il rendering della scena ora, tutte le città apparirebbero uguali, perché non è stato impostato il valore della costante radice, matIndex. Ogni pixel shader indicizza nello slot g_txMats 0 di e la scena sarà simile al seguente:

Il valore della costante radice è impostato in FrameResource::P opulateCommandLists. Nel ciclo double for in cui viene registrato un comando di disegno per ogni città, viene registrata una chiamata a SetGraphicsRoot32BitConstants specificando l'indice dei parametri radice per la firma radice, in questo caso 3, il valore dell'indice dinamico e un offset, in questo caso 0. Poiché la lunghezza di g_txMats è uguale al numero di città di cui viene eseguito il rendering, il valore dell'indice viene impostato in modo incrementale per ogni città.

 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);
        }
    }

Eseguire l'esempio

Ora quando si esegue il rendering della scena, ogni città avrà un valore diverso per matIndex e cercherà così una trama diversa dal g_txMats[] rendere la scena simile al seguente:

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