前言

​ 本篇为DX12 实例化的学习笔记

什么是实例化，为什么需要它？

​ 想象一下，在绘制时，可能需要绘制同一物体但该物体的位置、朝向、大小、材质、纹理可能各不相同，按照常规的思路：我们需要保存对应物体的位置、朝向、大小、材质、纹理数据，若需要绘制的物体十分多，会造成draw call次数增大

​ 那么有没有方案来解决这一问题呢？你可能会想出这样的解决方法——将该物体存放在局部空间，当需要绘制它的不同状态时，再乘以世界矩阵。虽然此方法确实节省了不少空间和开销，但因绘制物体而调用API的开销还是不让人满意，毕竟需要物体的顶点数据需要乘以世界矩阵，材质同样需要。难道说还有其他的解决方案麻？没错确实有，这就是本章的主角实例化

​ 通过使用实例化技术，可以使得仅需一次绘制调用即可构造出该对象的多个实例。再者，若搭配动态索引，还能进一步优化其开销

其实在前面我们一直在绘制实例数据，只不过我们将绘制实例的数量设为1，也就是只绘制一个实例。若把此项设为10，也就是绘制10个相同的实例，但这并不能满足我们的需求，因此接下来需要思考如何让这些实例对象拥有它独特的示例数据

实例数据

• 输入实例数据有两种方法
  1. 在IA阶段，用逐实例数据流代替逐顶点数据流，再将第二个顶点缓冲区和含有实例数据的输入流绑定：在创建输入布局时，将结构体D3D12_INPUT_ELEMENT_DESC中的InputSlotClass用枚举D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_INSTANCE_DATA代替D3D12_INPUT_CLASSIFICATION_PER_VERTEX_DATA
  2. 为所有实例都创建一个存有对应实例数据的结构化缓冲区，也就是说将对象实例化n次，则创建一个含有100个实例数据元素的结构化缓冲区,再将结构化缓冲区资源绑定到渲染管线，并根据需要绘制的实例在VS中引用对应数据

现在存在一个问题——如何引用需要的实例？D3D提供系统值SV_InstanceID来解决这一问题。如，将第一个实例所用的顶点都统一为0，第二个实例所用的顶点都统一为1，以此类推

• 实例

  • 创建实例缓冲区

    一个渲染项对应一个结构化缓冲区

    struct InstanceData
    {
    	DirectX::XMFLOAT4X4 World = MathHelper::Identity4x4();
    	DirectX::XMFLOAT4X4 TexTransform = MathHelper::Identity4x4();
    	UINT MaterialIndex;
    	UINT InstancePad0;
    	UINT InstancePad1;
    	UINT InstancePad2;
    };
    
    std::unique_ptr<UploadBuffer<InstanceData>> InstanceBuffer = nullptr;
    InstanceBuffer = std::make_unique<UploadBuffer<InstanceData>>(device, maxInstanceCount, false);	//上传堆
    
    struct RenderItem
    {
        //...
        std::vector<InstanceData> Instances;
        UINT InstanceCount = 0;
        //...
    }
    
    

  • shader

    物体常量缓冲区的工作将交给实例缓冲区.实例缓冲区将MaterialIndex传递给VertexOut,PS再从VertexOut中的MaterialIndex获取材质数据

    struct InstanceData
    {
    	float4x4 World;
    	float4x4 TexTransform;
    	uint     MaterialIndex;
    	uint     InstPad0;
    	uint     InstPad1;
    	uint     InstPad2;
    };
    
    struct MaterialData
    {
    	float4   DiffuseAlbedo;
        float3   FresnelR0;
        float    Roughness;
    	float4x4 MatTransform;
    	uint     DiffuseMapIndex;
    	uint     MatPad0;
    	uint     MatPad1;
    	uint     MatPad2;
    };
    
    //注意!这里类型不再是Texture2DArray，这里所用类型的特点是该数组存储的纹理尺寸和格式可以各不相同，更为灵活
    //纹理数组位于space0
    Texture2D gDiffuseMap[7] : register(t0);
    
    //该材质结构化缓冲区位于space1,使得纹理数组不会和该资源重叠
    StructuredBuffer<InstanceData> gInstanceData : register(t0, space1);
    StructuredBuffer<MaterialData> gMaterialData : register(t1, space1);
    
    struct VertexOut
    {
    	float4 PosH    : SV_POSITION;
        float3 PosW    : POSITION;
        float3 NormalW : NORMAL;
    	float2 TexC    : TEXCOORD;
    	
    	// nointerpolation表示该索引指向的是未插值的三角形
    	nointerpolation uint MatIndex  : MATINDEX;
    };
    
    VertexOut VS(VertexIn vin, uint instanceID : SV_InstanceID)
    {
    	VertexOut vout = (VertexOut)0.0f;
    	
    	// 获取实例数据
    	InstanceData instData = gInstanceData[instanceID];
    	float4x4 world = instData.World;
    	float4x4 texTransform = instData.TexTransform;
    	uint matIndex = instData.MaterialIndex;
    
    	vout.MatIndex = matIndex;
    	
    	// 获取材质数据
    	MaterialData matData = gMaterialData[matIndex];
    	//...
    }
    
    float4 PS(VertexOut pin) : SV_Target
    {
    	// 获取材质数据
    	MaterialData matData = gMaterialData[pin.MatIndex];
    	float4 diffuseAlbedo = matData.DiffuseAlbedo;
        float3 fresnelR0 = matData.FresnelR0;
        float  roughness = matData.Roughness;
    	uint diffuseTexIndex = matData.DiffuseMapIndex;
    	
    	// 动态索引。在数组中查找纹理
        diffuseAlbedo *= gDiffuseMap[diffuseTexIndex].Sample(gsamLinearWrap, pin.TexC);
    	//...
    }
    

reference

Directx12 3D 游戏开发实战