[DirectX] Particle and Geometry Shader
in Study on WinAPI&DirectX
원하는 입자만 렌더링 하고 싶으면 어떻게 해야할까?
활성화 및 비활성화의 구분
인스턴싱을 한 뒤에는 원하지 않는 파티클까지 렌더링이 진행되는 문제가 발생한다.
인스턴싱을 이용하면 100개의 스레드가 한 프레임에 동시에 렌더링을 하게 되면 어쩔 수 없이 원하는 파티클 뿐만 아니라 다른 파티클까지 한꺼번에 렌더링이 진행된다.
따라서 파티클이 활성화되어있는 것만 렌더링, 업데이트를 하도록 코드를 개선할 것이다.
particle_render.fx의 개선?
픽셀 쉐이더에서 discard나 clip(-1)을 이용한다.
다만, 이 방법은 픽셀쉐이더가 멈추는거지 파이프라인을 처음 부터 시작하지 않는 것은 아니다.
즉, 정점쉐이더, 레스터라이저가 다 진행되고나서 픽셀쉐이더가 진행되는 것인데, 이렇게 하면 불필요한 연산을 하게 되는 것이다.
버퍼 안에서 필요한 것만 파이프라인이 진행되도록 만들 순 없을까?
파이프라인의 순서
- 정점 쉐이더
- 테셀레이션
- 지오메트리 쉐이더
- 레스터라이저
- 픽셀 쉐이더
- 깊이 판정
- 블렌드 판정
우리는 이제 지오메트리 쉐이더를 활용할 것이다.
가장 빠르게 멈출 수 있는 시점이 지오메트리 쉐이더이다.
지오메트리 쉐이더를이용하면 레스터라이저 이후로는 호출할 필요가 없어진다.
지오메트리 쉐이더의 역할
- 중간에 정점을 생성시킨다. 없던 정점을 만들어낼 수 있다.
- 정점을 생성하지 않으면 해당 정점의 파이프라인을 멈춘다.
지오메트리 쉐이더가 없을 때에는 정점 쉐이더에서 만든 것을 바로 레스터라이저에게 넘길 수 있었지만 이제는 정점 쉐이더에서 설정한, 받은 위치에서 정점을 지오메트리 쉐이더에서 정점을 생성해서 레스터라이저에게 넘겨줘야 한다.
지오메트리 쉐이더에서 정점을 생성하지 않으면 정점을 생성하지 않는 것으로 간주하여 다음 파이프라인 단계가 진행되지 않는다.
이를 이용하여 불필요한 정점은 더 이상 렌더링 되지 않도록 조절할 것이다.
지오메트리 쉐이더의 사용 목적
- 파이프라인의 제어 : 상술한 것과 같은 역할을 하기 위해서 사용한다.
- 빌보드 처리 : 카메라가 쳐다보는 방향이 바뀌어도 카메라와 마주 볼 수 있게 조정한다.
뷰 스페이스의 특징
- 카메라의 위치가 원점
- 카메라가 쳐다보는 방향이 z축
위 특징이 있다. 그러면 카메라가 바라보고 있는 방향이 설정된 월드 좌표계에서 일일이 파티클의 위치를 계산하기 보다는,
뷰 스페이스에서 정점을 확장시킨 다음에 투영 행렬을 곱해서 월드 좌표계에 배치하는 방법을 사용하면 될 것이다.
이제는 정점 쉐이더에서 기존에 정점을 4개씩 입력했던 것과는 달리 정점을 1개 입력받을 것이다.
그리고 정점을 1개 전달받은 지오메트리 쉐이더에서 정점을 4개 생성하는 방법을 사용할 것이다.
만일 활성화 할 파티클이면 지오메트리 쉐이더를 진행시키면 되고, 아니라면 진행을 멈추면 되는 것이다.
코드의 변경
CGraphicsShader 클래스
// 헤더파일
#pragma once
#include "CShader.h"
class CGraphicsShader :
public CShader
{
private:
ComPtr<ID3DBlob> m_VSBlob;
ComPtr<ID3DBlob> m_HSBlob;
ComPtr<ID3DBlob> m_DSBlob;
ComPtr<ID3DBlob> m_GSBlob;
ComPtr<ID3DBlob> m_PSBlob;
ComPtr<ID3D11VertexShader> m_VS;
ComPtr<ID3D11HullShader> m_HS;
ComPtr<ID3D11DomainShader> m_DS;
ComPtr<ID3D11GeometryShader> m_GS;
ComPtr<ID3D11PixelShader> m_PS;
ComPtr<ID3D11InputLayout> m_Layout;
D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY m_eTopology;
RS_TYPE m_RSType;
DS_TYPE m_DSType;
BS_TYPE m_BSType;
SHADER_DOMAIN m_Domain;
public:
void CreateVertexShader(const wstring& _strFileName, const string& _strFuncName);
void CreateGeometryShader(const wstring& _strFileName, const string& _strFuncName);
void CreatePixelShader(const wstring& _strFileName, const string& _strFuncName);
void SetTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY _Topology) { m_eTopology = _Topology; }
void SetRSType(RS_TYPE _Type) { m_RSType = _Type; }
void SetDSType(DS_TYPE _Type) { m_DSType = _Type; }
void SetBSType(BS_TYPE _Type) { m_BSType = _Type; }
void SetDomain(SHADER_DOMAIN _domain) { m_Domain = _domain; }
SHADER_DOMAIN GetDomain() { return m_Domain; }
virtual void UpdateData() override;
public:
CGraphicsShader();
~CGraphicsShader();
};
// cpp 파일
#include "pch.h"
#include "CGraphicsShader.h"
#include "CPathMgr.h"
#include "CDevice.h"
CGraphicsShader::CGraphicsShader()
: CShader(RES_TYPE::GRAPHICS_SHADER)
, m_eTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST)
, m_RSType(RS_TYPE::CULL_BACK)
, m_DSType(DS_TYPE::LESS)
, m_BSType(BS_TYPE::DEFAULT)
, m_Domain(SHADER_DOMAIN::DOMAIN_UNDEFINED)
{
}
CGraphicsShader::~CGraphicsShader()
{
}
void CGraphicsShader::CreateVertexShader(const wstring& _strFileName, const string& _strFuncName)
{
// Shader 파일 경로
wstring strShaderFile = CPathMgr::GetInst()->GetContentPath();
strShaderFile += _strFileName;
// VertexShader Compile
if (FAILED(D3DCompileFromFile(strShaderFile.c_str(), nullptr, D3D_COMPILE_STANDARD_FILE_INCLUDE
, _strFuncName.c_str(), "vs_5_0", 0, 0, m_VSBlob.GetAddressOf(), m_ErrBlob.GetAddressOf())))
{
MessageBoxA(nullptr, (const char*)m_ErrBlob->GetBufferPointer()
, "Vertex Shader Compile Failed!!", MB_OK);
}
// 컴파일된 객체로 VertexShader, PixelShader 를 만든다.
DEVICE->CreateVertexShader(m_VSBlob->GetBufferPointer(), m_VSBlob->GetBufferSize()
, nullptr, m_VS.GetAddressOf());
// InputLayout 생성
D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC LayoutDesc[3] = {};
LayoutDesc[0].SemanticName = "POSITION";
LayoutDesc[0].SemanticIndex = 0;
LayoutDesc[0].AlignedByteOffset = 0;
LayoutDesc[0].Format = DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT;
LayoutDesc[0].InputSlot = 0;
LayoutDesc[0].InputSlotClass = D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA;
LayoutDesc[0].InstanceDataStepRate = 0;
LayoutDesc[1].SemanticName = "COLOR";
LayoutDesc[1].SemanticIndex = 0;
LayoutDesc[1].AlignedByteOffset = 12;
LayoutDesc[1].Format = DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT;
LayoutDesc[1].InputSlot = 0;
LayoutDesc[1].InputSlotClass = D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA;
LayoutDesc[1].InstanceDataStepRate = 0;
LayoutDesc[2].SemanticName = "TEXCOORD";
LayoutDesc[2].SemanticIndex = 0;
LayoutDesc[2].AlignedByteOffset = 28;
LayoutDesc[2].Format = DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT;
LayoutDesc[2].InputSlot = 0;
LayoutDesc[2].InputSlotClass = D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA;
LayoutDesc[2].InstanceDataStepRate = 0;
if (FAILED(DEVICE->CreateInputLayout(LayoutDesc, 3
, m_VSBlob->GetBufferPointer(), m_VSBlob->GetBufferSize()
, m_Layout.GetAddressOf())))
{
assert(nullptr);
}
}
void CGraphicsShader::CreateGeometryShader(const wstring& _strFileName, const string& _strFuncName)
{
// Shader 파일 경로
wstring strShaderFile = CPathMgr::GetInst()->GetContentPath();
strShaderFile += _strFileName;
// Shader Compile
if (FAILED(D3DCompileFromFile(strShaderFile.c_str(), nullptr, D3D_COMPILE_STANDARD_FILE_INCLUDE
, _strFuncName.c_str(), "gs_5_0", 0, 0, m_GSBlob.GetAddressOf(), m_ErrBlob.GetAddressOf())))
{
MessageBoxA(nullptr, (const char*)m_ErrBlob->GetBufferPointer()
, "Shader Compile Failed!!", MB_OK);
}
// 컴파일된 객체로 Shader 를 만든다.
DEVICE->CreateGeometryShader(m_GSBlob->GetBufferPointer(), m_GSBlob->GetBufferSize()
, nullptr, m_GS.GetAddressOf());
}
void CGraphicsShader::CreatePixelShader(const wstring& _strFileName, const string& _strFuncName)
{
// Shader 파일 경로
wstring strShaderFile = CPathMgr::GetInst()->GetContentPath();
strShaderFile += _strFileName;
// PixelShader Compile
if (FAILED(D3DCompileFromFile(strShaderFile.c_str(), nullptr, D3D_COMPILE_STANDARD_FILE_INCLUDE
, _strFuncName.c_str(), "ps_5_0", 0, 0, m_PSBlob.GetAddressOf(), m_ErrBlob.GetAddressOf())))
{
MessageBoxA(nullptr, (const char*)m_ErrBlob->GetBufferPointer()
, "Pixel Shader Compile Failed!!", MB_OK);
}
// 컴파일된 객체로 PixelShader 를 만든다.
DEVICE->CreatePixelShader(m_PSBlob->GetBufferPointer(), m_PSBlob->GetBufferSize()
, nullptr, m_PS.GetAddressOf());
}
void CGraphicsShader::UpdateData()
{
CONTEXT->IASetInputLayout(m_Layout.Get());
CONTEXT->IASetPrimitiveTopology(m_eTopology);
CONTEXT->VSSetShader(m_VS.Get(), nullptr, 0);
CONTEXT->HSSetShader(m_HS.Get(), nullptr, 0);
CONTEXT->DSSetShader(m_DS.Get(), nullptr, 0);
CONTEXT->GSSetShader(m_GS.Get(), nullptr, 0);
CONTEXT->PSSetShader(m_PS.Get(), nullptr, 0);
CONTEXT->RSSetState(CDevice::GetInst()->GetRSState(m_RSType).Get());
CONTEXT->OMSetDepthStencilState(CDevice::GetInst()->GetDSState(m_DSType).Get(), 0);
CONTEXT->OMSetBlendState(CDevice::GetInst()->GetBSState(m_BSType).Get(), Vec4(0.f, 0.f, 0.f, 0.f), 0xffffffff);
}
지오메트리 쉐이더를 만들고, 지오메트리 쉐이더까지 업데이트 하도록 코드를 조정한다.
CResMgr.cpp
이제는 RectMesh가 아니라 점 하나 짜리 메쉬를 사용할 것이다.
점이 하나인 포인트 메쉬를 생성한다.
// PointMesh의 생성
v.vPos = Vec3(0.f, 0.f, 0.f);
v.vUV = Vec2(0.f, 0.f);
v.vColor = Vec4(1.f, 1.f, 1.f, 1.f);
pMesh = new CMesh;
UINT idx = 0;
pMesh->Create(&v, 1, &idx, 1);
AddRes(L"PointMesh", pMesh);
그리고 점이 하나인 쉐이더는 토폴로지를 직접 세팅한다.
// ============================
// ParticleRender
//
// RS_TYPE : CULL_NONE
// DS_TYPE : NO_WRITE
// BS_TYPE : ALPHA_BLEND
// Parameter
// g_int_0 : Particle Index
//
// Domain : TRANSPARENT
// ============================
pShader = new CGraphicsShader;
pShader->SetKey(L"ParticleRenderShader");
pShader->CreateVertexShader(L"shader\\particle_render.fx", "VS_ParticleRender");
pShader->CreatePixelShader(L"shader\\particle_render.fx", "PS_ParticleRender");
pShader->SetRSType(RS_TYPE::CULL_NONE);
pShader->SetDSType(DS_TYPE::NO_WRITE);
pShader->SetBSType(BS_TYPE::ALPHA_BLEND);
pShader->SetTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY::D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_POINTLIST);
pShader->SetDomain(SHADER_DOMAIN::DOMAIN_TRANSPARENT);
AddRes(pShader->GetKey(), pShader);
particle_render.fx
정점 쉐이더에서 지오메트리 쉐이더로, 지오메트리 쉐이더에서 레스터라이저로 넘겨줄 수 있도록 코드를 작성할 것이다.
#ifndef _PARTICLE_RENDER
#define _PARTICLE_RENDER
#include "value.fx"
#include "struct.fx"
// ========================
// Particle Render Shader
// mesh : RectMesh
// Parameter
// g_int_0 : Particle Index
// =========================
StructuredBuffer<tParticle> ParticleBuffer : register(t20);
struct VS_IN
{
float3 vPos : POSITION;
uint iInstID : SV_InstanceID;
};
struct VS_OUT
{
float3 vPos : POSITION;
uint iInstID : SV_InstanceID;
};
VS_OUT VS_ParticleRender(VS_IN _in)
{
VS_OUT output = (VS_OUT) 0.f;
output.vPos = _in.vPos;
output.iInstID = _in.iInstID;
return output;
}
// GeometryShader 사용
// 1. 파이프라인 제어
// 2. 빌보드 처리 (카메라를 바라보는..)
struct GS_OUT
{
float4 vPosition : SV_Position;
float2 vUV : TEXCOORD;
};
[maxvertexcount(6)]
void GS_ParticleRender (point VS_OUT _in[1], inout TriangleStream<GS_OUT> _outstream)
{
uint id = _in[0].iInstID;
if (ParticleBuffer[id].Age < 0.f)
return;
float3 vParticleViewPos = mul(float4(ParticleBuffer[id].vWorldPos.xyz, 1.f), g_matView).xyz;
float2 vParticleScale = ParticleBuffer[id].vWorldScale.xy;
// 0 -- 1
// | |
// 3 -- 2
float3 NewPos[4] =
{
float3(vParticleViewPos.x - vParticleScale.x / 2.f, vParticleViewPos.y + vParticleScale.y / 2.f, vParticleViewPos.z),
float3(vParticleViewPos.x + vParticleScale.x / 2.f, vParticleViewPos.y + vParticleScale.y / 2.f, vParticleViewPos.z),
float3(vParticleViewPos.x + vParticleScale.x / 2.f, vParticleViewPos.y - vParticleScale.y / 2.f, vParticleViewPos.z),
float3(vParticleViewPos.x - vParticleScale.x / 2.f, vParticleViewPos.y - vParticleScale.y / 2.f, vParticleViewPos.z)
};
GS_OUT output[4] = { (GS_OUT) 0.f, (GS_OUT) 0.f, (GS_OUT) 0.f, (GS_OUT)0.f };
output[0].vPosition = mul(float4(NewPos[0], 1.f), g_matProj);
output[0].vUV = float2(0.f, 0.f);
output[1].vPosition = mul(float4(NewPos[1], 1.f), g_matProj);
output[1].vUV = float2(1.f, 0.f);
output[2].vPosition = mul(float4(NewPos[2], 1.f), g_matProj);
output[2].vUV = float2(1.f, 1.f);
output[3].vPosition = mul(float4(NewPos[3], 1.f), g_matProj);
output[3].vUV = float2(0.f, 1.f);
// 정점 생성
_outstream.Append(output[0]);
_outstream.Append(output[1]);
_outstream.Append(output[2]);
_outstream.RestartStrip();
_outstream.Append(output[0]);
_outstream.Append(output[2]);
_outstream.Append(output[3]);
_outstream.RestartStrip();
}
float4 PS_ParticleRender(GS_OUT _in) : SV_Target
{
return float4(1.f, 0.f, 0.f, 1.f);
}
#endif
maxvertexcount(6)은 지오메트리 쉐이더의 함수로, 최대 만들 정점의 수를 지정하는 것이다.
point VS_OUT _in[1], inout TriangleStream<GS_OUT> _outstream
위 코드는 정점 1개를 input해서 삼각형 형태로 output을 생성 시키는 것이다.
해당 정점의 Age값이 음수라면 (비활성화) 바로 return 하여 파이프라인 과정을 중단 시킨다.
그렇지 않다면 정점의 좌표를 중심으로 입자의 scale 값에 따라서 좌상단, 우상단, 우하단, 좌하단 좌표를 지정하여 정점 4개를 생성하게 한다.
이때 생성되는 자료는 vPosition(위치 좌표), vUV(UV 좌표)이다.
output 인자마다 투영행렬을 곱하고, _outstream.Append로 인덱스 버퍼에 인덱스를 넣듯이 면을 형성시킨다.
