基本组件的创建和绘图流程

1.头文件

2.类型名字

3.检测XMath支持

4.开启调试层

4.创建DXGI的Factory接口

5.获取硬件适配器

6.输出显卡信息（可选）

7.创建Device

8.创建命令队列（command queue）

9.创建交换链（swap chain）

10.禁止alt+enter的功能

11.记录当前后背缓冲索引

12.创建绘制表面视图（rtv）堆描述符

13.创建深度模板视图（dsv）堆描述符

14.获取堆描述符偏移大小

15.创建rtv

16.创建命令分配器（command allocator）

17.创建dsv

18.创建命令列表（command list）

19.创建用于同步的资源

20.创建根签名（root signature）

21.创建输入布局（input element）

22.编译shader

23.创建管道状态对象（pipeline state object）

光栅（rasterizer）状态

混合（blend）状态

深度模板（depth stencil）状态

最终创建PSO

24.创建采样器

25.创建索引缓冲（index buffer）

填充内存

创建默认堆（heap default）

上载堆（heap upload）的创建

转换资源状态

创建索引缓冲视图（ibv）

26.执行命令列表

27.绘制流水线

重置命令分配器和命令列表

rtv、stv清屏

绘制

转换rtv状态

关闭命令列表并执行

呈现并进行下一帧

28.绘图流程

29.代码仓库

基本组件的创建和绘图流程

1.头文件

#include <d3d12.h>	最基本的dx12头文件
#include "d3dx12.h"	d3dx12与以往的不同，现在只有一个头文件，去官方示例里复制一份即可
#include <dxgi1_6.h>	dxgi相关
#include <D3DCompiler.h>	着色器编译相关
#include <DirectXMath.h>	数学库

2.类型名字

使用DirectX命名空间，然后typedef一些DXGI的类型，方便以后替换。

using namespace DirectX;typedef IDXGIFactory7 _IDXGIFactory;
typedef IDXGIAdapter4 _IDXGIAdapter;
typedef IDXGISwapChain4 _IDXGISwapChain;

3.检测XMath支持

if (!XMVerifyCPUSupport())
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"DirectXMath不支持！");return;
}

4.开启调试层

开启调试层后，在出现错误时，被DX库检测到，就会输出原因。

#if defined(_DEBUG)// Enable the D3D12 debug layer.com_ptr<ID3D12Debug> debugController;hr = D3D12GetDebugInterface(IID_PPV_ARGS(&debugController));if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建调试层失败！");return;}debugController->EnableDebugLayer();
#endif

4.创建DXGI的Factory接口

IDXGIFactory是DXGI的基础接口，我们需要用com_ptr保存它的指针。可能你还看到其他人用ComPtr，这是偏旧一些的代码。

//.h
com_ptr<_IDXGIFactory> _factory;
//.cpp
hr = CreateDXGIFactory1(__uuidof(_IDXGIFactory), (void**)(&_factory));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"F创建DXGI接口失败！");return;
}

5.获取硬件适配器

IDXGIAdapter是显卡的抽象，但不一定是硬件的。通过GetHardwareAdapter函数返回硬件适配器，并attach赋予指针所有权给com_ptr<_IDXGIAdapter>。

//.h
com_ptr<_IDXGIAdapter> _adapter;
//.cpp
_IDXGIAdapter* adapter;
GetHardwareAdapter(_factory.get(), &adapter);
if (adapter == nullptr)
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"获取硬件适配器失败！");return;
}
_adapter.attach(adapter);

void GetHardwareAdapter(_IDXGIFactory* pFactory, _IDXGIAdapter** ppAdapter)
{*ppAdapter = nullptr;for (UINT adapterIndex = 0; ; ++adapterIndex){_IDXGIAdapter* pAdapter = nullptr;if (DXGI_ERROR_NOT_FOUND == pFactory->EnumAdapterByGpuPreference(adapterIndex,DXGI_GPU_PREFERENCE_HIGH_PERFORMANCE, _uuidof(_IDXGIAdapter), (void**)&pAdapter)){// No more adapters to enumerate.break;}// Check to see if the adapter supports Direct3D 12, but don't create the// actual device yet.if (SUCCEEDED(D3D12CreateDevice(pAdapter, D3D_FEATURE_LEVEL_11_0, _uuidof(ID3D12Device), nullptr))){*ppAdapter = pAdapter;return;}pAdapter->Release();}
}

6.输出显卡信息（可选）

//输出显卡信息
DXGI_ADAPTER_DESC adapter_desc;
_adapter->GetDesc(&adapter_desc);dnd_debug(DL::MSG, adapter_desc.Description);
dnd_debug(DL::MSG, L"显卡内存：" + to_wstring(int(adapter_desc.DedicatedVideoMemory / 1024 / 1024)));
dnd_debug(DL::MSG, L"独占内存：" + to_wstring(int(adapter_desc.DedicatedSystemMemory / 1024 / 1024)));
dnd_debug(DL::MSG, L"共享内存：" + to_wstring(int(adapter_desc.SharedSystemMemory / 1024 / 1024)));

7.创建Device

其中D3D_FEATURE_LEVEL_11_0是最低要求显卡支持的特性等级（feature level），注意在GetHardwareAdapter函数里，我们也是填的这个值。这是官方文档的方法，应该不能填再低于它的值。

hr = D3D12CreateDevice(_adapter.get(),D3D_FEATURE_LEVEL_11_0,IID_PPV_ARGS(&_device));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建Device失败！");return;
}

8.创建命令队列（command queue）

命令队列用于执行命令列表（command list），简单情况只需要创建一个。

D3D12_COMMAND_QUEUE_DESC desc;
desc.Flags = D3D12_COMMAND_QUEUE_FLAG_NONE;
desc.NodeMask = 0;
desc.Priority = D3D12_COMMAND_QUEUE_PRIORITY_NORMAL;
desc.Type = D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT;hr = _device->CreateCommandQueue(&desc, IID_PPV_ARGS(&_commandQueue));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建命令队列失败！");return;
}

9.创建交换链（swap chain）

基础字段
SwapEffect	交换模型	DirectX12应该使用DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_DISCARD交换模型
BufferCount	缓冲数量	翻转丢弃模型，此值必须大于2
BufferUsage	缓冲标记	作为绘制表面（render target）应该填DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT
OutputWindow	窗口句柄	填入窗口句柄hwnd
Windowed	窗口模式	这个值最好为TRUE，切换全屏是之后的事
Flag	标记	填入DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_ALLOW_MODE_SWITCH让DXGI可以自行修改缓冲大小，由于不需要响应alt+enter操作，直接填0

BufferDesc
Format	颜色格式	统一使用DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
Width	缓冲宽度	比如800
Height	缓冲高度	比如600

BufferDesc其余的刷新率、扫描方式字段如下填默认值即可，因为全屏模式，还需要匹配这些信息。

而SamleDesc多重采样（MSAA）字段，Count填1，Quality填0即可。因为翻转丢弃模型不支持多重采样。

com_ptr<IDXGISwapChain> swapChain;DXGI_SWAP_CHAIN_DESC descSwapChain;
descSwapChain.BufferCount = SWAP_CHAIN_BUFFER_COUNT;
descSwapChain.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_TYPE;
descSwapChain.BufferDesc.Height = h;
descSwapChain.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 0;
descSwapChain.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 0;
descSwapChain.BufferDesc.Scaling = DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED;
descSwapChain.BufferDesc.ScanlineOrdering = DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED;
descSwapChain.BufferDesc.Width = w;
descSwapChain.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
descSwapChain.Flags = 0;// DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_ALLOW_MODE_SWITCH;
descSwapChain.OutputWindow = g_system.GetHwnd();
descSwapChain.SampleDesc.Count = 1;
descSwapChain.SampleDesc.Quality = 0;
descSwapChain.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_DISCARD;
descSwapChain.Windowed = TRUE;hr = _factory->CreateSwapChain(_commandQueue.get(),&descSwapChain,swapChain.put()
);
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建交换链失败！");return;
}
swapChain.as(_swapChain);

10.禁止alt+enter的功能

创建交换链关联窗口后调用才有效。

_factory->MakeWindowAssociation(g_system.GetHwnd(), DXGI_MWA_NO_WINDOW_CHANGES | DXGI_MWA_NO_ALT_ENTER);

11.记录当前后背缓冲索引

UINT _frameIndex = _swapChain->GetCurrentBackBufferIndex();

12.创建绘制表面视图（rtv）堆描述符

绘制表面视图（render target view），缩写rtv。

堆描述符（heap descriptor），用于描述多个资源的抽象。所以我们创建了一个_rtvHeap来表示对rtv的引用，其中NumDescriptors字段和创建交换链时填入的缓冲数量一致。

D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC rtvHeapDesc = {};
rtvHeapDesc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_NONE;
rtvHeapDesc.NodeMask = 0;
rtvHeapDesc.NumDescriptors = SWAP_CHAIN_BUFFER_COUNT;//
rtvHeapDesc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_RTV;hr = _device->CreateDescriptorHeap(&rtvHeapDesc, IID_PPV_ARGS(&_rtvHeap));if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建RTV堆描述符失败！");return;
}

13.创建深度模板视图（dsv）堆描述符

深度缓冲用作深度测试，而模板缓冲可作为镜子效果。为了创建深度模板视图（depth stencil view），首先需要创建堆描述符。这里NumDescriptors字段填1，因为只需要1个。

D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC dsvHeapDesc = {};
dsvHeapDesc.NumDescriptors = 1;
dsvHeapDesc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_DSV;
dsvHeapDesc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_NONE;
hr = _device->CreateDescriptorHeap(&dsvHeapDesc, IID_PPV_ARGS(&_dsvHeap));if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建深度模板缓存堆描述符失败！");return;
}

14.获取堆描述符偏移大小

其中常量缓冲视图（constant buffer view）、无序访问视图（unordered access view）和dsv的堆描述符偏移大小是一样的。

_sizeDescriptorRtv = _device->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_RTV);
_sizeDescriptorCbvSrv = _device->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV);

一个堆描述符描述了多个资源，这个偏移就是用于确定某个资源所在的位置。比如我们创建了包含N个纹理的着色器资源视图（shader resource view）堆描述符，通过以下方式切换纹理：

CD3DX12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE srvHandleTex(_srvHeap->GetGPUDescriptorHandleForHeapStart(), index, g_dx._sizeDescriptorCbvSrv);
_commandList->SetGraphicsRootDescriptorTable(0, srvHandleTex);

15.创建rtv

前面创建了rtv的堆描述符，那个时候就确定了描述资源的数量（开始填入的SWAP_CHAIN_BUFFER_COUNT）。这时实际的创建rtv，由于它需要动态修改（需要响应窗口大小发生改变），我们写成可反复调用的形式：

void DirectX::_create_rtv(LONG w, LONG h)
{CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE rtvHandle(_rtvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart());// Create a RTV for each frame.for (UINT n = 0; n < SWAP_CHAIN_BUFFER_COUNT; n++){HRESULT hr = _swapChain->GetBuffer(n, IID_PPV_ARGS(&_renderTargets[n]));if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::ERR, L"从交换链获取后背缓冲失败！");continue;}_device->CreateRenderTargetView(_renderTargets[n].get(), nullptr, rtvHandle);rtvHandle.Offset(1, _sizeDescriptorRtv);}
}

这里构造了一个rtvHandle变量，然后每个缓冲创建一个RTV，循环的末尾调用了rtvHandle.Offset(1, _sizeDescriptorRtv);进行偏移。

16.创建命令分配器（command allocator）

命令分配器用于记录命令列表执行过的操作。它的数量等于交换链的缓冲数量。

for (UINT n = 0; n < SWAP_CHAIN_BUFFER_COUNT; n++)
{hr = _device->CreateCommandAllocator(D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT, IID_PPV_ARGS(&_commandAllocator[n]));if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建命令分配器失败！");return;}
}

17.创建dsv

先通过CreateCommittedResource在显存上创建资源，再调用CreateDepthStencilView和前面dsvHeap绑定关系。

因为我暂时只使用了深度测试，所以DepthStencil.Stencil字段为0，而DepthStencil.Depth字段我设为的是1.0f，这个值只能在[0, 1]的范围。在构建投影矩阵时，所有顶点的z值都会被变换到这个范围。而2d绘制使用的是正交投影矩阵，我们手动设置z值在此范围即可，这也是精灵的遮挡关系。

并且每帧都需要重置dsv的缓冲值，类似于清屏。

它依赖于交换链缓冲的大小，所以需要多次调用，写成函数的形式。

void DirectX::_create_dsv(LONG w, LONG h)
{D3D12_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC depthStencilDesc = {};depthStencilDesc.Format = DXGI_FORMAT_D32_FLOAT;depthStencilDesc.ViewDimension = D3D12_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D;depthStencilDesc.Flags = D3D12_DSV_FLAG_NONE;D3D12_CLEAR_VALUE depthOptimizedClearValue = {};depthOptimizedClearValue.Format = DXGI_FORMAT_D32_FLOAT;depthOptimizedClearValue.DepthStencil.Depth = DEPTH_VALUE_START;depthOptimizedClearValue.DepthStencil.Stencil = 0;HRESULT hr = _device->CreateCommittedResource(pointer(CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT)),D3D12_HEAP_FLAG_NONE,pointer(CD3DX12_RESOURCE_DESC::Tex2D(DXGI_FORMAT_D32_FLOAT, w, h, 1, 0, 1, 0, D3D12_RESOURCE_FLAG_ALLOW_DEPTH_STENCIL)),D3D12_RESOURCE_STATE_DEPTH_WRITE,&depthOptimizedClearValue,IID_PPV_ARGS(&_depthStencil));if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建dsv失败！");return;}_device->CreateDepthStencilView(_depthStencil.get(), &depthStencilDesc, _dsvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart());}

18.创建命令列表（command list）

在命令分配器的基础上创建命令列表，通过_frameIndex只需要创建1个。

hr = _device->CreateCommandList(0, D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT, _commandAllocator[_frameIndex].get(), nullptr, IID_PPV_ARGS(&_commandList));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建命令列表失败！");return;
}

19.创建用于同步的资源

当命令列表的操作被命令队列执行时，这时从内存向显卡传输资源，但这是异步的，需要时间来完成这些操作。通过同步资源我们可以知道，何时显卡完成了操作，此时就可以释放内存资源等等。

//.h
HANDLE _fenceEvent;
com_ptr<ID3D12Fence> _fence;
UINT64 _fenceValues[SWAP_CHAIN_BUFFER_COUNT] = {};//.cpp
// Create synchronization objects and wait until assets have been uploaded to the GPU.
hr = _device->CreateFence(_fenceValues[_frameIndex], D3D12_FENCE_FLAG_NONE, IID_PPV_ARGS(&_fence));
_fenceValues[_frameIndex]++;// Create an event handle to use for frame synchronization.
_fenceEvent = CreateEvent(nullptr, FALSE, FALSE, nullptr);
if (_fenceEvent == nullptr)
{//hr = HRESULT_FROM_WIN32(GetLastError()));dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建同步事件失败！");return;
}

等待GPU完成操作的函数。

void DirectX::WaitForGpu()
{HRESULT hr = E_FAIL;// Schedule a Signal command in the queue.hr = _commandQueue->Signal(_fence.get(), _fenceValues[_frameIndex]);if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::ERR, L"命令队列Signal失败！");return;}// Wait until the fence has been processed.hr = _fence->SetEventOnCompletion(_fenceValues[_frameIndex], _fenceEvent);if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::ERR, L"围栏设置同步对象失败！");return;}WaitForSingleObjectEx(_fenceEvent, INFINITE, FALSE);// Increment the fence value for the current frame._fenceValues[_frameIndex]++;
}

20.创建根签名（root signature）

根签名简单理解，需要与shader的资源一致。最常见的需要纹理、矩阵这两种资源，纹理归于srv，而矩阵属于cbv。还需要创建一个动态的采样器（sampler）资源，采样器也可以是静态的。

// Create the root signature.
D3D12_FEATURE_DATA_ROOT_SIGNATURE featureData = {};// This is the highest version the sample supports. If CheckFeatureSupport succeeds, the HighestVersion returned will not be greater than this.
featureData.HighestVersion = D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION_1_1;if (FAILED(g_dx._device->CheckFeatureSupport(D3D12_FEATURE_ROOT_SIGNATURE, &featureData, sizeof(featureData))))
{featureData.HighestVersion = D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION_1_0;
}CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE1 ranges[3];
ranges[0].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_SRV, 1, 0, 0, D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_FLAG_DATA_STATIC);//纹理资源
ranges[1].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_SAMPLER, 1, 0);//采样器
ranges[2].Init(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_CBV, 1, 0, 0, D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_FLAG_DATA_STATIC);//常量区CD3DX12_ROOT_PARAMETER1 rootParameters[3];
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_ALL);//所有可见CD3DX12_VERSIONED_ROOT_SIGNATURE_DESC rootSignatureDesc;
rootSignatureDesc.Init_1_1(_countof(rootParameters), rootParameters, 0, nullptr, D3D12_ROOT_SIGNATURE_FLAG_ALLOW_INPUT_ASSEMBLER_INPUT_LAYOUT);com_ptr<ID3DBlob> signature;
com_ptr<ID3DBlob> error;
hr = D3DX12SerializeVersionedRootSignature(&rootSignatureDesc, featureData.HighestVersion, signature.put(), error.put());
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"序列化根签名失败：" + String::Mbtowc((char*)error->GetBufferPointer(), false));return;
}
hr = g_dx._device->CreateRootSignature(0, signature->GetBufferPointer(), signature->GetBufferSize(), IID_PPV_ARGS(&_rootSignature));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建根签名失败！");return;
}

可以看到，0为srv，1为sampler，2为cbv。这与shader文件一致：

//2d.hlsl
cbuffer cb0 : register(b0)
{float4x4 g_mWorldViewProj;
};Texture2D        g_txDiffuse : register(t0);
SamplerState    g_sampler : register(s0);

只有cbv标记了全部可见（D3D12_SHADER_VISIBILITY_ALL ），因为顶点着色器（vertex shader）需要进行顶点变换：

//2d.hlsl
PSInput VSMain(VSInput input)
{PSInput result;result.position = mul(float4(input.position, 1.0f), g_mWorldViewProj);result.color = input.color;result.uv = input.uv;return result;
}

而像素着色器（pixel shader）使用了纹理和采样器：

//2d.hlsl
float4 PSMain(PSInput input) : SV_TARGET
{float4 Color = g_txDiffuse.Sample(g_sampler, input.uv) * input.color;clip(Color.a - 0.004f);return Color;
}

21.创建输入布局（input element）

输入布局描述了与顶点的结构，分别是位置、颜色、UV。

D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC inputElementDescs[] =
{{ "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0,  D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA, 0 },{ "COLOR", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT, 0, 12, D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA, 0 },{ "TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT,    0, 28, D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA, 0 },
};

这是2d绘图需要的顶点，3d绘图则可能不需要顶点的颜色，但需要加上法线、切线等属性通过光照混合纹理来计算它的颜色。

struct Vertex
{XMFLOAT3 _pos;XMFLOAT4 _color;XMFLOAT2 _t;
};

22.编译shader

 com_ptr<ID3DBlob> vertexShader;com_ptr<ID3DBlob> pixelShader;#if defined(_DEBUG)// Enable better shader debugging with the graphics debugging tools.UINT compileFlags = D3DCOMPILE_DEBUG | D3DCOMPILE_SKIP_OPTIMIZATION;
#elseUINT compileFlags = 0;
#endifID3DBlob* errors = nullptr;hr = D3DCompileFromFile(L"2d.hlsl", nullptr, nullptr, "VSMain", "vs_5_0", compileFlags, 0, vertexShader.put(), &errors);if (errors != nullptr){dnd_debug(Debug::Level::INFO, String::Mbtowc((char*)errors->GetBufferPointer(), false));errors->Release();}if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::DAMAGE, L"编译vs失败！");return;}hr = D3DCompileFromFile(L"2d.hlsl", nullptr, nullptr, "PSMain", "ps_5_0", compileFlags, 0, pixelShader.put(), &errors);if (errors != nullptr){dnd_debug(Debug::Level::INFO, String::Mbtowc((char*)errors->GetBufferPointer(), false));errors->Release();}if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::DAMAGE, L"编译ps失败！");return;}

简单的2d.hlsl文件如下：

struct VSInput
{float3 position    : POSITION;float4 color    : COLOR;float2 uv        : TEXCOORD0;
};struct PSInput
{float4 position    : SV_POSITION;float4 color    : COLOR;float2 uv        : TEXCOORD0;
};cbuffer cb0 : register(b0)
{float4x4 g_mWorldViewProj;
};Texture2D        g_txDiffuse : register(t0);
SamplerState    g_sampler : register(s0);PSInput VSMain(VSInput input)
{PSInput result;result.position = mul(float4(input.position, 1.0f), g_mWorldViewProj);result.color = input.color;result.uv = input.uv;return result;
}float4 PSMain(PSInput input) : SV_TARGET
{float4 Color = g_txDiffuse.Sample(g_sampler, input.uv) * input.color;clip(Color.a - 0.004f);return Color;
}

23.创建管道状态对象（pipeline state object）

光栅（rasterizer）状态

由于2d绘图不需要通过顶点绕序判断正面与背面，CullMode设置为NONE或许能减少GPU的消耗。

CD3DX12_RASTERIZER_DESC rasterizerStateDesc(D3D12_DEFAULT);
rasterizerStateDesc.CullMode = D3D12_CULL_MODE_NONE;

混合（blend）状态

使用如下的混合方式可以进行半透明物体的正常绘制，但BlendEnable字段现在设置的暂时是false，即未开启颜色混合。

D3D12_BLEND_DESC blend_desc;
blend_desc.AlphaToCoverageEnable = FALSE;
blend_desc.IndependentBlendEnable = FALSE;//false只使用RenderTarget[0]blend_desc.RenderTarget[0].BlendEnable = FALSE;
blend_desc.RenderTarget[0].BlendOp = D3D12_BLEND_OP_ADD;
blend_desc.RenderTarget[0].SrcBlend = D3D12_BLEND_SRC_ALPHA;
blend_desc.RenderTarget[0].DestBlend = D3D12_BLEND_INV_SRC_ALPHA;//两个透明物体混合，其透明度应该是较不透明者
blend_desc.RenderTarget[0].BlendOpAlpha = D3D12_BLEND_OP_MAX;
blend_desc.RenderTarget[0].SrcBlendAlpha = D3D12_BLEND_SRC_ALPHA;
blend_desc.RenderTarget[0].DestBlendAlpha = D3D12_BLEND_DEST_ALPHA;blend_desc.RenderTarget[0].RenderTargetWriteMask = D3D12_COLOR_WRITE_ENABLE_ALL;
blend_desc.RenderTarget[0].LogicOpEnable = FALSE;

深度模板（depth stencil）状态

这里打开了深度测试，但关闭了模板测试。D3D12_COMPARISON_FUNC_LESS标记会使绘制时，z值小于当前像素z值的才被写入。

D3D12_DEPTH_STENCIL_DESC depth_stencil_desc;
//小于时成功
depth_stencil_desc.DepthEnable = TRUE;
depth_stencil_desc.DepthFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_LESS;
depth_stencil_desc.DepthWriteMask = D3D12_DEPTH_WRITE_MASK_ALL;depth_stencil_desc.StencilEnable = FALSE;

最终创建PSO

创建PSO依赖从20节（创建根签名）到前面所创建的资源，通过修改一些字段，我们创建了两个PSO。一个用于非透明精灵的绘制、一个用于半透明精灵的绘制。非透明精灵的绘制关闭了颜色混合，半透明精灵的绘制打开了颜色混合，并且深度测试函数改为了小于等于时成功（D3D12_COMPARISON_FUNC_LESS_EQUAL），因为半透明精灵必须后绘制，遇到z值相同的非透明像素依旧需要写入。

     D3D12_GRAPHICS_PIPELINE_STATE_DESC psoDesc = {};psoDesc.InputLayout = { inputElementDescs, _countof(inputElementDescs) };psoDesc.pRootSignature = _rootSignature.get();psoDesc.VS = { reinterpret_cast<UINT8*>(vertexShader->GetBufferPointer()), vertexShader->GetBufferSize() };psoDesc.PS = { reinterpret_cast<UINT8*>(pixelShader->GetBufferPointer()), pixelShader->GetBufferSize() };psoDesc.RasterizerState = rasterizerStateDesc;psoDesc.BlendState = blend_desc;//CD3DX12_BLEND_DESC(D3D12_DEFAULT);psoDesc.DepthStencilState = depth_stencil_desc;psoDesc.SampleMask = UINT_MAX;psoDesc.PrimitiveTopologyType = D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE_TRIANGLE;psoDesc.NumRenderTargets = 1;psoDesc.RTVFormats[0] = DXGI_FORMAT_TYPE;psoDesc.DSVFormat = DXGI_FORMAT_D32_FLOAT;psoDesc.SampleDesc.Count = 1;//非透明任然需要深度测试，但不需要alpha混合hr = g_dx._device->CreateGraphicsPipelineState(&psoDesc, IID_PPV_ARGS(&_pipelineState[PsoType::NORMAL]));if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建PSO（normal）失败！");return;}psoDesc.BlendState.RenderTarget[0].BlendEnable = TRUE;//相等也必须混合，因为背景可能是不透明物体，在DrawCall里，一定是后画的psoDesc.DepthStencilState.DepthFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_LESS_EQUAL;hr = g_dx._device->CreateGraphicsPipelineState(&psoDesc, IID_PPV_ARGS(&_pipelineState[PsoType::TRANSLUCENT]));if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建PSO（translucent）失败！");return;}

24.创建采样器

先创建堆描述符，再创建采样器资源：

// Describe and create a sampler descriptor heap.
D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC samplerHeapDesc = {};
samplerHeapDesc.NumDescriptors = 1;
samplerHeapDesc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_SAMPLER;
samplerHeapDesc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_SHADER_VISIBLE;
hr = g_dx._device->CreateDescriptorHeap(&samplerHeapDesc, IID_PPV_ARGS(&_samplerHeap));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建采样器堆描述符失败！");return;
}// 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;
g_dx._device->CreateSampler(&samplerDesc, _samplerHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart());

25.创建索引缓冲（index buffer）

填充内存

这里使用了vector，如果使用数组，由于数组太大可能会栈溢出。一个精灵（四边形）有四个顶点，划分为两个三角形，则需要6个索引。

顶点绕序为 012、023，如下图所示：

vector<UINT32> indices;
indices.resize(Constant::NUM_2D_INDICES);UINT32 n = 0;
for (UINT32 i = 0; i < Constant::NUM_2D_INDICES; i += 6)
{indices[i + 0] = 0 + n;indices[i + 1] = 1 + n;indices[i + 2] = 2 + n;indices[i + 3] = 0 + n;indices[i + 4] = 2 + n;indices[i + 5] = 3 + n;n += 4;
}

创建默认堆（heap default）

我们需要在显存上创建索引缓冲资源，通过以下方式创建：

CD3DX12_HEAP_PROPERTIES heapProps2(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT);
auto desc2 = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(Constant::NUM_2D_INDICES * sizeof(UINT32));hr = g_dx._device->CreateCommittedResource(&heapProps2,D3D12_HEAP_FLAG_NONE,&desc2,D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST,nullptr,IID_PPV_ARGS(&_indexBuffer));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建索引缓存失败（DEFAULT）！");return;
}

通过标记 D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT创建的CD3DX12_HEAP_PROPERTIES 结构说明资源在显存上，再通过 CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(size);指定了缓冲区的大小。D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST指定资源的状态是复制目标（copy dest）状态，资源必须是这个状态才能通过内存上传资源。

通过标记 D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT创建的资源叫默认堆，它是没有CPU访问权限的，只能通过上载堆给它上传资源，这个过程就是内存到显存的过程。

上载堆（heap upload）的创建

同样上载堆是类似的创建方式，只不过堆类型改为了D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD，然后资源的状态必须填D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ，这是规定。它是可以被CPU访问的，也就是存在于某片内存上。

com_ptr<ID3D12Resource> indexBufferUploadHeap;
CD3DX12_HEAP_PROPERTIES heapProps3(D3D12_HEAP_TYPE_UPLOAD);
auto desc3 = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(Constant::NUM_2D_INDICES * sizeof(UINT32));hr = g_dx._device->CreateCommittedResource(&heapProps3,D3D12_HEAP_FLAG_NONE,&desc3,D3D12_RESOURCE_STATE_GENERIC_READ,nullptr,IID_PPV_ARGS(&indexBufferUploadHeap));
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"创建索引缓存失败（Upload）！");return;
}

可以通过Map、CopyBufferRegion等接口来写入，但d3dx12有封装好的函数，简单的整体复制我们直接使用即可，先不考虑那么多（写入一部分、写入纹理等不尽相同）。

// Copy data to the intermediate upload heap and then schedule a copy
// from the upload heap to the index buffer.
D3D12_SUBRESOURCE_DATA indexData = {};
indexData.pData = (void*)indices.data();
indexData.RowPitch = Constant::NUM_2D_INDICES * sizeof(UINT32);
indexData.SlicePitch = indexData.RowPitch;UpdateSubresources<1>(g_dx._commandList.get(), _indexBuffer.get(), indexBufferUploadHeap.get(), 0, 0, 1, &indexData);

这里使用到了命令列表，说明这个操作需要GPU同步，可以理解，从内存复制到显存，必然是需要显卡告诉我们完成了此操作。

但命令列表的执行，只是记录了操作，并没有实际的执行操作，等到命令队列执行它，才真正的开始，那个时候我们才需要等待GPU完成操作。因为vector<UINT32> indices;和com_ptr<ID3D12Resource> indexBufferUploadHeap;都是局部变量，生命周期结束后，内存也就失效了。但显然这时候内存失效是错误的，因为资源还没从内存全部复制到显存。

转换资源状态

前面创建的索引缓冲默认堆一开始是D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST状态，要作为索引缓冲资源，还需要通过资源转换屏障转换到D3D12_RESOURCE_STATE_INDEX_BUFFER状态。因为上面的创建，并没有出现index buffer相关的标记，显卡不知道这个资源的用途是索引缓冲。

auto num_barrier1 = CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(_indexBuffer.get(), D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST, D3D12_RESOURCE_STATE_INDEX_BUFFER);
g_dx._commandList->ResourceBarrier(1, &num_barrier1);

创建索引缓冲视图（ibv）

D3D12_INDEX_BUFFER_VIEW _indexBufferView;// Describe the index buffer view.
_indexBufferView.BufferLocation = _indexBuffer->GetGPUVirtualAddress();
_indexBufferView.Format = DXGI_FORMAT_R32_UINT;
_indexBufferView.SizeInBytes = Constant::NUM_2D_INDICES * sizeof(UINT32);

在绘制时，通过_commandList->IASetIndexBuffer(&_indexBufferView);即可设置要使用索引缓冲。

26.执行命令列表

命令列表记录完操作后，需要Close表示完成记录，再提交给命令队列执行。在最后使用WaitForGpu等待显卡完成操作。

//关闭并 添加到命令队列
// Close the command list and execute it to begin the initial GPU setup.
hr = g_dx._commandList->Close();
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::DAMAGE, L"命令列表Close失败！");return;
}ID3D12CommandList* ppCommandLists[] = { g_dx._commandList.get() };
g_dx._commandQueue->ExecuteCommandLists(_countof(ppCommandLists), ppCommandLists);//这里必须等待资源上传到GPU
g_dx.WaitForGpu();

27.绘制流水线

到这里，所有基础组件就创建完成了，接下来是帧函数循环调用的绘制部分。

重置命令分配器和命令列表

在创建命令列表时，我们就依赖于命令分配器。这里每帧重新记录，都需要Reset。

//重新记录需要reset
hr = _commandAllocator[_frameIndex]->Reset();
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::ERR, L"命令分配器Reset失败！");return;
}// However, when ExecuteCommandList() is called on a particular command
// list, that command list can then be reset at any time and must be before
// re-recording.
hr = _commandList->Reset(_commandAllocator[_frameIndex].get(), _2d._pipelineState[Dx2D::PsoType::NORMAL].get());
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::ERR, L"命令列表Reset失败！");return;
}

rtv、stv清屏

将rtv从呈现状态（D3D12_RESOURCE_STATE_PRESENT），转换到绘制目标状态（D3D12_RESOURCE_STATE_RENDER_TARGET），以进行接下来的清屏与绘制操作。顺便也将dsv清空到初始值。

//资源屏障 呈现 -> 绘制目标
// Indicate that the back buffer will be used as a render target.
auto res_barrier0 = CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(_renderTargets[_frameIndex].get(), D3D12_RESOURCE_STATE_PRESENT, D3D12_RESOURCE_STATE_RENDER_TARGET);
_commandList->ResourceBarrier(1, &res_barrier0);//设置 当前绘制目标
CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE rtvHandle(_rtvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart(), _frameIndex, _sizeDescriptorRtv);
CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE dsvHandle(_dsvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart());
_commandList->OMSetRenderTargets(1, &rtvHandle, FALSE, &dsvHandle);//清屏
// Record commands.
const float clearColor[] = { 0.0f, 0.2f, 0.4f, 1.0f };
_commandList->ClearRenderTargetView(rtvHandle, clearColor, 0, nullptr);
_commandList->ClearDepthStencilView(_dsvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart(), D3D12_CLEAR_FLAG_DEPTH, DEPTH_VALUE_START, 0, 0, nullptr);

绘制

这一步放在后面再讲。

转换rtv状态

完成绘制后，反过来操作一遍，将rtv从绘制目标状态转换到呈现状态。

// Indicate that the back buffer will now be used to present.
auto res_barrier1 = CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(_renderTargets[_frameIndex].get(), D3D12_RESOURCE_STATE_RENDER_TARGET, D3D12_RESOURCE_STATE_PRESENT);
_commandList->ResourceBarrier(1, &res_barrier1);

关闭命令列表并执行

//关闭
hr = _commandList->Close();
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::ERR, L"命令列表关闭失败！");return;
}// 执行命令列表
ID3D12CommandList* ppCommandLists[] = { _commandList.get() };
_commandQueue->ExecuteCommandLists(_countof(ppCommandLists), ppCommandLists);

呈现并进行下一帧

HRESULT hr = _swapChain->Present(_bVsync ? 1 : 0, 0);
if (FAILED(hr))
{dnd_debug(DL::ERR, L"Present失败！");return;
}MoveToNextFrame();

void DirectX::MoveToNextFrame()
{HRESULT hr = E_FAIL;// Schedule a Signal command in the queue.const UINT64 currentFenceValue = _fenceValues[_frameIndex];hr = _commandQueue->Signal(_fence.get(), currentFenceValue);if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::ERR, L"命令队列Signal失败！");return;}// Update the frame index._frameIndex = _swapChain->GetCurrentBackBufferIndex();// If the next frame is not ready to be rendered yet, wait until it is ready.if (_fence->GetCompletedValue() < _fenceValues[_frameIndex]){hr = _fence->SetEventOnCompletion(_fenceValues[_frameIndex], _fenceEvent);if (FAILED(hr)){dnd_debug(DL::ERR, L"围栏设置同步对象失败！");return;}WaitForSingleObjectEx(_fenceEvent, INFINITE, FALSE);}// Set the fence value for the next frame._fenceValues[_frameIndex] = currentFenceValue + 1;
}

28.绘图流程

//设置根签名
_commandList->SetGraphicsRootSignature(_rootSignature.get());//设置使用的堆描述符
ID3D12DescriptorHeap* ppHeaps[] = { _cbvSrvHeap.get() ,_samplerHeap.get() };
_commandList->SetDescriptorHeaps(_countof(ppHeaps), ppHeaps);//设置采样器
_commandList->SetGraphicsRootDescriptorTable(1, _samplerHeap->GetGPUDescriptorHandleForHeapStart());//设置PSO
_commandList->SetPipelineState(_pipelineState[PsoType::NORMAL].get());//设置视口
_commandList->RSSetViewports(1, &g_dx._viewport);//设置裁剪
_commandList->RSSetScissorRects(1, &g_dx._scissorRect);//设置srv偏移
CD3DX12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE cbvSrvHandleTex(_cbvSrvHeap->GetGPUDescriptorHandleForHeapStart(), INT(iter._canvas->_id), g_dx._sizeDescriptorCbvSrv);
_commandList->SetGraphicsRootDescriptorTable(0, cbvSrvHandleTex);//设置cbv偏移
CD3DX12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE cbvSrvHandleMat(_cbvSrvHeap->GetGPUDescriptorHandleForHeapStart(), INT(_vecCanvas.size() + mat_id), g_dx._sizeDescriptorCbvSrv);
_commandList->SetGraphicsRootDescriptorTable(2, cbvSrvHandleMat);//设置绘制图元
_commandList->IASetPrimitiveTopology(D3D_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);//设置索引缓存
_commandList->IASetIndexBuffer(&_indexBufferView);//设置顶点缓存
_commandList->IASetVertexBuffers(0, 1, &iter._canvas->_vertexBufferView);//绘制
_commandList->DrawIndexedInstanced(UINT((iter._end - iter._beg) / 2 * 3), 1, 0, INT(iter._beg), 0);

29.代码仓库

完整的2d绘图封装，可以参考我的仓库，我还将实现图像加载、音效、文本、网络、ui等等一系列游戏相关的组件，欢迎提出bug，或参与进来。

DND3D: 基于DirectX12的3D引擎，尝试。

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【DirectX12】1.基本组件创建和绘图流程

基本组件的创建和绘图流程

1.头文件

2.类型名字

3.检测XMath支持

4.开启调试层

4.创建DXGI的Factory接口

5.获取硬件适配器

6.输出显卡信息（可选）

7.创建Device

8.创建命令队列（command queue）

9.创建交换链（swap chain）

10.禁止alt+enter的功能

11.记录当前后背缓冲索引

12.创建绘制表面视图（rtv）堆描述符

13.创建深度模板视图（dsv）堆描述符

14.获取堆描述符偏移大小

15.创建rtv

16.创建命令分配器（command allocator）

17.创建dsv

18.创建命令列表（command list）

19.创建用于同步的资源

20.创建根签名（root signature）

21.创建输入布局（input element）

22.编译shader

23.创建管道状态对象（pipeline state object）

光栅（rasterizer）状态

混合（blend）状态

深度模板（depth stencil）状态

最终创建PSO

24.创建采样器

25.创建索引缓冲（index buffer）

填充内存

创建默认堆（heap default）

上载堆（heap upload）的创建

转换资源状态

创建索引缓冲视图（ibv）

26.执行命令列表

27.绘制流水线

重置命令分配器和命令列表

rtv、stv清屏

绘制

转换rtv状态

关闭命令列表并执行

呈现并进行下一帧

28.绘图流程

29.代码仓库

【DirectX12】1.基本组件创建和绘图流程相关推荐

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