OpenGL ES 2.0 셰이더 파이프라인과 Direct3D 비교

아티클
03/05/2024

중요 API

개념적으로 Direct3D 11 셰이더 파이프라인은 OpenGL ES 2.0의 파이프라인과 매우 유사합니다. 그러나 API 디자인 측면에서 셰이더 단계를 만들고 관리하기 위한 주요 구성 요소는 ID3D11Device1 및 ID3D11DeviceContext1이라는 두 가지 기본 인터페이스의 일부입니다. 이 토픽에서는 일반적인 OpenGL ES 2.0 셰이더 파이프라인 API 패턴을 이러한 인터페이스의 Direct3D 11 등가물에 매핑하려고 시도합니다.

Direct3D 11 셰이더 파이프라인 검토

셰이더 개체는 ID3D11Device1::CreateVertexShader 및 ID3D11Device1::CreatePixelShader와 같은 ID3D11Device1 인터페이스의 메서드를 사용하여 만들어집니다.

Direct3D 11 그래픽 파이프라인은 ID3D11DeviceContext1 인터페이스의 인스턴스에 의해 관리되며 다음과 같은 단계가 있습니다.

입력 어셈블러 단계. 입력 어셈블러 단계는 파이프라인에 데이터(삼각형, 선, 점)를 제공합니다. 이 단계를 지원하는 ID3D11DeviceContext1 메서드에는 접두사 "IA"가 붙습니다.
꼭짓점 셰이더 단계 - 꼭짓점 셰이더 단계에서는 일반적으로 변형, 스킨 적용, 조명 등의 작업을 수행하여 꼭짓점을 처리합니다. 꼭짓점 셰이더는 항상 단일 입력 꼭짓점을 사용하여 단일 출력 꼭짓점을 생성합니다. 이 단계를 지원하는 ID3D11DeviceContext1 메서드에는 접두사 "VS"가 붙습니다.
스트림 출력 단계 - 스트림 출력 단계에서는 파이프라인에서 메모리를 거쳐 래스터라이저로 원형 데이터를 스트리밍합니다. 데이터를 래스터라이저로 스트림 출력 및/또는 전달할 수 있습니다. 메모리로 스트림 출력된 데이터는 입력 데이터 또는 CPU에서 다시 읽기로 파이프라인으로 다시 재순환될 수 있습니다. 이 단계를 지원하는 ID3D11DeviceContext1 메서드에는 접두사 "SO"가 붙습니다.
래스터라이저 단계 - 래스터라이저는 기본 요소를 잘라내고, 픽셀 셰이더에 대해 기본 요소를 준비하고, 픽셀 셰이더를 호출하는 방법을 결정합니다. 파이프라인에 픽셀 셰이더가 없음을 알리고(ID3D11DeviceContext::PSSetShader를 사용하여 픽셀 셰이더 단계를 NULL로 설정), 깊이 및 스텐실 테스트를 사용하지 않도록 설정하여(D3D11_DEPTH_STENCIL_DESC에서 DepthEnable 및 StencilEnable을 FALSE로 설정) 래스터화를 사용하지 않도록 설정할 수 있습니다. 비활성화된 상태에서는 래스터화 관련 파이프라인 카운터가 업데이트되지 않습니다.
픽셀 셰이더 단계 - 픽셀 셰이더 단계는 기본 요소에 대한 보간된 데이터를 받아 색상과 같은 픽셀별 데이터를 생성합니다. 이 단계를 지원하는 ID3D11DeviceContext1 메서드에는 접두사 "PS"가 붙습니다.
출력 병합기 단계 - 출력 병합기 단계는 다양한 유형의 출력 데이터(픽셀 셰이더 값, 깊이 및 스텐실 정보)를 렌더링 대상 및 깊이/스텐실 버퍼의 내용과 결합하여 최종 파이프라인 결과를 생성합니다. 이 단계를 지원하는 ID3D11DeviceContext1 메서드에는 접두사 "OM"이 붙습니다.

(기하 도형 셰이더, 헐 셰이더, 테셀레이터 및 도메인 셰이더에 대한 단계도 있지만 OpenGL ES 2.0에는 아날로그가 없으므로 여기서는 설명하지 않습니다.) 이러한 단계에 대한 메서드의 전체 목록은 ID3D11DeviceContext 및 ID3D11DeviceContext1 참조 페이지를 참조하세요. ID3D11DeviceContext1은 Direct3D 11에 대해 ID3D11DeviceContext를 확장합니다.

셰이더 만들기

Direct3D에서는 셰이더 리소스를 컴파일하고 로드하기 전에 셰이더 리소스를 만들지 않습니다. 리소스는 HLSLis가 로드될 때 만들어집니다. 따라서 glCreateShader와 직접적으로 유사한 함수는 없습니다. glCreateShader는 특정 형식의 초기화된 셰이더 리소스를 만듭니다(예: GL_VERTEX_SHADER 또는 GL_FRAGMENT_SHADER). 대신 ID3D11Device1::CreateVertexShader 및 ID3D11Device1::CreatePixelShader와 같은 특정 함수를 사용하여 HLSL을 로드한 후 셰이더가 생성되며 형식 및 컴파일된 HLSL을 매개 변수로 사용합니다.

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
glCreateShader	컴파일된 셰이더 개체를 성공적으로 로드하고 CSO를 버퍼로 전달한 후 ID3D11Device1::CreateVertexShader 및 ID3D11Device1::CreatePixelShader를 호출합니다.

셰이더 컴파일

Direct3D 셰이더는 UWP(유니버설 Windows 플랫폼) 앱에서 컴파일된 셰이더 개체(.cso) 파일로 미리 컴파일되고 Windows 런타임 파일 API 중 하나를 사용하여 로드되어야 합니다. (데스크톱 앱은 런타임에 텍스트 파일 또는 문자열에서 셰이더를 컴파일할 수 있습니다.) CSO 파일은 Microsoft Visual Studio 프로젝트의 일부인 모든 .hlsl 파일에서 빌드되며 .cso 파일 확장명만 사용하여 동일한 이름을 유지합니다. 배송 시 패키지에 포함되어 있는지 확인하세요!

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
glCompileShader	해당 없음. Visual Studio에서 셰이더를 .cso 파일로 컴파일하고 패키지에 포함합니다.
컴파일 상태에 glGetShaderiv 사용	해당 없음. 컴파일에 오류가 있는 경우 Visual Studio FXC(FX 컴파일러)의 컴파일 출력을 참조하세요. 컴파일에 성공하면 해당 CSO 파일이 만들어집니다.

셰이더 로드

셰이더 만들기 섹션에서 설명한 것처럼 Direct3D 11은 해당 CSO 파일이 버퍼에 로드되고 다음 표의 메서드 중 하나에 전달될 때 셰이더를 만듭니다.

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
ShaderSource	컴파일된 셰이더 개체를 성공적으로 로드한 후 ID3D11Device1::CreateVertexShader 및 ID3D11Device1::CreatePixelShader를 호출합니다.

파이프라인 설정

OpenGL ES 2.0에는 실행을 위한 여러 셰이더가 포함된 "셰이더 프로그램" 개체가 있습니다. 개별 셰이더는 셰이더 프로그램 개체에 연결됩니다. 그러나 Direct3D 11에서는 렌더링 컨텍스트(ID3D11DeviceContext1)를 직접 사용하여 셰이더를 만듭니다.

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
glCreateProgram	해당 없음. Direct3D 11에서는 셰이더 프로그램 개체 추상화가 사용되지 않습니다.
glLinkProgram	해당 없음. Direct3D 11에서는 셰이더 프로그램 개체 추상화가 사용되지 않습니다.
glUseProgram	해당 없음. Direct3D 11에서는 셰이더 프로그램 개체 추상화가 사용되지 않습니다.
glGetProgramiv	ID3D11DeviceContext1에 만든 참조를 사용합니다.

정적 D3D11CreateDevice 메서드를 사용하여 ID3D11DeviceContext1 및 ID3D11Device1의 인스턴스를 만듭니다.

Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11Device1>          m_d3dDevice;
Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11DeviceContext1>  m_d3dContext;

// ...

D3D11CreateDevice(
  nullptr, // Specify nullptr to use the default adapter.
  D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,
  nullptr,
  creationFlags, // Set set debug and Direct2D compatibility flags.
  featureLevels, // List of feature levels this app can support.
  ARRAYSIZE(featureLevels),
  D3D11_SDK_VERSION, // Always set this to D3D11_SDK_VERSION for UWP apps.
  &device, // Returns the Direct3D device created.
  &m_featureLevel, // Returns feature level of device created.
  &m_d3dContext // Returns the device's immediate context.
);

뷰포트 설정

Direct3D 11에서 뷰포트를 설정하는 방법은 OpenGL ES 2.0에서 뷰포트를 설정하는 방법과 매우 유사합니다. Direct3D 11에서 구성된 CD3D11_VIEWPORT를 사용하여 ID3D11DeviceContext::RSSetViewports를 호출합니다.

Direct3D 11: 뷰포트 설정.

CD3D11_VIEWPORT viewport(
        0.0f,
        0.0f,
        m_d3dRenderTargetSize.Width,
        m_d3dRenderTargetSize.Height
        );
m_d3dContext->RSSetViewports(1, &viewport);

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
glViewport	CD3D11_VIEWPORT, ID3D11DeviceContext::RSSetViewports

꼭짓점 셰이더 구성

Direct3D 11에서 꼭짓점 셰이더 구성은 셰이더가 로드될 때 수행됩니다. 유니폼은 ID3D11DeviceContext1::VSSetConstantBuffers1을 사용하여 상수 버퍼로 전달됩니다.

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
glAttachShader	ID3D11Device1::CreateVertexShader
glGetShaderiv, glGetShaderSource	ID3D11DeviceContext1::VSGetShader
glGetUniformfv, glGetUniformiv	ID3D11DeviceContext1::VSGetConstantBuffers1.

픽셀 셰이더 구성

Direct3D 11에서 픽셀 셰이더 구성은 셰이더가 로드될 때 수행됩니다. 유니폼은 ID3D11DeviceContext1::PSSetConstantBuffers1을 사용하여 상수 버퍼로 전달됩니다.

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
glAttachShader	ID3D11Device1::CreatePixelShader
glGetShaderiv, glGetShaderSource	ID3D11DeviceContext1::PSGetShader
glGetUniformfv, glGetUniformiv	ID3D11DeviceContext1::PSGetConstantBuffers1.

최종 결과 생성

파이프라인이 완료되면 셰이더 단계의 결과를 백 버퍼에 그립니다. Direct3D 11에서는 Open GL ES 2.0과 마찬가지로 그리기 명령을 호출하여 결과를 백 버퍼에 색 맵으로 출력한 다음 해당 백 버퍼를 디스플레이로 전송합니다.

OpenGL ES 2.0	Direct3D 11
glDrawElements	ID3D11DeviceContext1::Draw, ID3D11DeviceContext1::DrawIndexed(또는 ID3D11DeviceContext1에 대한 다른 Draw* 메서드)
eglSwapBuffers	IDXGISwapChain1::Present1

GLSL을 HLSL로 포팅

GLSL 및 HLSL은 복잡한 형식 지원 및 구문의 일부 전체 구문을 넘어서는 매우 다르지 않습니다. 많은 개발자는 일반적인 OpenGL ES 2.0 지침 및 정의를 해당 HLSL에 해당하는 값으로 별칭을 지정하여 둘 사이를 포팅하는 것이 가장 쉽습니다. Direct3D는 셰이더 모델 버전을 사용하여 그래픽 인터페이스에서 지원하는 HLSL의 기능 집합을 표현합니다. OpenGL에는 HLSL에 대한 다른 버전 사양이 있습니다. 다음 표에서는 다른 버전의 관점에서 Direct3D 11 및 OpenGL ES 2.0에 대해 정의된 셰이더 언어 기능 집합에 대한 대략적인 아이디어를 제공합니다.

셰이더 언어	GLSL 기능 버전	Direct3D 셰이더 모델
Direct3D 11 HLSL	~4.30.	SM 5.0
OpenGL ES 2.0용 GLSL ES	1.40. OpenGL ES 2.0용 GLSL ES의 이전 구현은 1.10~1.30을 사용할 수 있습니다. 이러한 사실을 확인하려면 glGetString(GL_SHADING_LANGUAGE_VERSION) 또는 glGetString(SHADING_LANGUAGE_VERSION)으로 원래 코드를 검사합니다.	~SM 2.0

두 셰이더 언어 간의 차이점과 일반적인 구문 매핑에 대한 자세한 내용은 GLSL-HLSL 참조를 참조하세요.

OpenGL 내장 함수를 HLSL 의미 체계로 포팅

Direct3D 11 HLSL 의미 체계는 균일하거나 특성 이름과 마찬가지로 앱과 셰이더 프로그램 간에 전달되는 값을 식별하는 데 사용되는 문자열입니다. 가능한 다양한 문자열일 수 있지만 사용을 나타내는 POSITION 또는 COLOR와 같은 문자열을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 상수 버퍼 또는 버퍼 입력 레이아웃을 생성할 때 이러한 의미 체계를 할당합니다. 비슷한 값에 별도의 레지스터를 사용하도록 의미 체계에 0에서 7 사이의 숫자를 추가할 수도 있습니다. 예: COLOR0, COLOR1, COLOR2...

접두사 "SV_"를 붙인 의미 체계는 셰이더 프로그램에 의해 작성된 시스템 값 의미 체계입니다. 앱 자체(CPU에서 실행)에서는 이러한 의미 체계를 수정할 수 없습니다. 일반적으로 이러한 값은 그래픽 파이프라인의 다른 셰이더 단계에서 입력 또는 출력되거나 GPU에 의해 완전히 생성되는 값을 포함합니다.

또한 SV_ 의미 체계가 셰이더 단계의 입력 또는 출력을 지정하는 데 사용되는 경우 다른 동작을 포함합니다. 예를 들어 SV_POSITION(출력)에는 꼭짓점 셰이더 단계 동안 변환된 꼭짓점 데이터가 포함되고, SV_POSITION(input)에는 래스터화 동안 보간된 픽셀 위치 값이 포함됩니다.

다음은 일반적인 OpenGL ES 2.0 셰이더 내장 함수에 대한 몇 가지 매핑입니다.

OpenGL 시스템 값	이 HLSL 의미 체계 사용
gl_Position	꼭짓점 버퍼 데이터의 경우 POSITION(n)입니다. SV_POSITION은 픽셀 셰이더에 픽셀 위치를 제공하고 앱에 의해 작성될 수 없습니다.
gl_Normal	꼭짓점 버퍼에서 제공하는 일반 데이터의 경우 NORMAL(n)입니다.
gl_TexCoord[n]	텍스처 UV용 TEXCOORD(n)(일부 OpenGL 설명서의 ST) 좌표 데이터는 셰이더에 제공됩니다.
gl_FragColor	셰이더에 제공된 RGBA 색 데이터의 경우 COLOR(n)입니다. 좌표 데이터와 동일하게 처리되며, 의미 체계는 단순히 색 데이터임을 식별하는 데 도움이 됩니다.
gl_FragData[n]	픽셀 셰이더에서 대상 텍스처 또는 다른 픽셀 버퍼로 쓰기 위한 SV_Target[n]입니다.

의미 체계를 코딩하는 메서드는 OpenGL ES 2.0에서 내장 함수를 사용하는 것과 동일하지 않습니다. OpenGL에서는 구성 또는 선언 없이 많은 내장 함수에 직접 액세스할 수 있습니다. Direct3D에서 특정 의미 체계를 사용하려면 특정 상수 버퍼에서 필드를 선언하거나 셰이더의 main() 메서드에 대한 반환 값으로 선언해야 합니다.

다음은 상수 버퍼 정의에 사용되는 의미 체계의 예입니다.

struct VertexShaderInput
{
  float3 pos : POSITION;
  float3 color : COLOR0;
};

// The position is interpolated to the pixel value by the system. The per-vertex color data is also interpolated and passed through the pixel shader. 
struct PixelShaderInput
{
  float4 pos : SV_POSITION;
  float3 color : COLOR0;
};

이 코드는 간단한 상수 버퍼 쌍을 정의합니다.

조각 셰이더에서 반환되는 값을 정의하는 데 사용되는 의미 체계의 예는 다음과 같습니다.

// A pass-through for the (interpolated) color data.
float4 main(PixelShaderInput input) : SV_TARGET
{
  return float4(input.color,1.0f);
}

이 경우 SV_TARGET은 셰이더가 실행을 완료할 때 픽셀 색(4개의 float 값이 포함된 하나의 벡터로 정의됨)이 작성되는 렌더링 대상의 위치입니다.

Direct3D에서 의미 체계 사용에 대한 자세한 내용은 HLSL 의미 체계를 참조하세요.

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