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Alterações importantes do Direct3D 11 para o Direct3D 12

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O Direct3D 12 representa uma saída significativa do modelo de programação do Direct3D 11. O Direct3D 12 permite que os aplicativos se aproximem do hardware do que nunca. Por estar mais próximo do hardware, o Direct3D 12 é mais rápido e eficiente. Porém, a compensação do seu aplicativo com maior velocidade e eficiência com o Direct3D 12 é que você é responsável por mais tarefas do que era com o Direct3D 11.

O Direct3D 12 é um retorno à programação de baixo nível; ele oferece mais controle sobre os elementos gráficos de seus jogos e aplicativos introduzindo estes novos recursos: objetos para representar o estado geral do pipeline, listas de comandos e pacotes para envio de trabalho e heaps de descritor e tabelas para acesso a recursos.

Seu aplicativo aumentou a velocidade e a eficiência com o Direct3D 12, mas você é responsável por mais tarefas do que era com o Direct3D 11.

Sincronização explícita

  • No Direct3D 12, a sincronização de CPU-GPU agora é a responsabilidade explícita do aplicativo e não é mais executada implicitamente pelo runtime, como é no Direct3D 11. Esse fato também significa que nenhuma verificação automática de riscos de pipeline é executada pelo Direct3D 12, portanto, novamente essa é a responsabilidade dos aplicativos.
  • No Direct3D 12, os aplicativos são responsáveis por redirecionar atualizações de dados. Ou seja, o padrão "Map/Lock-DISCARD" no Direct3D 11 deve ser executado manualmente no Direct3D 12. No Direct3D 11, se a GPU ainda estiver usando o buffer quando você chamar ID3D11DeviceContext::Map com D3D11_MAP_WRITE_DISCARD, o runtime retornará um ponteiro para uma nova região de memória em vez dos dados de buffer antigos. Isso permite que a GPU continue usando os dados antigos enquanto o aplicativo coloca dados no novo buffer. Nenhum gerenciamento de memória adicional é necessário no aplicativo; o buffer antigo é reutilizado ou destruído automaticamente quando a GPU é concluída com ele.
  • No Direct3D 12, todas as atualizações dinâmicas (incluindo buffers constantes, buffers de vértice dinâmico, texturas dinâmicas e assim por diante) são explicitamente controladas pelo aplicativo. Essas atualizações dinâmicas incluem quaisquer cercas de GPU necessárias ou buffer. O aplicativo é responsável por manter a memória disponível até que ela não seja mais necessária.
  • O Direct3D 12 usa a contagem de referência no estilo COM apenas para os tempos de vida das interfaces (usando o modelo de referência fraco do Direct3D vinculado ao tempo de vida do dispositivo). Todos os tempos de vida de memória de recursos e descrição são a única responsabilidade do aplicativo a ser mantido durante a duração adequada e não são contados por referência. O Direct3D 11 também usa a contagem de referências para gerenciar os tempos de vida das dependências da interface.

Gerenciamento de Residência de Memória Física

Um aplicativo Direct3D 12 deve impedir condições de corrida entre várias filas, vários adaptadores e os threads da CPU. D3D12 não sincroniza mais a CPU e a GPU, nem dá suporte a mecanismos convenientes para renomeação de recursos ou vários buffers. As cercas devem ser usadas para evitar que várias unidades de processamento superestifiquem a memória antes que outra unidade de processamento termine de usá-la.

O aplicativo Direct3D 12 deve garantir que os dados sejam residentes na memória enquanto a GPU os lê. A memória usada por cada objeto é feita residente durante a criação do objeto. Os aplicativos que chamam esses métodos devem usar cercas para garantir que a GPU não acesse objetos que foram removidos.

As barreiras de recursos são outro tipo de sincronização necessário, usado para sincronizar transições de recursos e sub-recursos em um nível muito granular.

Consulte Gerenciamento de Memória no Direct3D 12.

Objetos de estado do pipeline

O Direct3D 11 permite a manipulação do estado do pipeline por meio de um grande conjunto de objetos independentes. Por exemplo, o estado do assembler de entrada, o estado do sombreador de pixel, o estado do rasterizador e o estado de fusão de saída podem ser modificados independentemente. Esse design fornece uma representação conveniente e relativamente de alto nível do pipeline gráfico, mas não utiliza os recursos do hardware moderno, principalmente porque os vários estados geralmente são interdependentes. Por exemplo, muitas GPUs combinam o sombreador de pixel e o estado de fusão de saída em uma única representação de hardware. Mas como a API do Direct3D 11 permite que esses estágios de pipeline sejam definidos separadamente, o driver de exibição não pode resolve problemas de estado do pipeline até que o estado seja finalizado, o que não é até o tempo de desenho. Esse esquema atrasa a configuração do estado do hardware, o que significa sobrecarga extra e menos chamadas de desenho máximas por quadro.

O Direct3D 12 resolve esse esquema unificando grande parte do estado do pipeline em PSOs (objetos de estado de pipeline imutável), que são finalizados após a criação. Hardware e drivers podem converter imediatamente o PSO em qualquer instrução nativa de hardware e estado necessários para executar o trabalho de GPU. Você ainda pode alterar dinamicamente qual PSO está em uso, mas para fazer isso, o hardware só precisa copiar a quantidade mínima de estado pré-computado diretamente para os registros de hardware, em vez de calcular o estado de hardware em tempo real. Usando PSOs, a sobrecarga de chamada de desenho é reduzida significativamente e muitas outras chamadas de desenho podem ocorrer por quadro. Para obter mais informações sobre PSOs, consulte Gerenciando o estado do pipeline de gráficos no Direct3D 12.

Listas de comandos e pacotes

No Direct3D 11, todo o envio de trabalho é feito por meio do contexto imediato, que representa um único fluxo de comandos que vão para a GPU. Para obter o dimensionamento multithread, os jogos também têm contextos adiados disponíveis para eles. Os contextos adiados no Direct3D 11 não são mapeados perfeitamente para hardware, portanto, relativamente pouco trabalho pode ser feito neles.

O Direct3D 12 apresenta um novo modelo para envio de trabalho com base em listas de comandos que contêm a totalidade das informações necessárias para executar uma carga de trabalho específica na GPU. Cada nova lista de comandos contém informações como qual PSO usar, quais recursos de textura e buffer são necessários e os argumentos para todas as chamadas de desenho. Como cada lista de comandos é independente e não herda nenhum estado, o driver pode pré-calcular todos os comandos de GPU necessários antecipadamente e de maneira livre. O único processo serial necessário é o envio final de listas de comandos para a GPU por meio da fila de comandos.

Além das listas de comandos, o Direct3D 12 também introduz um segundo nível de pré-computação de trabalho: pacotes. Ao contrário das listas de comandos, que são completamente independentes e normalmente são construídas, enviadas uma vez e descartadas, os pacotes fornecem uma forma de herança de estado que permite a reutilização. Por exemplo, se um jogo quiser desenhar dois modelos de caracteres com texturas diferentes, uma abordagem será registrar uma lista de comandos com dois conjuntos de chamadas de desenho idênticas. Mas outra abordagem é "gravar" um pacote que desenha um único modelo de caractere e, em seguida, "reproduzir" o pacote duas vezes na lista de comandos usando recursos diferentes. No último caso, o driver de exibição só precisa calcular as instruções apropriadas uma vez e criar a lista de comandos equivale essencialmente a duas chamadas de função de baixo custo.

Para obter mais informações sobre listas de comandos e pacotes, consulte Envio de trabalho no Direct3D 12.

Heaps e tabelas do descritor

A associação de recursos no Direct3D 11 é altamente abstrata e conveniente, mas deixa muitas funcionalidades de hardware modernas subutilizadas. No Direct3D 11, os jogos criam objetos de exibição de recursos e associam esses modos de exibição a vários slots em vários estágios de sombreador no pipeline. Os sombreadores, por sua vez, leem dados desses slots de associação explícitos, que são corrigidos no momento do desenho. Esse modelo significa que sempre que um jogo é desenhado usando recursos diferentes, ele deve associar novamente diferentes exibições a slots diferentes e chamar o desenho novamente. Esse caso também representa uma sobrecarga que pode ser eliminada utilizando totalmente os recursos de hardware modernos.

O Direct3D 12 altera o modelo de associação para corresponder ao hardware moderno e melhora significativamente o desempenho. Em vez de exigir exibições de recursos autônomos e mapeamento explícito para slots, o Direct3D 12 fornece um heap de descritor no qual os jogos criam suas várias exibições de recursos. Esse esquema fornece um mecanismo para que a GPU escreva diretamente a descrição do recurso nativo de hardware (descritor) na memória antecipadamente. Para declarar quais recursos devem ser usados pelo pipeline para uma chamada de desenho específica, os jogos especificam uma ou mais tabelas de descritor que representam sub-intervalos do heap completo do descritor. Como o heap de descritor já foi preenchido com os dados de descritor específicos de hardware apropriados, alterar tabelas de descritor é uma operação extremamente de baixo custo.

Além do melhor desempenho oferecido por heaps e tabelas de descritor, o Direct3D 12 também permite que os recursos sejam indexados dinamicamente em sombreadores, o que fornece flexibilidade sem precedentes e desbloqueia novas técnicas de renderização. Por exemplo, mecanismos de renderização adiados modernos normalmente codificam um identificador de objeto ou material de algum tipo para o g-buffer intermediário. No Direct3D 11, esses mecanismos devem ter cuidado para evitar o uso de muitos materiais, pois incluir muitos em um buffer g pode reduzir significativamente a velocidade do passe de renderização final. Com recursos indexáveis dinamicamente, uma cena com mil materiais pode ser finalizada tão rapidamente quanto uma com apenas dez.

Para obter mais informações sobre heaps e tabelas de descritor, consulte Associação de recursos e diferenças no modelo de associação do Direct3D 11.

Portabilidade do Direct3D 11

A portabilidade do Direct3D 11 é um processo envolvido, descrito em Portabilidade do Direct3D 11 para o Direct3D 12. Consulte também o intervalo de opções em Trabalhando com Direct3D 11, Direct3D 10 e Direct2D.

Introdução ao Direct3D 12