Pipeline State Object (PSO) — это ключевая концепция в современных графических API, таких как DirectX 12 и Vulkan. Оно представляет собой объект, который хранит состояние графического конвейера и позволяет ускорить рендеринг за счет минимизации затрат на изменение состояний.
В этой статье мы разберем, что такое PSO, как оно работает, какие преимущества дает и как его правильно использовать.
Что такое Pipeline State Object?
В традиционных графических API, таких как DirectX 11 и OpenGL, состояние рендеринга задавалось с помощью множества отдельных вызовов: настройка шейдеров, блендинга, растеризации и других параметров. Это приводило к накладным расходам на изменение состояний.
PSO объединяет все эти параметры в единый объект, который можно создать заранее и быстро переключать во время рендеринга. Это уменьшает накладные расходы и увеличивает производительность.
Состав PSO
В зависимости от API, Pipeline State Object включает в себя:
- Шейдерные программы (вершинный, пиксельный, геометрический, вычислительный и т. д.).
- Форматы вершинных данных (Vertex Input Layout).
- Настройки растеризации (глубина, режим заливки, отбраковка граней и т. д.).
- Настройки блендинга (режимы смешивания цветов).
- Настройки теста глубины и трафарета.
- Тип топологии примитивов (точки, линии, треугольники).
- Форматы рендер-таргетов и глубины.
Преимущества использования PSO
1. Повышенная производительность
Так как PSO создаются заранее, они позволяют минимизировать изменения состояний и уменьшить накладные расходы на CPU.
2. Оптимизация под современное железо
В отличие от старых API, где частые изменения состояний могли приводить к замедлению работы GPU, использование PSO позволяет графическому процессору работать более эффективно, так как все состояния уже известны заранее.
3. Простота управления состояниями
Вместо множества отдельных вызовов мы просто переключаем между предопределенными PSO, что упрощает код и делает его более читаемым.
Использование PSO в DirectX 12
В DirectX 12 использование PSO является обязательным, так как API не поддерживает традиционный механизм изменения состояний.
1. Создание Pipeline State Object
Пример создания графического Pipeline State Object в DirectX 12:
D3D12_GRAPHICS_PIPELINE_STATE_DESC psoDesc = {};
psoDesc.VS = { compiledVertexShader->GetBufferPointer(), compiledVertexShader->GetBufferSize() };
psoDesc.PS = { compiledPixelShader->GetBufferPointer(), compiledPixelShader->GetBufferSize() };
psoDesc.RasterizerState = CD3DX12_RASTERIZER_DESC(D3D12_DEFAULT);
psoDesc.BlendState = CD3DX12_BLEND_DESC(D3D12_DEFAULT);
psoDesc.DepthStencilState = CD3DX12_DEPTH_STENCIL_DESC(D3D12_DEFAULT);
psoDesc.InputLayout = { inputLayout, _countof(inputLayout) };
psoDesc.PrimitiveTopologyType = D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE_TRIANGLE;
psoDesc.RTVFormats[0] = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
psoDesc.SampleDesc.Count = 1;
psoDesc.SampleMask = UINT_MAX;
psoDesc.pRootSignature = rootSignature.Get();
ComPtr<ID3D12PipelineState> pipelineState;
device->CreateGraphicsPipelineState(&psoDesc, IID_PPV_ARGS(&pipelineState));
2. Применение PSO
После создания PSO можно быстро переключать его во время рендеринга:
commandList->SetPipelineState(pipelineState.Get());Использование PSO в Vulkan
В Vulkan концепция PSO также важна. Создание VkPipeline требует определения всех параметров рендеринга заранее, что позволяет снизить накладные расходы.
Пример кода для создания PSO в Vulkan:
VkGraphicsPipelineCreateInfo pipelineInfo = {};
pipelineInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_GRAPHICS_PIPELINE_CREATE_INFO;
pipelineInfo.stageCount = 2;
pipelineInfo.pStages = shaderStages;
pipelineInfo.pVertexInputState = &vertexInputInfo;
pipelineInfo.pInputAssemblyState = &inputAssembly;
pipelineInfo.pRasterizationState = &rasterizer;
pipelineInfo.pMultisampleState = &multisampling;
pipelineInfo.pDepthStencilState = &depthStencil;
pipelineInfo.pColorBlendState = &colorBlending;
pipelineInfo.pDynamicState = &dynamicState;
pipelineInfo.layout = pipelineLayout;
pipelineInfo.renderPass = renderPass;
pipelineInfo.subpass = 0;
VkPipeline graphicsPipeline;
vkCreateGraphicsPipelines(device, VK_NULL_HANDLE, 1, &pipelineInfo, nullptr, &graphicsPipeline);
Заключение
Pipeline State Object (PSO) является важным механизмом для оптимизации графического рендеринга в современных API, таких как DirectX 12 и Vulkan. Оно позволяет заранее задавать состояния графического конвейера, что значительно снижает накладные расходы и увеличивает производительность.
Использование PSO требует планирования и предварительной настройки, но в долгосрочной перспективе оно дает значительный прирост эффективности, особенно в высоконагруженных графических приложениях.
Если вы разрабатываете игру или графический движок, то эффективное управление PSO поможет вам добиться максимальной производительности и гибкости рендеринга.
FAQ
1. Можно ли изменять PSO во время рендеринга?
Нет, PSO создается заранее и не может быть изменено в реальном времени. Если нужно другое состояние, необходимо создать новое PSO и переключаться между ними.
2. Почему в DirectX 12 и Vulkan требуется использовать PSO?
Эти API минимизируют накладные расходы на изменение состояний, требуя, чтобы все параметры были заданы заранее, что увеличивает производительность.
3. Можно ли использовать один PSO для разных шейдеров?
Нет, PSO жестко привязан к конкретным шейдерам. Если нужен другой набор шейдеров, требуется отдельный PSO.
4. Как уменьшить количество PSO в проекте?
Можно использовать динамическое управление состояниями, например, переменные в шейдерах или меньшее число уникальных конфигураций рендеринга.
