テッセレーションステージ

2025-03-13

Direct3D 11 ランタイムでは、テッセレーションを実装する 3 つの新しいステージがサポートされています。このステージは、GPU 上の詳細度の低いサブ区分サーフェスをより詳細なプリミティブに変換します。高次サーフェスをレンダリングに適した構造にテセレーションタイル (または分割) します。

ハードウェアにテッセレーションを実装することで、グラフィックスパイプラインでは、より詳細なモデル (多角形の数が少ない) を評価し、より詳細にレンダリングできます。ソフトウェアテッセレーションは実行できますが、ハードウェアによって実装されたテッセレーションでは、モデルサイズに視覚的な詳細を追加したり、リフレッシュレートを麻痺したりすることなく、驚くべき量の視覚的な詳細 (ディスプレイスメントマッピングのサポートを含む) を生成できます。

テッセレーションの利点
新しいパイプラインステージのをする
テッセレーションステージを初期化するための API
方法:
関連トピック

テッセレーションの利点

テセレーション：

メモリと帯域幅を大量に節約します。これにより、アプリケーションは低解像度モデルからより詳細なサーフェスをレンダリングできます。 Direct3D 11 パイプラインで実装されるテッセレーション手法では、ディスプレイスメントマッピングもサポートされており、サーフェスの詳細を大量に生成できます。
継続的またはビュー依存の詳細レベルなど、スケーラブルなレンダリング手法をサポートし、その場で計算できます。
より低い頻度で高価な計算を実行することでパフォーマンスを向上させます (詳細度の低いモデルで計算を行います)。これには、衝突検出やソフトボディダイナミクスのための現実的なアニメーションや物理計算のためのブレンドシェイプまたはモーフターゲットを使用したブレンド計算が含まれる場合があります。

Direct3D 11 パイプラインはハードウェアにテッセレーションを実装し、CPU から GPU に作業をオフロードします。これにより、アプリケーションで多数のモーフターゲットや、より高度なスキニング/デフォメーションモデルが実装されている場合、パフォーマンスが大幅に向上する可能性があります。新しいテッセレーション機能にアクセスするには、いくつかの新しいパイプラインステージについて学習する必要があります。

新しいパイプラインステージ

テッセレーションでは、GPU を使用して、クワッドパッチ、三角形パッチ、または等線から構築されたサーフェスから、より詳細なサーフェスを計算します。高い順序のサーフェスを近似するために、各パッチはテッセレーション係数を使用して三角形、点、または線に分割されます。 Direct3D 11 パイプラインは、次の 3 つの新しいパイプラインステージを使用してテッセレーションを実装します。

Hull-Shader ステージ - 各入力パッチ (クワッド、三角形、または線) に対応するジオメトリパッチ (およびパッチ定数) を生成するプログラミング可能なシェーダーステージ。
テッセレータステージ - ジオメトリパッチを表し、これらのサンプルを接続する一連の小さなオブジェクト (三角形、点、または線) を生成するドメインのサンプリングパターンを作成する固定関数パイプラインステージ。
Domain-Shader ステージ - 各ドメインサンプルに対応する頂点の位置を計算するプログラミング可能なシェーダーステージ。

次の図は、Direct3D 11 パイプラインの新しいステージを示しています。

ハルシェーダー、テッセレータ、ドメインシェーダーの各ステージを強調表示する direct3d 11 パイプラインの図

次の図は、テッセレーションステージの進行を示しています。進行状況は、詳細度の低いサブ区分サーフェスから始まります。次の進行状況では、入力パッチと、これらのサンプルを接続する対応するジオメトリパッチ、ドメインサンプル、および三角形が強調表示されます。これらのサンプルに対応する頂点が最終的に強調表示されます。

テッセレーションの進行図

Hull-Shader ステージ

ハルシェーダー (パッチごとに 1 回呼び出されます) は、低次サーフェスを定義する入力コントロールポイントを、パッチを構成するコントロールポイントに変換します。また、テッセレーションステージとドメインステージのデータを提供するために、パッチごとの計算も行います。最も単純なブラックボックスレベルでは、ハルシェーダーステージは次の図のようになります。

ハルシェーダーステージ図

ハルシェーダーは HLSL 関数を使用して実装され、次のプロパティを持っています。

シェーダー入力は 1 から 32 のコントロールポイントの間です。
シェーダーの出力は、テッセレーション係数の数に関係なく、1 から 32 のコントロールポイントの間にあります。ハルシェーダーから出力されるコントロールポイントは、ドメインシェーダーステージで使用できます。パッチ定数データはドメインシェーダーで使用できます。テセレーション係数は、ドメインシェーダーとテセレーションステージで使用できます。
テッセレーション係数によって、各パッチを分割する量が決まります。
シェーダーは、テッセレータステージで必要な状態を宣言します。これには、コントロールポイントの数、パッチ面の種類、テッセレーション時に使用するパーティション分割の種類などの情報が含まれます。この情報は、通常、シェーダーコードの先頭に宣言として表示されます。
ハルシェーダーステージでエッジテッセレーション係数を = 0 または NaN に設定すると、パッチがカリングされます。その結果、テッセレータステージは実行される場合と実行されない場合があり、ドメインシェーダーは実行されず、そのパッチに対して可視出力は生成されません。

より深いレベルでは、ハルシェーダーは実際にはコントロールポイントフェーズとパッチ定数フェーズの 2 つのフェーズで動作します。これはハードウェアによって並列に実行されます。 HLSL コンパイラは、ハルシェーダーで並列処理を抽出し、ハードウェアを駆動するバイトコードにエンコードします。

コントロールポイントフェーズは、各コントロールポイントに対して 1 回動作し、パッチのコントロールポイントを読み取り、1 つの出力制御ポイント (ControlPointID で識別) を生成します。
パッチ定数フェーズはパッチごとに 1 回動作し、エッジテッセレーション係数やその他のパッチごとの定数を生成します。内部的には、多くのパッチ定数フェーズが同時に実行される場合があります。パッチ定数フェーズでは、すべての入力および出力制御ポイントへの読み取り専用アクセスが可能です。

ハルシェーダーの例を次に示します。

[patchsize(12)]
[patchconstantfunc(MyPatchConstantFunc)]
MyOutPoint main(uint Id : SV_ControlPointID,
     InputPatch<MyInPoint, 12> InPts)
{
     MyOutPoint result;
     
     ...
     
     result = TransformControlPoint( InPts[Id] );

     return result;
}

ハルシェーダーを作成する例については、「方法: ハルシェーダーを作成する」を参照してください。

テッセレータステージ

テッセレータは、ハルシェーダーをパイプラインにバインドすることによって初期化される固定関数ステージです (「方法: テッセレータステージを初期化する」参照)。テッセレータステージの目的は、ドメイン (クワッド、トライ、またはライン) を多数の小さなオブジェクト (三角形、ポイント、または線) に分割することです。テッセレータは、正規化された (0 対 1) 座標系の正規ドメインをタイル化します。たとえば、クワッドドメインは単位の正方形にテッセレーションされます。

テッセレータは、パッチごとに 1 回、ハルシェーダーステージから渡されるテッセレーション係数 (ドメインをテッセレーションする方法を指定) とパーティション分割の種類 (パッチのスライスに使用するアルゴリズムを指定します) を使用して動作します。テッセレータは uv (および必要に応じて w) 座標とサーフェストポロジをドメインシェーダーステージに出力します。

内部的には、テッセレータは次の 2 つのフェーズで動作します。

第 1 フェーズでは、32 ビット浮動小数点演算を使用して、テッセレーション係数を処理し、丸め問題を修正し、非常に小さな因子を処理し、係数を削減および結合します。
2 番目のフェーズでは、選択したパーティション分割の種類に基づいてポイントまたはトポロジリストが生成されます。これはテッセレータステージのコアタスクであり、固定小数点演算で 16 ビット分数を使用します。固定小数点演算を使用すると、許容可能な精度を維持しながらハードウェアアクセラレーションが可能になります。たとえば、幅 64 メートルのパッチを適用すると、この精度により、2 mm の解像度でポイントを配置できます。

パーティション分割の種類	範囲
fractional_odd	[1...63]
fractional_even	TessFactor 範囲: [2..64]
整数	TessFactor 範囲: [1..64]
pow2	TessFactor 範囲: [1..64]

Domain-Shader ステージ

ドメインシェーダーは、出力パッチ内の再分割されたポイントの頂点位置を計算します。次の図に示すように、ドメインシェーダーはテッセレータステージ出力ポイントごとに 1 回実行され、テッセレータステージ出力 UV 座標、ハルシェーダー出力パッチ、ハルシェーダー出力パッチ定数への読み取り専用アクセス権を持っています。

ドメインシェーダーステージ図

ドメインシェーダーのプロパティは次のとおりです。

ドメインシェーダーは、テッセレータステージからの出力座標ごとに 1 回呼び出されます。
ドメインシェーダーは、ハルシェーダーステージからの出力コントロールポイントを使用します。
ドメインシェーダーは、頂点の位置を出力します。
入力は、コントロールポイント、パッチ定数データ、テッセレーション係数を含むハルシェーダー出力です。テッセレーション係数には、固定関数テッセレータで使用される値と、たとえば、ジオモーフィングを容易にする生の値 (整数テッセレーションによる丸め前など) を含めることができます。

ドメインシェーダーが完了すると、テッセレーションが完了し、パイプラインデータは次のパイプラインステージ (ジオメトリシェーダー、ピクセルシェーダーなど) に進みます。隣接性を持つプリミティブ (三角形あたり 6 個の頂点など) を受け取るジオメトリシェーダーは、テッセレーションがアクティブな場合は無効です (これにより、デバッグレイヤーが不平を言う未定義の動作になります)。

ドメインシェーダーの例を次に示します。

void main( out    MyDSOutput result, 
           float2 myInputUV : SV_DomainPoint, 
           MyDSInput DSInputs,
           OutputPatch<MyOutPoint, 12> ControlPts, 
           MyTessFactors tessFactors)
{
     ...

     result.Position = EvaluateSurfaceUV(ControlPoints, myInputUV);
}

テッセレーションステージを初期化するための API

テッセレーションは、ハルシェーダーとドメインシェーダーという 2 つの新しいプログラミング可能なシェーダーステージで実装されます。これらの新しいシェーダーステージは、シェーダーモデル 5 で定義されている HLSL コードでプログラミングされます。新しいシェーダーターゲットは、hs_5_0とds_5_0です。すべてのプログラミング可能なシェーダーステージと同様に、DSSetShader や HSSetShaderなどの API を使用してシェーダーがパイプラインにバインドされるときに、ランタイムに渡されるコンパイル済みシェーダーからハードウェアのコード抽出されます。ただし、最初に、CreateHullShaderや CreateDomainShaderなどの API を使用してシェーダーを作成する必要があります。

ハルシェーダーを作成し、それをハルシェーダーステージにバインドすることで、テッセレーションを有効にします (これにより、テッセレータステージが自動的に設定されます)。テッセレーションされたパッチから最終的な頂点位置を生成するには、ドメインシェーダーを作成してドメインシェーダーステージにバインドする必要もあります。テッセレーションが有効になったら、input-assembler ステージへのデータ入力はパッチデータである必要があります。つまり、入力アセンブラートポロジは、IASetPrimitiveTopologyを使用 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY セットからのパッチ定数トポロジである必要があります。

テッセレーションを無効にするには、ハルシェーダーとドメインシェーダーを NULL 設定します。 geometry-shader ステージもストリーム出力ステージも、ハルシェーダーの出力制御ポイントまたはパッチデータを読み取れありません。

この列挙型の拡張機能である、入力アセンブラーステージの新しいトポロジ。
```
enum D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY
```
トポロジは、IASetPrimitiveTopology を使用して、入力アセンブラーステージに設定されます。
もちろん、新しいプログラミング可能なシェーダーステージでは、定数バッファー、サンプル、シェーダーリソースを適切なパイプラインステージにバインドするために、他の状態を設定する必要があります。この状態を設定するために、これらの新しい ID3D11Device メソッドが実装されています。
- DSGetConstantBuffersの
- DSGetSamplers
- DSGetShaderの
- DSGetShaderResourcesの
- DSSetConstantBuffers
- DSSetSamplers
- DSSetShader
- DSSetShaderResources
- HSGetConstantBuffersをする
- HSGetShaderResourcesの
- HSGetSamplersをする
- HSGetShaderの
- HSSetConstantBuffersの
- HSSetSamplersの
- HSSetShaderの
- HSSetShaderResourcesの

方法:

このドキュメントには、テッセレーションステージを初期化する例も含まれています。

アイテム	形容
方法: ハルシェーダーを作成する	ハルシェーダーを作成します。
方法: ハルシェーダーを設計する	ハルシェーダーを設計します。
方法: テッセレータステージを初期化する	テッセレーションステージを初期化します。
方法: ドメインシェーダーを作成する	ドメインシェーダーを作成します。
方法: ドメインシェーダーを設計する	ドメインシェーダーを作成します。

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新しいパイプライン ステージ

Hull-Shader ステージ

テッセレータ ステージ

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