6. Direct3D의 그리기 연산 - 정점과 입력 배치(vertex and input layout)

5장에서 배운 렌더링 파이프라인의 개념적, 수학적 개념을 6장에서는 실제 코드를 통해 렌더링 파이프라인을 구성하고, 정점 셰이더와 픽셀 셰이더를 정의하고, 기하구조를 렌더링 파이프라인에 제출해서 3차원 물체를 그리는 데 필요한 Direct3D API 의 여러 인터페이스와 메서드를 중점적으로 살펴본다.

 

목표

• 기하 자료의 정의와 저장, 그리기(drawing)를 위한 Direct3D의 여러 인터페이스와 메서드를 파악함
• 기본적인 정점, 픽셸 셰이더를 작성하는 방법을 배운다.
• 파이프라인 상태 객체들을 이용해서 렌더링 파이프라인을 구성하는 방법을 파악함
• 상수 버퍼 자료를 생성해서 파이프라인에 묶는 방법을 배우고, 루트 서명에 익숙해진다.

 

 

6.1 정점과 입력 배치

• Direct3D의 정점에 공간적 위치 이외의 추가적인 자료를 부여할 수 있음
  • ex : 색상, 노말벡터), 텍스처...

 

커스텀 정점 형식(Custom Vertex Format) 만들기

1. 정점 구조체를 정의한다
2. 입력 배치 서술(input layout description)을 작성

 

정점 구조체

• 정점에 대해 서술할 data를 담는 구조체
• 정점의 공간적 위치 + 추가적인 자료(color, normal vector, texture...)

아래 예제 코드는 서로 다른 두 가지 vertex 형식의 예이다.

// 위치 + 색상
struct Vertex1 {
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT4 Color;
};
 
// 위치 + 노말 벡터 + 2개의 
struct Vertex2 {
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT3 Normal;
    XMFLOAT2 Tex0;
    XMFLOAT2 Tex1;
};

 

입력 배치 서술

• 정점 구조체의 각 성분에 대해 direct3D에게 통보
• D3D12_INPUT_LAYOUT_DESC로 대표됨
• D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC 형식의 배열 원소들로 정점 구조체의 각 성분에 대해 서술
  • NumElements 값은 vertex struct의 필드 갯수와 동일함

typedef struct D3D12_INPUT_LAYOUT_DESC {
  const D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC *pInputElementDescs; // array
 UINT                           NumElements;         // size of array
} D3D12_INPUT_LAYOUT_DESC;

 

typedef struct D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC {
  LPCSTR                     SemanticName;
  UINT                       SemanticIndex;
  DXGI_FORMAT                Format;
  UINT                       InputSlot;
  UINT                       AlignedByteOffset;
  D3D12_INPUT_CLASSIFICATION InputSlotClass;
  UINT                       InstanceDataStepRate;
} D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC;

매개변수

1. LPCSTR SemanticName;

• 성분에 부여된 문자열 이름
• 정점 셰이더에서 의미소(semantic) 이름으로 쓰이므로, 반드시 유효한 변수이름 이어야 함
• 정점 구조체의 성분을 정점 셰이더 입력 서명과 대응시킴

 

2. UINT SemanticIndex;

• 의미소(semantic)에 부여된 색인(index)
• 첫번째 매개변수를 통해 전달된 semantic 이름에 두번째 매개변수의 index를 조합하여 정점 셰이더 입력 서명과 대응시킬 수 있음
• shader code에서 index가 지정되지 않은 semantic은 index를 0인것으로 간주함
  • ex : POSITION은 POSITION0에 해당함

 

3. DXGI_FORMAT Format;

• DXGI_FORMAT 열거형의 멤버(resource의 type과 일치함)
• vertex struct 성분의 자료 형식을 Direct3D에게 알려줌

 

4. UINT InputSlot;

• 이 성분의 자료를 가져올 정점 버퍼 슬롯의 색인
• Direct3D에서는 총 16개의 정점 버퍼 슬롯을 통해서 정점 자료를 공급할 수 있음

 

5. UINT AlignedByteOffset;

• 지정된 입력 슬롯에서, C++ 정점 구조체의 시작 위치와 이 정점 성분의 시작 위치 사이의 거리를 나타내는 offset(byte 단위)
  • float3 : 12 byte
  • float2 : 8 byte

struct Vertex2 {
    XMFLOAT3 Pos;        // offset : 0  byte
    XMFLOAT3 Normal;    // offset : 12 byte
    XMFLOAT2 Tex0;        // offset : 24 byte
    XMFLOAT2 tex1;        // offset : 32 byte
};

 

6. D3D12_INPUT_CLASSFICATION InputSlotClass

• 일단 항상 D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA를 넣는다.
• 다른 값은 고급기법인 인스턴싱에 쓰임

 

7. UINT InstanceDataStepRate

• 일단 0을 지정

다른 값은 고급기법인 인스턴싱에 쓰임

 

아래 예를 참고

struct Vertex {
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT3 Normal;
    XMFLOAT2 Tex0;
    XMFLOAT2 Tex1;
};
 
D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC vertexDesc[] = {
    {"POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0,
        D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA, 0},
    {"NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12,
        D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA, 0}},
    {"TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 24,
        D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA, 0}},
    {"TEXCOORD", 1, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 32,
        D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA, 0}}
};
 
VertexOut VS(float3 iPos : POSITION,
             float3 iNormal : NORMAL,
            float2 iTex0 : TEXCOORD0,
            float2 iTex1 : TEXCOORD1)

위 코드에서 Vertex구조체의 Pos, Normal, Tex0, Tex1은 각각 Vertex Shader의 iPos, iNormal, iTex0, iTex1에 대응됨

 

앞서 언급했던 Vertex1과 Vertex2에 대해서는 각각 아래와 같은 Input Layout Description Array가 쓰임

// 위치 + 색상
struct Vertex1 {
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT4 Color;
};
 
// 위치 + 노말 벡터 + 2개의 
struct Vertex2 {
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT3 Normal;
    XMFLOAT2 Tex0;
    XMFLOAT2 Tex1;
};
 
 
D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC desc1[] = {
    {"POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0},
    {"COLOR", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT, 0, 12,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0}
};
 
D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC desc2[] = {
    {"POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0},
    {"NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0},
    {"TEXTCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 24,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0},
    {"TEXTCOORD", 1, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 32,
        D3D12_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0}
};