1 DirectX12

1.1 DirectX 簡介

DirectX 是 Windows 中的一組組件，允許游戲、軟件直接與視頻和音頻硬件結(jié)合使用。 使用 DirectX的游戲可以更有效地使用內(nèi)置于硬件的多媒體加速器功能，從而改善整體的多媒體體驗。

1.2 DirectX SDK安裝

• 方法1，通過Windows 10 SDK安裝，官網(wǎng)下載最新版本：Windows SDK
  
• 方法2，通過VS安裝，做為一個開發(fā)人員，我更喜歡這種方式
  
  安裝完成后，我們可以了解下DirectX SDK頭文件目錄和庫文件目錄。
  頭文件目錄：

C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\shared
C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\um

庫文件目錄 ：

C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.19041.0\um\x64

（注意：10.0.19041.0是我電腦上面的版本，大家的可能不一樣）

2 D3D12初始化

有了開發(fā)環(huán)境，我們來完成D3D12初始化。

2.1 創(chuàng)建Windwos桌面項目

我們創(chuàng)建一個Windwos桌面項目，從頭開始學習D3D11的初始化過程。
打開Visutal Studio 2022，選擇菜單：文件->新建->項目，創(chuàng)建新項目。選擇C++類型，輸入 Windows桌面向?qū)?進行篩選，在結(jié)果中選擇“Windows桌面向?qū)А?，點擊下一步。

配置項目名稱和地址，點擊創(chuàng)建

在彈出來的對話框中選擇“桌面應(yīng)用程序（.exe）”，勾選 “空項目”，點擊確定建建一個空的Windwos桌面項目。
我這里沒有勾選“空項目”，主要是偷懶不想寫注冊窗口和消息處理。

2.2 修改符合模式

創(chuàng)建項目后在項目屬性找c/c++，找到語言，找到符合模式選否。不改碰到錯誤時再改也行。

2.3 下載d3dx12.h文件

打開官方github上面的d3dx12.h文件，把里面的代碼拷貝下來。在工程解決方案里創(chuàng)建一個叫DXUtils的文件夾，在這個文件夾下新建一個d3dx12.h文件，把內(nèi)容放在里面。
這個文件里面是官方寫好的一些輔助結(jié)構(gòu)體，不屬于DirectX 12 SDK的核心部分，但是可以通過微軟官方網(wǎng)站下載獲得，方便我們后面開發(fā)。
以CD3DX12作為前綴的結(jié)構(gòu)體全都定義在d3dx12.h頭文件當中。

2.4 創(chuàng)建一個異常類D3DException，定義拋出異常實例的宏ThrowIfFailed

#pragma once#include <windows.h>	// Windows 頭文件
#include<string>        // 提供wsring類,在Windows平臺上應(yīng)該使用wstring和wchar_t// 定義異常類
class D3DException
{
public:D3DException() = default;// 顯示：異常函數(shù)的返回值、函數(shù)名、代碼所處文件名，所處代碼行數(shù)D3DException(HRESULT hr, const std::wstring& functionName, const std::wstring& filename, int lineNumber){ErrorCode = hr;FunctionName = functionName;Filename = filename;LineNumber = lineNumber;}std::wstring ToString()const;HRESULT ErrorCode = S_OK;std::wstring FunctionName;std::wstring Filename;int LineNumber = -1;
};// AnsiToWString函數(shù)（將字符串映射到 UTF-16 (寬字符) 字符串）
inline std::wstring AnsiToWString(const std::string& str)
{WCHAR buffer[512];MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, str.c_str(), -1, buffer, 512);return std::wstring(buffer);
}// 如果發(fā)生異常，拋出一個異常實例
#ifndef ThrowIfFailed
#define ThrowIfFailed(x)                                              \
{                                                                     \HRESULT hr__ = (x);                                               \std::wstring wfn = AnsiToWString(__FILE__);                       \if(FAILED(hr__)) { throw D3DException(hr__, L#x, wfn, __LINE__); } \
}
#endif

3 D3D12的初始化步驟

準備工作做發(fā)了，下面我們就來完成D3D12的初始化

要初始化D3D12，首先需要創(chuàng)建D3D12設(shè)備（ID3D12Device）。我們可以通過該ID3D12Device與硬件進行交互，命令硬件完成一些工作（比如：在顯存中分配資源、清空后臺緩沖區(qū)、將資源綁定到各種管線階段、繪制幾何體）。具體而言：

接口	說明
ID3D12Device	代表著一個顯示適配器，顯示適配器一般指3D圖形硬件即顯卡。顯示適配器也可以用軟件通過模擬硬件顯卡的計算處理過程來代替，軟件也可以作為適配器（如WARP適配器）。

• Direct3D設(shè)備既可以檢測系統(tǒng)環(huán)境對功能的支持情況，又能創(chuàng)建所有其他的Direct3D接口對象（如資源、視圖和命令列表）。
• 創(chuàng)建Direct3D設(shè)備使用函數(shù)D3D12CreateDevice。

現(xiàn)在我們開始在MyD3DApp.cpp中來增加設(shè)備的初始化。

3.1 初始化前的準備

3.1.1 增加頭文件的引用：

#include<wrl.h>         // 提供了ComPtr類，它是COM對象的智能指針，使我們無需手動Release
#include<d3d12.h>       // Direct3D12頭文件，ID3D12開頭類型始于此
#include<dxgi1_4.h>     // DirectX圖形基礎(chǔ)設(shè)施頭文件，IDXGI開頭類型始于此
#include<string>        // 提供wsring類,在Windows平臺上應(yīng)該使用wstring和wchar_t
#include<assert.h>
#include "DXUtils/d3dx12.h"

3.1.2 引用Direct3D庫文件、IDXGI庫文件

// 引用Direct3D庫文件
#pragma comment (lib, "d3d12.lib")
// 引用IDXGI庫文件
#pragma comment (lib, "dxgi.lib")

增加使用Windows運行時庫（Windows Runtime Library，WRL）為COM對象提供的COM對象的智能指針Microsoft::WRL::ComPtr類的命名空間。

using namespace Microsoft::WRL; // 方便使用Microsoft::WRL::ComPtr類   

3.1.5 增加InitDirect3D函數(shù)

// 初始化Direct3D
bool InitDirect3D()
{
}

除了全局變量，后面的代碼都在InitDirect3D中增加

3.1.6 啟用D3D12的調(diào)試層

#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG) // 如果在Debug模式，啟用D3D12的調(diào)試層，// 啟用調(diào)試后，D3D會在錯誤發(fā)生時向VC++的輸出窗口發(fā)送調(diào)試信息{ComPtr<ID3D12Debug> debugController;ThrowIfFailed(D3D12GetDebugInterface(IID_PPV_ARGS(&debugController)));debugController->EnableDebugLayer();}
#endif

3.2 創(chuàng)建Direct3D設(shè)備

3.2.1 增加IDXGIFactory和ID3D12Device兩個全局的COM對象智能指針

// IDXGIFactory: DXGI中最關(guān)鍵的接口之一，可以枚舉顯示適配器
ComPtr<IDXGIFactory4> mdxgiFactory;// ID3D12Device: 代表一個顯示適配器（顯卡）
ComPtr<ID3D12Device> md3dDevice;

• D3D12Device 就是Direct3D中用于提供顯卡控制接口的對象，它代表著當前系統(tǒng)中的顯示適配器。一般來說，它是一個3D圖形硬件(如顯卡), 但是，操作系統(tǒng)在沒有顯卡的時候也能正常的顯示圖像，這時候使用的就是軟件顯示適配器，如(WARP適配器)
• 獲取顯示適配器
  顯示適配器是真正實現(xiàn)了圖形處理能力的對象，上面的D3D12Device是對顯示適配器的進一步封裝。
  這是我系統(tǒng)中的顯示適配器
  
  那么在程序中我們怎么才能知道使用的是哪個適配器呢，畢竟游戲的使用性能較高的適配較好。
• 我們了解下DXGI的概念。
  DXGI是一種與Direct3D配合使用的API，設(shè)計DXGI的基本理念是使得多種圖形API中的底層任務(wù)能夠使用通用的API，比如3D和2D的圖形API在底層都可以使用相同的，比如Direct3D和Direct2D內(nèi)部實現(xiàn)交換鏈時可以使用同一套接口。
  我們在獲取系統(tǒng)的可用顯示適配器時，會使用到 IDXGIFactory，主要用于創(chuàng)建SwapChain以及枚舉顯示適配器
  后面的代碼會使用IDXGIFactory4來枚舉系統(tǒng)中的顯示適配器

3.2.2 創(chuàng)建一個D3D12設(shè)備

    // 創(chuàng)建可用于生成其他 DXGI 對象的 DXGI 1.0 FactoryThrowIfFailed(CreateDXGIFactory1(IID_PPV_ARGS(&mdxgiFactory)));// 創(chuàng)建一個D3D硬件適配器// D3D12CreateDevice參數(shù)為：(適配器指針，應(yīng)用程序所需最低功能級別，所建ID3D12Device接口的COM ID）// 返回所創(chuàng)建的D3D12設(shè)備HRESULT hardwareResult = D3D12CreateDevice(nullptr,                   // 適配器指針，創(chuàng)建設(shè)備時用的顯示適配器，適配器指針傳入nullptr表示使用主顯示適配器D3D_FEATURE_LEVEL_12_0,    // 應(yīng)用程序需要硬件支持的最低功能級別IID_PPV_ARGS(&md3dDevice));// IID_PPV_ARGS是Direct3D為我們提供的一個工具宏，它為我們生成了接口中的后兩個參數(shù)

IID_PPV_ARGS宏會展開為兩項，第一項根據(jù)__uuidof獲取了COM對象的ID（全局唯一標識符，GUID），IID_PPV_ARGS輔助函數(shù)本質(zhì)是把指針強制轉(zhuǎn)換為void類型

3.2.3 如果創(chuàng)建主顯示適配器失敗，使用WARP軟件適配器

    // 創(chuàng)建主顯示適配器失敗，使用WARP軟件適配器if (FAILED(hardwareResult)){ComPtr<IDXGIAdapter> pWarpAdapter;ThrowIfFailed(mdxgiFactory->EnumWarpAdapter(IID_PPV_ARGS(&pWarpAdapter)));// 不同windows版本的WARP最高支持的功能級別也不同// 再次創(chuàng)建D3D設(shè)備時，僅適配器指針參數(shù)不同，傳入WARP適配器指針ThrowIfFailed(D3D12CreateDevice(pWarpAdapter.Get(),D3D_FEATURE_LEVEL_12_0,IID_PPV_ARGS(&md3dDevice)));}

3.3 創(chuàng)建圍欄

CPU和GPU的同步需要使用到圍欄，第一步中我們創(chuàng)建好設(shè)備，第二步就可以創(chuàng)建圍欄了。
另外，如果使用描述符進行工作，需要獲取描述符的大小。描述符在不同GPU平臺上的大小不同，因此我們需要將獲取的描述符大小信息緩存起來，方便需要時直接引用。

3.3.1 增加全局圍欄和描述符變量

// ID3D12Fence: 表示圍欄
ComPtr<ID3D12Fence> mFence;// RTV描述符大小，RTV描述符: 渲染目標視圖資源
UINT mRtvDescriptorSize = 0;
// DSV描述符大小，DSV描述符: 深度/模板視圖資源
UINT mDsvDescriptorSize = 0;
// CbvSrvUav描述符大小，CBV描述符: 常量緩沖區(qū)視圖資源...
UINT mCbvSrvUavDescriptorSize = 0;

3.3.2 創(chuàng)建D3D12圍欄

bool CreateD3DFence()
{// 創(chuàng)建圍欄ThrowIfFailed(md3dDevice->CreateFence(0,D3D12_FENCE_FLAG_NONE,IID_PPV_ARGS(&mFence)));// 獲取描述符大小mRtvDescriptorSize = md3dDevice->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_RTV);mDsvDescriptorSize = md3dDevice->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_DSV);mCbvSrvUavDescriptorSize = md3dDevice->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV);
}

可以看到新出現(xiàn)的四個變量都是通過 md3dDevice 對象獲取到的，這說明：
?1. Direct3D12 設(shè)備對象能創(chuàng)建所有其他的Direct3D接口對象。
?2. COM對象需要使用特定方法或通過其他COM對象的方法獲取。

3.3.3 我們來了解下資源與描述符

• 在渲染過程中，GPU需要對資源進行讀和寫。但是GPU和資源并不是直接綁定的，而是通過一個中間角色 “描述符”來進行綁定的。
• 描述符是一種對送往GPU的資源進行描述的輕量級結(jié)構(gòu)，它是一個中間層。當GPU需要對資源進行讀或?qū)憰r，GPU就會問描述符：資源在哪里，我應(yīng)該按照哪種數(shù)據(jù)格式進行讀寫。
• 描述符的作用有兩點：
  ?1. 指定資源數(shù)據(jù)。
  ?2. 為GPU解釋資源信息。
• 創(chuàng)建資源時可用無類型格式，如DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_TYPELESS類型，它是4個分量組成，每個分量占8個位。如果某個資源在創(chuàng)建時采用了無類型格式，那么在為它創(chuàng)建描述符時必須指明其具體類型。
• 注意：視圖和描述符的含義是等價的。
• 每個描述符都有一種具體類型，用來明確資源的具體作用，常用的描述符如下：

描述符	說明
CBV	常量緩沖區(qū)視圖
SRV	著色器資源視圖
UAV	無序訪問視圖
sampler	采樣器資源描述符
RTV	渲染目標視圖資源
DSV	深度/模板視圖資源

• 描述符堆中存有一系列描述符，本質(zhì)上是存放用戶程序中某特定類型描述符的一塊內(nèi)存。我們需要為每一種類型的描述符創(chuàng)建出單獨的描述符，當然同一種描述符也可以創(chuàng)建多個描述符堆。
• 我們可以用不同的描述符來描述同一個資源，達到以不同的數(shù)據(jù)格式或內(nèi)容部分去讀寫資源的目的。
• 由于創(chuàng)建描述符的過程中需要執(zhí)行一些類型的檢測和驗證工作，最好不要在運行時才創(chuàng)建描述符，創(chuàng)建描述符的最佳時機為初始化期間。
• 當然有時確實需要使用無類型資源所帶來的靈活性，此時在一定限度內(nèi)，可以考慮在運行時創(chuàng)建描述符。

3.4 檢測對4X MSAA 質(zhì)量級別的支持

我們要使用4X MSAA，之所以選擇4X，是因為借助此采樣數(shù)量就可以獲取開銷不高但性能非凡的效果。而使用4X MSAA之前，我們要先檢查設(shè)備是否支持4X MSAA 質(zhì)量級別的圖像。

3.4.1 增加全局資源數(shù)據(jù)格式和4X MASS質(zhì)量級別變量

void Check4XMSAA()
{// DXGI_FORMAT: 資源數(shù)據(jù)的格式，一種枚舉類型 DXGI_FORMAT mBackBufferFormat = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;// 檢測對4X MASS質(zhì)量級別的支持D3D12_FEATURE_DATA_MULTISAMPLE_QUALITY_LEVELS msQualityLevels;msQualityLevels.Format = mBackBufferFormat;                         // 紋理格式msQualityLevels.SampleCount = 4;                                    // 采樣次數(shù)msQualityLevels.Flags = D3D12_MULTISAMPLE_QUALITY_LEVELS_FLAG_NONE; // 默認選項msQualityLevels.NumQualityLevels = 0;                               // 質(zhì)量級別// 使用ID3D12Device::CheckFeatureSupport函數(shù)，查詢我們設(shè)置的這種圖像質(zhì)量的級別ThrowIfFailed(md3dDevice->CheckFeatureSupport(D3D12_FEATURE_MULTISAMPLE_QUALITY_LEVELS