C++ Rookiss Part2 게임 수학과 DirectX12 : Constant Buffer 복습

22-10-06

🚀 CPU VS GPU

CpuGpuHierarchy

아래 계층으로 갈수로 용량은 많지만 속도가 느리다.

우리가 만든 DirectX에 DDR2 RAM에서 GDDR4 RAM으로 가는 것은 즉시 일어나지만 (Map Unmap)

GDDR4 RAM에서 Registers로 올라가는 것은 시간이 걸린다. (커맨드 패턴)

🚀 RootSignature

RootSignature에 대한 자세한 설명 (msdn)

https://learn.microsoft.com/ko-kr/windows/win32/direct3d12/example-root-signatures#an-empty-root-signature

msdn 공식 문서이며 단일 상수, 루트 상수 버퍼 뷰 추가, 루트 테이블 등등의 설명이 들어감

RootSignature는 GPU의 레지스터 단계를 어떻게 사용할 것인지 서명하는 것

constnatBufferExplan

API bind slot은 진짜 번호표와 같고 인덱스랑 비슷하다 보면 됨.

root constant는 이놈이 무슨 놈인지 타입 정하는거라고 보면 됨.

HLSL bind slot은 어떤 레지스터를 사용할 것인지 정하는 것.

constant buffer : b로 시작
srv : t로 시작
unordered access : u로 시작

**ConstantBuffer를 사용하기 위해서**

cbuffer TEST_B0 :register(b0)
{
    float4 offset0;
}

cbuffer TEST_B1 : register(b1)
{
    float4 offset1;
}

hlsl파일에 상수버퍼용 offset을 만들고 output.pos += offset0; 이렇게 사용할 것이다.

그렇게 하기 위해서 일단 RootSignature에서 서명을 해야하는데

CD3DX12_ROOT_PARAMETER param[2];
param[0].InitAsConstantBufferView(0);
param[1].InitAsConstantBufferView(1);

// 텅 빈 상태의 RootSignature 생성
//D3D12_ROOT_SIGNATURE_DESC sigDesc = CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC(D3D12_DEFAULT);
D3D12_ROOT_SIGNATURE_DESC sigDesc = CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC(2, param);

CD3DX12_ROOT_PARAMETER param[2]; 로 파라미터를 생성하였는데 각 파라미터에는 InitAsConstantBufferView 를 호출 함으로써 ConstantBufferView를 만들었다.

그리고 sigDesc는 DEFAULT에서 param을 참조하도록 바뀌었다.

자리 서명의 세팅은 끝이 났으니 RenderBegin에서 진짜 서명을 해야한다.

// 자리 임대 서명
_cmdList->SetGraphicsRootSignature(ROOT_SIGNATURE.Get());

_cmdList->ResourceBarrier(1, &barrier); 전에 위치해있으며 msdn에 따르면 SetGraphicsRootSignature 은 상수 버퍼 뷰 추가 함수라고 한다.

여기까지 했으면 Mesh의 Render에서 진짜 일감들을 알려줘야하는데

Buffer에다가 데이터 세팅
Buffer의 주소를 register에다가 전송

의 순서를 지키면서

CMD_LIST->SetGraphicsRootConstantBufferView(0, ??); 을 호출해야한다.

여기서 ??는 상수버퍼의 주소를 말한다.

이때 CPU VS GPU에서의 사진이 중요한데 우리는 커맨드 패턴을 사용하는 DirectX12버전이다.

그렇기에 CPU에서 GPU의 가장 아랫계층에 정보를 넘기는 것은 Device를 통해서 진행되기 때문에 즉시 일어나지만 아랫계층에서 register로 올라가는 것은 커맨드 패턴으로 시간이 걸린다.

이 때문에 버퍼에는 상수버퍼 0번을 보낸뒤 곧 바로 0번자리에 1번 데이터를 덮어쓰게 되는 문제가 생긴다.

이 문제를 해결하기 위해서 할 수 있는 유일한 방법은 버퍼를 여러개 생성하는 것이다.

그래서 우리는 ConstantBuffer Class를 새로 만드는 방법을 사용할 것이다.

🚀 ConstantBuffer Class

#pragma once

class ConstantBuffer
{
public:
	ConstantBuffer();
	~ConstantBuffer();

	void Init(uint32 size, uint32 count);

	void Clear();
	void PushData(int32 rootParamIndex, void* buffer, uint32 size);

	D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS GetGpuVirtualAddress(uint32 index);

private:
	void CreateBuffer();

private:
	ComPtr<ID3D12Resource>	_cbvBuffer;
	BYTE*					          _mappedBuffer = nullptr;
	uint32					        _elementSize = 0;
	uint32					        _elementCount = 0;

	uint32					        _currentIndex = 0;
};

BYTE는 typedef unsigned char으로 정의 되어있다.

상수버퍼는 ComPtr<ID3D12Resource> _cbvBuffer; 이 부분이 핵심으로 버퍼를 채워서 용도에 맞게 설정하면 될 것이다.

코드 분석을 하면서 왜 인자들이 필요한지 확인해보자.

#include "pch.h"
#include "ConstantBuffer.h"
#include "Engine.h"

ConstantBuffer::ConstantBuffer()
{
}

ConstantBuffer::~ConstantBuffer()
{
	if (_cbvBuffer)
	{
		if (_cbvBuffer != nullptr)
			_cbvBuffer->Unmap(0, nullptr);

		_cbvBuffer = nullptr;
	}
}

void ConstantBuffer::Init(uint32 size, uint32 count)
{
	// 상수 버퍼는 256 바이트 배수로 만들어야 한다
	// 0 256 512 768
	_elementSize = (size + 255) & ~255;
	_elementCount = count;

	CreateBuffer();
}

void ConstantBuffer::CreateBuffer()
{
	uint32 bufferSize = _elementSize * _elementCount;
	D3D12_HEAP_PROPERTIES heapProperty = CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD);
	D3D12_RESOURCE_DESC desc = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(bufferSize);

	DEVICE->CreateCommittedResource(
		&heapProperty,
		D3D12_HEAP_FLAG_NONE,
		&desc,
		D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ,
		nullptr,
		IID_PPV_ARGS(&_cbvBuffer));

	_cbvBuffer->Map(0, nullptr, reinterpret_cast<void**>(&_mappedBuffer));
}

void ConstantBuffer::Clear()
{
	_currentIndex = 0;
}

void ConstantBuffer::PushData(int32 rootParamIndex, void* buffer, uint32 size)
{
	assert(_currentIndex < _elementCount); // 디버그 용

	::memcpy(&_mappedBuffer[_currentIndex * _elementSize], buffer, size);

	D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS address = GetGpuVirtualAddress(_currentIndex);
	CMD_LIST->SetGraphicsRootConstantBufferView(rootParamIndex, address);
	_currentIndex++;
}

D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS ConstantBuffer::GetGpuVirtualAddress(uint32 index)
{
	D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS objCBAddress = _cbvBuffer->GetGPUVirtualAddress();
	objCBAddress += index * _elementSize;
	return objCBAddress;
}

생성자 소멸자 부분은 딱히 분석이 필요없으니 넘어가고 Init함수를 보면 elementCount와 elementSize를 받는다. 상수버퍼는 DirectX의 요구에 따라 256byte 배수로 만로 _elementSize = (size + 255) & ~255; 이란 코드가 들어갔다.

그 후 CreateBuffer함수로 버퍼를 생성한다.

**_elementSize = (size + 255) & ~255; 해석하기**

여기서 헷갈리만한 것은 아마 ~255이라고 생각한다. ~표시는 NOT연산자로 255비트를 뒤집는다. 0은 1로 1은 0으로 바꾸는 것이다. 그렇게 하면 WORD 기준으로 아래와 같다.

1111 1111 0000 0000 과 &를 하면 무조건 256의 배수가 되는 것이다.

그러면 size * ~255를 하면 되는거 아냐? 라고 물을 수 있다.

(size + 255)를 해준 이유는 버퍼는 일단 용량이 작으면 안되니까 만약 256보다 작으면 _elementSize가 0이 되니까 최소한은 256만큼은 더해 줘야 한다.

256만큼 더해야하는거 아냐? 라고 생각 할 수 있다. 255 만큼 더하는 것은 256을 더해버리면 size가 1이거나 256의 배수일 때 불필요하게 용량이 커지게된다.

CreateBuffer함수 분석

uint32 bufferSize = _elementSize * _elementCount; 으로 size * count로 버퍼 크기를 스택메모리에 저장했다. 그 뒤 D3D12_HEAP_PROPE 와 D3D12_RESOURCE_DESC 은 CreateCommittedResource을 하기위한 선행 작업이다. CreateCommittedResource 을 했으므로 리소스를 _cbvBuffer에 채웠다.

그리고 _cbvBuffer->Map(0, nullptr, reinterpret_cast<void**>(&_mappedBuffer)); 을 하면서 뒤에 추가 적인 정보를 받도록 일감 뚜껑을 열어주고 있다.

**Clear** 는 _currentIndex 를 0으로 밀어버려서 다음에 버퍼에 정보를 넣을 때 0번부터 다시 시작하게 한다. 마치 vector의 clear랑 비슷한 느낌으로 정보를 다 날리는 것이 아니다.

**PushData 함수 분석**

assert(_currentIndex < _elementCount); 은 디버그 용도로 현재 인덱스가 총 요소 개수보다 작아야 되니까 적어준 것.

::memcpy(&_mappedBuffer[_currentIndex * _elementSize], buffer, size); 은 어느 위치에 무엇을 얼마만큼 복사 할 것인지 memcpy로 버퍼에 복사하는 함수.

D3D12_GPU_VIRTUAL_ADDRESS address = GetGpuVirtualAddress(_currentIndex); 로 버퍼의 주소값을 가져왔다. 왜냐하면 SetGraphicsRootConstantBufferView 를 사용하여 버퍼 뷰를 추가하기 위해서 버퍼의 주소값이 필요하기 때문이다.

그 인덱스 값을 늘려서 다음에 받을 데이터는 다음칸에 넣을 거다라고 정한다.

ConstantBuffer의 구성은 완료 했으니 Engine에서 멤버변수로 등록과 생성을 해주고 Init까지 해준다.

이렇게하면 ConstantBuffer는 만들어졌으니 CommandQueue에 RenderBegin으로 가서 RootSignature서명이 끝난 뒤 ConstantBuffer를 Clear해준다.

🚀 ConstantBuffer 사용하기

사용하기 위해서 Mesh에서 Transform _transform = {}; 을 멤버 변수로 들고 있게 한다. Transform은 새로 정한 구조체로 Vec4만 들고있는 구조체이다. void SetTransform(const Transform& t) { _transform = t; } 을 만들어서 Set함수도 만들었다.`

이렇게 한 뒤 Mesh의 Render로 들어가서 GEngine->GetCB()->PushData(0, &_transform, sizeof(_transform)); 와 GEngine->GetCB()->PushData(1, &_transform, sizeof(_transform)); 을 넣는다.

첫 번째는 0번 인덱스에 _transform을 그 크기만큼 PushData 하고 두 번째는 1번 인덱스에 PushData를 한다는 뜻이다.

모든 준비가 끝났으니 Game.cpp로 돌아가서 Update함수를 아래와 같이 고친다.

void Game::Update()
{
	GEngine->RenderBegin();

	shader->Update();

	{
		Transform t;
		t.offset = Vec4(0.75f, 0.f, 0.f, 0.f);
		mesh->SetTransform(t);

		mesh->Render();
	}

	{
		Transform t;
		t.offset = Vec4(0.f, 0.75f, 0.f, 0.f);
		mesh->SetTransform(t);

		mesh->Render();
	}

	GEngine->RenderEnd();
}

여기서 보면 shader의 update이후에 Transform을 생성함과 동시에 mesh→Render();를 해주는데 그 작업을 두 번 하니까 총 두 개의 삼각형이 나오게 될 것이다.

🚀 결과

constantBufferRet

t.offset = Vec4(0.75f, 0.f, 0.f, 0.f); 을 한 삼각형은 오른쪽으로 이동하면서 R값이 증가해 빨간색이 강해졌다.

t.offset = Vec4(0.f, 0.75f, 0.f, 0.f); 을 한 삼각형은 위쪽으로 이동하면서 G값이 증가해서 녹색이 강해졌다.

이동과 색이 둘 다 한 벡터로 인해 바뀌었는데 그 이유는 hlsl에서 우리가 바꿨기 때문이다.

shaderVSMain

여기서 offet0은 위치값을 offset1은 색을 담당하는데 우리는 mesh에서 render를 할 때 둘 다 transform을 참조하도록 했으니 같은 아이를 참조하므로 결과적으로 Vec4 하나가 pos, color를 바꾸게 됐다.

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C++ Rookiss Part2 게임 수학과 DirectX12 : Constant Buffer 복습

🚀 CPU VS GPU

🚀 RootSignature

🚀 ConstantBuffer Class

🚀 ConstantBuffer 사용하기

🚀 결과

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참고

BOJ 14620. 꽃길

BOJ 13301. 타일 장식물

BOJ 13301. 타일 장식물

BOJ 9934. 완전 이진 트리