DirectX11笔记(六)--Direct3D渲染2--VERTEX BUFFER

原文:DirectX11笔记(六)--Direct3D渲染2--VERTEX BUFFER

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• 前言
• D3D11_BUFFER_DESC
• D3D11_SUBRESOURCE_DATA
• 创建 Vertex Buffer
• 将 Vertex Buffer 绑定到 Input Slot
• 渲染顶点

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前言

  为了让GPU能够读取顶点, 他们需要被存放在一个名为buffer的结构里, 这个buffer由 ID3D11Buffer 定义. 存放顶点的buffer就叫做vertex buffer. 但是需要注意, D3D的buffer不仅仅存放数据, 数据的描述和绑定到渲染管线的位置也存储在这里.

  创建vertex buffer需要三个步骤:

1. 设置 D3D11_BUFFER_DESC 结构来描述buffer.
2. 设置 D3D11_SUBRESOURCE_DATA 结构, 他指定了我们想要初始化缓冲区内容的数据.
3. 调用 ID3D11Device::CreateBuffer 创建 vertex buffer.

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D3D11_BUFFER_DESC

typedef struct D3D11_BUFFER_DESC {
    UINT ByteWidth;
    D3D11_USAGE Usage;
    UINT BindFlags;
    UINT CPUAccessFlags;
    UINT MiscFlags;
    UINT StructureByteStride;
} D3D11_BUFFER_DESC;

1. ByteWidth: 我们想要创建的 vertex buffer 的 byte 大小.
2. Usage: 这是一个D3D定义的枚举值, 类型是D3D11_USAGE, 他表明了buffer的使用方式. 有四个值可以被使用. D3D11_USAGE_DEFAULT, D3D11_USAGE_IMMUTABLE, D3D11_USAGE_DYNAMIC, D3D11_USAGE_STAGING. 这四种方式相当于表示了 CPU 和 GPU 处理资源数据的读写权限和方式, 尤其要注意的是后两种方式涉及到数据在内存和显存之间的交换, 这是一个很慢的操作, 这两种方式应该尽可能的去避免.
3. BindFlags: 对于 vertex buffer 来说, 应该被指定为 D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER.
4. CPUAccessFlags: 指明 CPU 会如何使用这个 buffer. 0表示在 buffer 创建之后, CPU 不再需要对这个buffer进行读写, 如果 CPU 在创建 buffer 之后还想写入数据, 则需要声明为 D3D11_CPU_ACCESS_WRITE , 而此时前一个参数必须使用 D3D11_USAGE_DYNAMIC 或者 D3D11_USAGE_STAGING 来表明 CPU 可以进行数据的写操作. 读与写类似, 需要分别指定 D3D11_CPU_ACCESS_READ 和 D3D11_USAGE_STAGING. 这个读与写同样是很慢的操作, GPU用渲染管线对顶点数据的处理进行优化, 但他更像是一条单行线, 没有考虑将传递的数据重新读回来. CPU 对数据的读写还可能会导致 GPU 的等待. CPU的读写可能很快, 但是如果可能, 我们应该尽量不设置任何FLAG, 让数据安静的呆在显存中, 让 GPU 来处理.
5. MiscFlags: 对于 vertex buffer 来说, 我们不需要设置任何 MiscFlags.
6. StructureByteStride: 这个属性只对结构化的 buffer 有作用, 对于所有缓冲区都可以设置为0.

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D3D11_SUBRESOURCE_DATA

typedef struct D3D11_SUBRESOURCE_DATA {
    const void *pSysMem;
    UINT SysMemPitch;
    UINT SysMemSlicePitch;
} D3D11_SUBRESOURCE_DATA;

1. pSysMem: 指向存放 vertex buffer 数据的内存地址的指针.
2. SysMemPitch: 对于 vertex buffer 没有意义.
3. SysMemSlicePitch: 对于 vertex buffer 没有意义.

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创建 Vertex Buffer

  下面的代码会创建一个 vertex buffer, 这个 buffer 表示一个立方体, 因为创建之后始终表示立方体, 不会发生改变, 所以我们把它定义为了 D3D11_USAGE_IMMUTABLE. 我们为每个顶点还保存了一个颜色信息, 这个颜色会在后面为立方体涂色时使用.

struct Vertex
{
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT4 Color;
};
namespace Colors
{
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 White = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 Black = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 Red = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 Green = {0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f};
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 Blue = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 Yellow = {1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f};
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 Cyan = {0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
    XMGLOBALCONST XMVECTORF32 Magenta = {1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};
}
// 定义顶点数据.
Vertex vertices[] =
{
    { XMFLOAT3(-1.0f, -1.0f, -1.0f), (const float*)&Colors::White },
    { XMFLOAT3(-1.0f, +1.0f, -1.0f), (const float*)&Colors::Black },
    { XMFLOAT3(+1.0f, +1.0f, -1.0f), (const float*)&Colors::Red },
    { XMFLOAT3(+1.0f, -1.0f, -1.0f), (const float*)&Colors::Green },
    { XMFLOAT3(-1.0f, -1.0f, +1.0f), (const float*)&Colors::Blue },
    { XMFLOAT3(-1.0f, +1.0f, +1.0f), (const float*)&Colors::Yellow },
    { XMFLOAT3(+1.0f, +1.0f, +1.0f), (const float*)&Colors::Cyan },
    { XMFLOAT3(+1.0f, -1.0f, +1.0f), (const float*)&Colors::Magenta }
};

D3D11_BUFFER_DESC vbd;
vbd.Usage = D3D11_USAGE_IMMUTABLE;
vbd.ByteWidth = sizeof(Vertex) * 8;
vbd.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;
vbd.CPUAccessFlags = 0;
vbd.MiscFlags = 0;
vbd.StructureByteStride = 0;

D3D11_SUBRESOURCE_DATA vInitData;
vInitData.pSysMem = vertices;

ID3D11Buffer* mVB;
HR(md3dDevice->CreateBuffer(&vbd, &vInitData, &mVB));

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将 Vertex Buffer 绑定到 Input Slot

  在 vertex buffer 创建之后, 我们还需要将他与 input slot 绑定, 这样才能作为渲染管线的输入. 这里使用 ID3D11DeviceContext::IASetVertexBuffers 方法来进行绑定.

void ID3D11DeviceContext::IASetVertexBuffers(
    UINT StartSlot,
    UINT NumBuffers,
    ID3D11Buffer *const *ppVertexBuffers,
    const UINT *pStrides,
    const UINT *pOffsets);

1. StartSlot: 开始绑定 vertex buffer 的 slot, 之前提到过这样的 slot 有16个, 序号从0到15.

2. NumBuffers: 要绑定的 buffer 的数量.

3. ppVertexBuffers: 一个指向 vertex buffer 数组头的指针.
4. pStrides: 一个指向 stride 数组头的指针, 每一个 vertex buffer 对应一个 stride 值, 这个值表示 vertex buffer 中使用的元素的 byte 大小.
5. pOffsets: 一个指向 offset 数组头的指针, 每一个 vertex buffer 对应一个 offset 值, 这个值表示从 vertex buffer 第一个元素到第一个要使用的元素的偏移值.

  这个函数看起来有些复杂是因为它支持传入多个 vertex buffer 到不同的 input slot 中, 但绝大多数情况我们都只会使用一个 input slot, 这个绑定与之前讨论过的 input layout 的绑定一样, 只有在手动修改之后才会发生改变.

ID3D11Buffer* mVB1; // stores vertices of type Vertex
/*...Create the vertex buffers...*/
UINT stride = sizeof(Vertex);
UINT offset = 0;
md3dImmediateContext->IASetVertexBuffers(0, 1, &mVB, &stride, &offset);

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渲染顶点

  到此位置, 我们只是准备好了 vertex buffer, 但是他并没有真正的滑道屏幕上, 我们可以使用 Draw 方法来将顶点画出来. 两个参数分别表示顶点的数量以及第一个顶点在 vertex buffer 中的位置.

void ID3D11DeviceContext::Draw(
    UINT VertexCount,
    UINT StartVertexLocation);