【Direct3D 11.3 Functional Specification】 第2章 Rendering Pipeline Overview

第2章 渲染管线概述

与前几代产品一样，D3D11.1硬件也可以使用共享的可编程处理器核心进行设计。GPU上存在大量的Shader处理器核心，可以在包含D3D11.1 Pipeline的各个功能块之间进行调度，如下所示。

2.1 输入汇编器（IA）概述

输入汇编器（IA）在将保存在一维缓冲区的点，直线，三角形或面片控制点等几何数据引入图形管线中,

顶点数据可以来自多个缓冲区，可以从每个缓冲区以“结构数组”的方式访问。每个缓冲区都绑定到一个单独的输入插槽，并具有一定的结构步幅。输入缓冲区声明了所有缓冲区中数据的布局，其中每个条目定义了一个“元素”，其中包括：输入插槽，结构偏移量，数据类型和目标寄存器（用于第一个活动着色器）。管道）。

给定的顶点序列是根据固定功能状态和各种Draw *（）API / DDI调用的组合，从缓冲区中获取的数据构成的。各种原始拓扑可用于使顶点数据序列表示原始序列。示例拓扑为：点列表，线列表，三角形列表，三角形带，8个控制点跳线列表。

顶点数据可以通过以下两种方式之一生成。第一个是“非索引”渲染，它是包含顶点数据的Buffer的顺序遍历，其始于每个Buffer绑定的起始偏移量。生成顶点数据的第二种方法是“索引编制”渲染，它是对包含标量整数索引的单个Buffer的顺序遍历，该标量是从Buffer的起始偏移量开始的。每个索引指示从包含顶点数据的缓冲区中提取数据的位置。索引值与它们所引用的缓冲区的特性无关。缓冲区由前面提到的声明描述。因此，通过“非索引”和“索引”渲染（以各自的方式）完成的任务是生成从中获取内存中顶点数据的地址，

通过允许非索引或索引渲染中的顺序遍历在每个“顶点缓冲区”（非索引情况）或“索引缓冲区”（“索引”情况）内的范围内循环，可以启用实例化几何图形渲染。缓冲区绑定可以标识为“实例数据”或“顶点数据”，指示在执行实例渲染时如何使用绑定的缓冲区。由“非索引”或“索引”渲染生成的地址用于获取“顶点数据”，同时考虑了执行实例渲染时的循环。另一方面，“实例数据”总是从每个缓冲区偏移量开始，以等于每个实例一个步长的频率顺序遍历（例如，遍历实例中的顶点数后向前一个步长）。“实例数据”的步速

输入汇编程序的另一个用途是它可以读取从流输出（2.7） 阶段写入的缓冲区。这种情况下需要特定类型的Draw DrawAuto （8.9）。DrawAuto使输入汇编程序可以知道有多少数据在不占用CPU的情况下动态写入了流输出缓冲区。

除了从缓冲区生成顶点数据外，IA还可以自动生成标量计数器值，例如：VertexID （8.16），PrimitiveID （8.17）和InstanceID （8.18），以输入到图形管线中的着色器阶段。

在带状拓扑（例如三角形带）的“索引”渲染中，提供了一种机制，可通过一次Draw *（）调用绘制多个带（即“剪切”带）。

2.2 顶点着色器（VS）概述

“顶点着色器”阶段处理顶点，执行诸如变换，蒙皮和照明之类的操作。顶点着色器始终在单个输入顶点上操作并产生单个输出顶点。

2.3 Hull着色器（HS）概述

外壳着色器每个面片（patch）运行一次,它可以将构成面片的输入控制点转换为输出控制点，并且可以设置一些 在Tessellator阶段使用的参数，如
TessFactors，表示要细分多少像素的。

2.4 Tessellator（TS）概述

Tessellator是固定功能单元，其操作由Hull Shader中的声明定义。

2.5 Domain着色器（DS）概述

Tessellator生成的每个顶点将调用一次Domain Shader。每个调用都由其在通用域上的坐标来标识，并且Domain Shader的作用是将坐标转换为有形的东西（例如3D空间中的点）以供接下来的Pipeline使用。

2.6 几何着色器（GS）概述

几何着色器运行应用程序指定的着色器代码，并以顶点作为输入，并能够在输出中生成顶点，几何着色器的输入是完整图元的顶点，某些类型的图元还可以包括边缘相邻图元的顶点。另一个输入是由IA自动生成的PrimitiveID。几何着色器阶段能够输出形成单个选定拓扑的多个顶点，在几何着色器的任何调用中，发出的图元数量可以自由变化，尽管必须静态声明可以发出的最大顶点数量。输出可以馈送到光栅化器和/或输出到内存中的顶点缓冲区。馈送到内存的输出将扩展到各个点/线/三角形列表（将它们传递到光栅化器的方式相同）。

2.7 流输出（SO）概述

顶点可以在到达光栅器之前被流式传输到内存中。这就像管道中的“抽头”，即使数据继续向下流到光栅器，也可以将其打开。通过流输出发送的数据被连接到缓冲区。这些缓冲区可以在随后的传递中作为管道输入重新循环。

关于流输出的一个限制是它与几何着色器绑定在一起，因为两者必须一起创建（尽管两者都可以为“ NULL” /“ off”）。不过，流出的特定内存缓冲区并没有与此GS / SO对绑定。GS仅绑定对要向流输出馈送的顶点数据的哪些部分的描述。

流输出的一种用途是保存将被重用的有序管道数据。例如，可以通过将顶点作为独立点传递到管道中来“剥皮”一批顶点（就像要访问所有顶点一样），对每个顶点应用“蒙皮”操作，然后将结果流式传输到内存中。现在，已保存的“剥皮的”顶点可以在后续遍中用作输入。

由于通过Stream Output写入的输出量可能是不可预测的动态，因此需要一种特殊类型的Draw命令 DrawAuto （8.9）。DrawAuto使输入汇编程序可以知道有多少数据在不占用CPU的情况下动态写入了流输出缓冲区。此外，查询对于减轻流输出溢出（20.4.10）以及检索将多少数据写入 流输出缓冲区（20.4.9）是必要的。

2.8 栅格化器概述

光栅化器负责剪辑，原始设置以及确定如何调用Pixel Shaders。D3D 11。图3并不将其视为管道中的“阶段”，而是管道阶段之间的接口，碰巧执行了大量固定功能操作，其中许多操作可由软件开发人员进行调整。

栅格化器始终假定在剪切空间中提供了输入位置，执行剪切，透视划分并应用视口比例/偏移。

2.9 像素着色器（PS）概述

可用于Pixel Shader的输入数据包括顶点属性，可以基于每个元素选择顶点属性，以在进行或不进行透视校正的情况下进行插值，或者视为按原语不变。

像素着色器也可以选择每个像素调用一次，也可以选择每个像素覆盖的样本调用一次。

输出是当前像素或样本的输出数据的一个或多个4个向量，或者没有颜色（如果像素被丢弃）。

Pixel Shader也具有其他一些输入和输出，类似于Compute Shader可以使用的输入和输出，例如，可以写入分散的位置。

2.10 输出合并（OM）概述

逻辑管道的最后一步是通过模具或深度确定可见性，并将输出写入或混合到RenderTarget，RenderTarget可能是许多资源类型之一（5）。

这些操作以及输出资源（RenderTargets）的绑定在“输出合并”中定义。

2.11 计算着色器（CS）概述

Compute Shader可以将GPU视为数据并行处理器的通用网格，而无需来自图形管线的任何图形处理。Compute Shader拥有对快速共享内存的显式访问权限，以促进着色器调用组之间的通信，并具有对内存执行分散读取和写入的能力。原子操作的可用性使对共享内存地址的唯一访问成为可能。计算着色器不是图形管线的一部分（所有先前讨论的着色器阶段）。尽管所有其他着色器阶段都在同一台设备上，但Compute Shader还是独立存在。要调用此着色器，将调用Dispatch *（）API而不是Draw *（）。