버텍스 버퍼, 인덱스 버퍼, 컨스턴트 버퍼

버퍼는 메모리에서 데이터를 보관하기 위해 사용되는 공간을 의미한다. 컴퓨터 그래픽스에서는 주로 GPU의 메모리에서 데이터를 보관하기 위해 사용되는 공간을 의미한다. 주로 사용되는 버퍼는 다음과 같다.

• 버텍스 버퍼: 물체를 구성하는 각 정점에 대한 정보를 보관하는 용도로 사용된다. 일반적으로 위치, 색, 노말 벡터의 값 등이 포함된다.
• 인덱스 버퍼: 버텍스 버퍼를 통해 만들어진 정점 정보를 기반으로 각 정점의 순서를 정의하는 용도로 사용된다.
• 컨스턴트 버퍼: 쉐이더에서 사용할 상수들을 모아 놓은 버퍼이다. Model, View, Projection 정보가 일반적으로 포함된다.

1. D3D11_BUFFER_DESC

DX에서 GPU에서 사용할 버퍼에 대한 설정을 하기 위해서는 D3D11_BUFFER_DESC을 만들어야 한다. D3D11_BUFFER_DESC은 다른 DESC 접미사가 붙은 구조체와 마찬가지로 해당 버퍼를 어떻게 사용할지 기술하는 용도로 사용된다.

// https://learn.microsoft.com/ko-kr/windows/win32/api/d3d11/ns-d3d11-d3d11_buffer_desc
typedef struct D3D11_BUFFER_DESC {
  UINT        ByteWidth;
  D3D11_USAGE Usage;
  UINT        BindFlags;
  UINT        CPUAccessFlags;
  UINT        MiscFlags;
  UINT        StructureByteStride;
} D3D11_BUFFER_DESC;

• ByteWidth: 버퍼 생성에 필요한 메모리의 크기를 나타낸다.
• Usage: 버퍼의 읽고 쓰기를 설정한다. 버퍼에 따라 적절한 값을 설정해주면 된다.
• BindFlags: 버퍼가 파이프라인에 바인딩되는 방법을 설정한다. 버퍼의 용도에 맞게 설정해주면 된다.
• CPUAccessFlags: CPU 접근 여부를 설정한다.
• MiscFlags: 기타 플래그를 설정한다. 사용하지 않으면 0이다.
• StructureByteStride: GPU가 버퍼에 접근해서 한 번에 읽어 들일 데이터의 크기를 의미한다. 배열 형식으로 버퍼를 구성했다면, 배열의 원소 하나의 크기를 지정하면 된다.

2. D3D11_SUBRESOURCE_DATA

D3D11_SUBRESOURCE_DATA는 버퍼를 만들 때만 사용하는 것은 아니다. D3D11_SUBRESOURCE_DATA는 CPU에 있는 데이터를 GPU로 보낼 때, 어떤 데이터를 어떤 형식으로 보낼지 설정할 때 사용한다.

// https://learn.microsoft.com/ko-kr/windows/win32/api/d3d11/ns-d3d11-d3d11_subresource_data
typedef struct D3D11_SUBRESOURCE_DATA {
  const void *pSysMem;
  UINT       SysMemPitch;
  UINT       SysMemSlicePitch;
} D3D11_SUBRESOURCE_DATA;

• pSysMem: GPU로 보낼 데이터의 시작 주소를 입력해준다.
• SysMemPitch, SysMemSlicePitch: GPU로 보낼 데이터가 1차원 배열 형식이라면 0을 사용하면 된다.

3. 버퍼 만들기

버텍스, 인덱스, 컨스탄트 버퍼를 만드는 골자는 크게 다르지 않다. D3D11_BUFFER_DESC 구조체를 만들어서 버퍼를 어떻게 사용할지 결정하고, D3D11_SUBRESOURCE_DATA 구조체를 만들어 CPU에 있는 데이터를 어떻게 보낼지 결정한 뒤에 필요한 버퍼를 만들기 위한 COM 객체 생성 함수를 호출하면 된다. 버퍼 생성 함수 CreateBuffer는 디바이스 인터페이스(ID3D11Device)에서 제공한다.

// https://learn.microsoft.com/ko-kr/windows/win32/api/d3d11/nf-d3d11-id3d11device-createbuffer
HRESULT CreateBuffer(
  [in]            const D3D11_BUFFER_DESC      *pDesc,
  [in, optional]  const D3D11_SUBRESOURCE_DATA *pInitialData,
  [out, optional] ID3D11Buffer                 **ppBuffer
);

 

CreateBuffer 함수의 매개 변수는 앞에서 만든 버퍼의 디스크립션과 서브리소스 데이터, 그리고 생성된 버퍼를 받기 위한 ppBuffer를 넣어주면 된다. 실제로 버퍼를 만드는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

// 버텍스 버퍼 만들기

// 버텍스 초기화 작업
vector<Vertex> vertices;
// do something ...

// 버텍스 버퍼를 위한 버퍼 디스크립션
D3D11_BUFFER_DESC bufferDesc;
ZeroMemory(&bufferDesc, sizeof(bufferDesc));

// 버퍼의 읽기/쓰기 여부 설정
// D3D11_USAGE_DEFAULT: GPU에서 읽기 및 쓰기 가능
// D3D11_USAGE_IMMUTABLE: 한 번 생성한 후에 GPU에서만 읽기 가능
// D3D11_USAGE_DYNAMIC: GPU에서는 읽기 전용, CPU에서는 쓰기 전용
// D3D11_USAGE_STAGING: GPU에서 CPU로 데이터 전송할 때 사용
bufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_IMMUTABLE;

// 버퍼의 크기 설정
bufferDesc.ByteWidth = UINT(sizeof(Vertex) * vertices.size());

// 버텍스 버퍼로 사용하기 위한 바인드 플래그 설정
// D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER: 버텍스 버퍼로 사용
// D3D11_BIND_INDEX_BUFFER: 인덱스 버퍼로 사용
// D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER: 컨스턴트 버퍼로 사용
bufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;

// CPU 액세스 설정
// 0: CPU 액세스 차단
// D3D11_CPU_ACCESS_WRITE: CPU 쓰기 가능
// D3D11_CPU_ACCESS_READ: CPU 읽기 가능
bufferDesc.CPUAccessFlags = 0;

// GPU에서 버퍼에 있는 데이터에 접근하기 위한 크기 설정
bufferDesc.StructureByteStride = sizeof(Vertex);

// 서브리소스 데이터
D3D11_SUBRESOURCE_DATA vertexBufferData = {0}; // MS 예제에서 초기화하는 방식
vertexBufferData.pSysMem = vertices.data();

// 일차원 형식의 버퍼에서는 아래 값을 0으로 사용한다.
vertexBufferData.SysMemPitch = 0;
vertexBufferData.SysMemSlicePitch = 0;

const HRESULT hr =
    m_device->CreateBuffer(&bufferDesc, &vertexBufferData, vertexBuffer.GetAddressOf());

 

버퍼를 만드는 기본적인 형식은 위의 코드와 같다. 일반적으로 생성되는 종류에 따라 달라질 수 있는 값은 다음과 같다.

• bufferDesc.Usage: 프로그램 내부에서 한 번 정해진 도형의 버텍스, 인덱스가 변할 수 있다면 CPU에서 업데이트가 가능하도록 D3D11_USAGE_DYNAMIC를 사용하면 된다. 그렇지 않고 고정되어 있다면 D3D11_USAGE_IMMUTABLE를 사용하여 불필요한 업데이트를 막을 수 있다.
• bufferDesc.BindFlags: GPU에서 버퍼를 어떤 용도로 사용할지 결정하는 플래그다. 필요한 용도에 맞게 플래그를 설정해주면 된다.
• bufferDesc.CPUAccessFlags: CPU에서 GPU 버퍼에 접근할 수 있는지 설정한다. CPU에서 쉐이더에서 사용할 상수들의 값을 업데이트한다면 D3D11_CPU_ACCESS_WRITE 플래그를 사용하여 컨스턴트 버퍼에 있는 값에 쓰기 작업을 할 수 있다.