[DirectX 12] #2-5. Root Signature

March 21, 2025

들어가며

이번에는 Root Signature 방식을 바꿔볼 것이다. 이전 수업에서는 Root Signature에 Root CBV Descriptor 자체를 넣어 사용하는 방식(Adding a Root Constant Buffer View)을 사용했다. 이번에는 Root Table을 사용하여 Constant Buffer를 관리하는 방식(Binding Descriptor Tables)을 사용한다.

#2-4. Constant Buffer 포스트의 Root Signature 예제 참고

왜 새로운 방식을 사용하는가?
- Root Signature의 Root 파라미터 크기는 최대 4바이트 x 64개로 제한적이다.
- CBV가 많아지면 Root Signature에 직접 넣는 방식이 비효율적이다.
- Descriptor Table을 사용하면 더 많은 CBV를 관리할 수 있다.

Root Table

이제 Root Signature에 직접 CBV를 포함하는 대신, Root Table을 이용해 여러 개의 CBV를 관리하는 방식을 사용한다.

Root Table이란?
- Root Table은 Descriptor Heap을 가리키는 포인터 역할을 한다.
- CBV를 Root Signature에 직접 넣는 대신, Root Table이 Descriptor Heap을 참조하도록 설정한다.
- Descriptor Heap 내부에 어려 개의 CBV를 저장해 관리할 수 있다.
- SetDescriptorHeaps()와 SetGraphicsRootDescriptorTable()을 사용해 데이터를 GPU에 전달한다.
기존 방식에서의 변화
- 기존에는 SetGraphicsRootConstantBufferView()를 사용해 Root Signature에서 직접 CBV를 참조했다.
- 이 방식은 SetGraphicsRootDescriptorTable()을 사용해 Descriptor Heap의 특정 CBV를 선택한다.
- 즉, CBV를 직접 등록하는 게 아니라 Descriptor Heap을 통해 간접적으로 참조한다.

CommandList::SetgraphicsRootDescriptorTable()
- 참고: MS_CommandList::SetDescriptorHeaps
- 역할
  - Descriptor Table에서 배열 중 몇 번째 것을 사용할지 설정하는 함수
- 특징
  - Root Signature에서 설정한 Descriptor Table을 사용할 때 호출한다.
  - Descriptor Heap 내부의 특정 CBV/SRV/UAV를 선택하여 쉐이더에서 사용할 수 있도록 한다.
CommandList::SetDescriptorHeaps()
- 참고: MS_CommandList::SetDescriptorHeaps()
- 역할
  - 어떤 Descriptor Heap을 사용할 건지 매핑하는 함수
- 특징
  - Descriptor Heap을 쉐이더에서 사용할 수 있도록 설정한다.
  - CBV/SRV/UAV Heap과 Sampler Heap을 한 번에 하나씩만 바인딩 할 수 있다.
  - 한 번 설정하면 여러 번 사용할 수 있기 때문에 너무 자주 호출하지 않도록 주의해야 한다. (호출 비용이 크므로 남발하지 말 것)
  - CPU에서 사용하는 Descriptor Heap과 다르게, 쉐이더에서 사용할 Heap은 반드시 Shader Visible 옵션을 활성화 해야 한다.
  - 참고. Descriptor Heap을 여러 개 만드는 게 아니라, 한 개를 크게 만들어서 사용한다.

Root Sinature 수정

Root Signature를 설정할 때 Descriptor Table을 추가해보자.

Root Signature 설정 (RootSignature::Init())

CBV_REGISTER enum을 정의해 레지스터를 명확하게 관리한다.

 enum class CBV_REGISTER
 {
     b0,
     b1,
     b2,
     b3,
     b4,
        
     END // 참고. END는 enum의 총 개수
 };
        
 enum
 {
     SWAP_CHAIN_BUFFER_COUNT = 2,
     CBV_REGISTER_COUNT = CBV_REGISTER::END,
     REGISTER_COUNT = CBV_REGISTER::END,
 };

CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE를 사용해 Descriptor Table을 설정한다.
Root Parameter를 Descriptor Table로 설정한다.
D3D12SerializeRootSignature()를 사용해 Root Signature를 생성한다.

CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE ranges[] =
{
    CD3DX12_DESCRIPTOR_RANGE(D3D12_DESCRIPTOR_RANGE_TYPE_CBV, CBV_REGISTER_COUNT, 0), // b0~b4
};

CD3DX12_ROOT_PARAMETER param[1];
param[0].InitAsDescriptorTable(_countof(ranges), ranges);

D3D12_ROOT_SIGNATURE_DESC sigDesc = CD3DX12_ROOT_SIGNATURE_DESC(_countof(param), param);
sigDesc.Flags = D3D12_ROOT_SIGNATURE_FLAG_ALLOW_INPUT_ASSEMBLER_INPUT_LAYOUT; // 입력 조립기 단계

ComPtr<ID3DBlob> blobSignature;
ComPtr<ID3DBlob> blobError;
::D3D12SerializeRootSignature(&sigDesc, D3D_ROOT_SIGNATURE_VERSION_1, &blobSignature, &blobError);
device->CreateRootSignature(0, blobSignature->GetBufferPointer(), blobSignature->GetBufferSize(), IID_PPV_ARGS(&_signature));

최종적으로
1. b0 ~ b4의 CBV를 Descriptor Table을 통해 참조할 수 있도록 설정했다.
2. CBV를 Root Signature에 직접 넣지 않고, Descriptor Table을 통해 접근하게 되었다.

Descriptor Heap 생성

Root Signature를 설정했으므로, 이제 Constant Buffer에서 Descriptor Heap을 생성하여 CBV를 저장해야 한다.

Descriptor Heap 생성 (ConstantBuffer::CreateView())
1. 멤버 변수 추가
```
 ComPtr<ID3D12DescriptorHeap>    _cbvHeap;   
 D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE	    _cpuHandleBegin = {};   // 시작 핸들 주소
 uint32  _handleIncrementSize = 0; 
        
 // e.x. i번 핸들을 구하고 싶으면, _cpuHandleBegin += i * handleIncrementSize
```
2. D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC를 사용하여 CBV를 저장할 Descriptor Heap을 생성한다.
3. CPU Handle을 저장하여 특정 인덱스의 CBV를 참조할 수 있도록 설정한다.
4. 각 CBV에 대해 CreateConstantBufferView()를 호출하여 Descriptor Heap에 등록한다.

D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC cbvDesc = {};
cbvDesc.NumDescriptors = _elementCount;
cbvDesc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_NONE;
cbvDesc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV;
DEVICE->CreateDescriptorHeap(&cbvDesc, IID_PPV_ARGS(&_cbvHeap));

_cpuHandleBegin = _cbvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart();
_handleIncrementSize = DEVICE->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV);

for (uint32 i = 0; i < _elementCount; ++i)
{
    D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE cbvHandle = GetCpuHandle(i);

    D3D12_CONSTANT_BUFFER_VIEW_DESC cbvDesc = {};
    cbvDesc.BufferLocation = _cbvBuffer->GetGPUVirtualAddress() + static_cast<uint64>(_elementSize) * i;
    cbvDesc.SizeInBytes = _elementSize;

    DEVICE->CreateConstantBufferView(&cbvDesc, cbvHandle);
}

최종적으로
1. CBV Descriptor Heap이 생성되고, 각 CBV가 Constant Buffer를 가리키게 된다.
2. 이제 Shader에서 Descriptor Heap을 통해 CBV를 사용할 수 있다.

Descriptor Table과 Root Signature 연결

이제 Descriptor Table과 Root Signature를 연결해보자.

ConstantBuffer::Init()에서 ConstantBuffer::CreateView()를 호출하여 CBV Descriptor Heap을 설정한다.

 void ConstantBuffer::Init(uint32 size, uint32 count)
 {
     _elementSize = (size + 255) & ~255;
     _elementCount = count;

     CreateBuffer();
     CreateView(); // CBV Descriptor Heap 생성
 }

ConstantBuffer::GetCpuHandle() 함수를 추가해 특정 인덱스 핸들을 가져오도록 한다.

 D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE ConstantBuffer::GetCpuHandle(uint32 index)
 {
     return CD3DX12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE(_cpuHandleBegin, index * _handleIncrementSize);
 }

최종적으로 CBV Descriptor Heap이 각 Constant Buffer를 참조하고, Root Signature에서 Descriptor Table을 통해 CBV Descriptor Heap을 Shader에 전달하는 구조가 완성된다.

Table Descriptor Heap 생성

여러 개의 Descriptor를 관리하는 Table Descriptor Heap class를 구현해보자. 여러 개의 그룹을 만들 수 있도록 groupSize와 groupCount를 사용한다.

사용 변수

private:
	ComPtr<ID3D12DescriptorHeap> _descHeap;
	uint64					_handleSize = 0;
	uint64					_groupSize = 0;
	uint64					_groupCount = 0;
	uint32					_currentGroupIndex = 0;  // 현재 그룹 인덱스

Heap 초기화 (TableDescriptorHeap::Init())
1. (그룹 수 * 각 그룹의 레지스터 수)만큼 생성한다.
2. D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_SHADER_VISIBLE 설정한다. (GPU에서 접근 가능)
3. CreateDescriptorHeap()을 호출해 Heap을 생성한다.
4. 핸들 크기 및 그룹 크기를 저장한다.

_groupCount = count;

D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC desc = {};
desc.NumDescriptors = count * REGISTER_COUNT;
desc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_SHADER_VISIBLE;
desc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV;

DEVICE->CreateDescriptorHeap(&desc, IID_PPV_ARGS(&_descHeap));

_handleSize = DEVICE->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV);
_groupSize = _handleSize * REGISTER_COUNT;

인덱스 초기화 (TableDescriptorHeap::Clear())
- 매 프레임마다 그릅 인덱스를 초기화할 수 있도록 Clear 함수를 구현한다.

	_currentGroupIndex = 0;

CBV 복사 (TableDescriptorHeap::SetCBV())
- CBV를 Descriptor Heap으로 복사한다.

void TableDescriptorHeap::SetCBV(D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE srcHandle, CBV_REGISTER reg)
{
	D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE destHandle = GetCPUHandle(reg);

	uint32 destRange = 1;
	uint32 srcRange = 1;
	DEVICE->CopyDescriptors(1, &destHandle, &destRange, 1, &srcHandle, &srcRange, D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV);
}

CPU 핸들 반환 (TableDescriptorHeap::GetCPUHandle())
- Descriptor Heap에서 원하는 위치의 핸들을 가져온다.
  1. 현재 그룹 위치로 이동한다.
  2. 레지스터 위치로 이동한다.

D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE TableDescriptorHeap::GetCPUHandle(uint32 reg)
{
	D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE handle = _descHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart();
	handle.ptr += _currentGroupIndex * _groupSize;
	handle.ptr += reg * _handleSize;
	return handle;
}

Descriptor Heap을 레지스터에 전달 (TableDescriptorHeap::CommitTable())
- Descriptor Table을 Root Signature에 바인딩한다.
- _currentGroupIndex를 이동해 다음 그룹을 사용할 준비를 한다.

	D3D12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE handle = _descHeap->GetGPUDescriptorHandleForHeapStart();
	handle.ptr += _currentGroupIndex * _groupSize;
	CMD_LIST->SetGraphicsRootDescriptorTable(0, handle);

	_currentGroupIndex++;

사용하기

Enginer과 Command Queue에서 Table Descriptor Heap을 사용할 수 있도록 Engine 클래스를 수정한다.

Engine

멤버 변수 추가

  shared_ptr<TableDescriptorHeap> _tableDescHeap;

멤버 함수 추가

  shared_ptr<TableDescriptorHeap> GetTableDescHeap() { return _tableDescHeap; }

초기화 함수 추가 (Engine::Init())

  _tableDescHeap = make_shared<TableDescriptorHeap>();
  _tableDescHeap->Init(256);

CommandQueue

RenderBegin()에서 Clear() 및 SetDescriptorHeaps() 호출하기

  GEngine->GetCB()->Clear();
  GEngine->GetTableDescHeap()->Clear();

  ID3D12DescriptorHeap* descHeap = GEngine->GetTableDescHeap()->GetDescriptorHeap().Get();
  _cmdList->SetDescriptorHeaps(1, &descHeap);

Constant Buffer View 관련 코드를 수정해보자.

ConstantBufferView::PushData() 수정
- Root Descriptor 관련 코드를 삭제한다.
- CBV를 반환하도록 변경한다. (void → D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE)

assert(_currentIndex < _elementSize);

::memcpy(&_mappedBuffer[_currentIndex * _elementSize], buffer, size);

D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE cpuHandle = GetCpuHandle(_currentIndex);

_currentIndex++;

return cpuHandle;

CBV 설정 후 CommitTable()를 호출 (Mesh::Render())
1. Buffer에 데이터를 세팅한다.
2. Buffer의 주소를 register에 전송한다.
3. 모두 세팅이 끝났으면 TableDescHeap을 커밋한다.

CMD_LIST->IASetPrimitiveTopology(D3D_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);
CMD_LIST->IASetVertexBuffers(0, 1, &_vertexBufferView);

{
	D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE handle = GEngine->GetCB()->PushData(0, &_transform, sizeof(_transform));
	GEngine->GetTableDescHeap()->SetCBV(handle, CBV_REGISTER::b0);
}
{
	D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE handle = GEngine->GetCB()->PushData(0, &_transform, sizeof(_transform));
	GEngine->GetTableDescHeap()->SetCBV(handle, CBV_REGISTER::b1);
}

GEngine->GetTableDescHeap()->CommitTable();

CMD_LIST->DrawInstanced(_vertexCount, 1, 0, 0);

삼각형 그리기

위에 작성한 코드대로 실행하면 삼각형이 잘 그려진다! 그려지는 화면은 저번 수업과 같지만, 저번에는 Root Descriptor 방식으로 삼각형을 그렸고, 이번에는 Descriptor Table 방식으로 삼각형을 그린 것이다.

RootSignatureResult

Root Signature 커밋

마치며

이번 시간에 배운 것

Root Signature를 Root Table 방식으로 변경하기
Table Descriptor Heap을 사용해 CBV를 관리하기
CBV를 Descriptor Heap에 복사 후, Root Descriptor Table로 바인딩하기
Mesh에서 CBV를 사용해 데이터를 렌더링하기
💡 즉시 실행되는 부분과 나중에 실행되는 부분을 이해하는 것이 중요함!

어지럽다.. 뒤돌면 까먹으니,, 종이에 그림을 그려가며 복습해야겠다. 완벽하게 이해하자!!

출처 인프런 Rookiss님 게임 수학과 DirectX12

[DirectX 12] #2-5. Root Signature

들어가며

Root Table

Root Sinature 수정

Descriptor Heap 생성

Descriptor Table과 Root Signature 연결

Table Descriptor Heap 생성

사용하기

삼각형 그리기

마치며

Leave a comment

You may also enjoy

[TCP/IP] #2-2. 소켓 초기화와 종료

[Network] 3장 요약

[TCP/IP] #2-1. 오류 처리

[2DGP] Continous Collision Detection