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一、前置要求

Windows 10及以上(安装有DirectX12)
VisualStudio 2022

二、DirectX12入门

1.引用头文件

#include<Windows.h>
#include<d3d12.h>
#include<dxgi1_4.h>

2.注册窗口类并初始化窗口

这里我们调用Windows API 通过应用程序的句柄来注册一个唯一的窗口类，并创建窗口实例。我们可以根据需求去创建多个窗口，或者唯一窗口。

注意这里并不是DX12的功能，而是WinAPI的功能。

int Window::WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
	//注册窗口类
	WNDCLASSEX wc = { 0 };
	//结构大小
	wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
	//窗口样式：   水平大小改变重绘|竖直大小改变重绘|窗口拥有自己的绘制设备|检测鼠标双击事件
	wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW|CS_OWNDC| CS_DBLCLKS;
	//这一句是窗口过程函数的初始化，如果有需要可以在Window里定义一个静态函数
	//函数签名如下，也可也不定义，自己处理MSG(下文会提到)
	//LRESULT CALLBACK Window::WndProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
	//wc.lpfnWndProc = Window::WndProc;
	//指向应用程序实例的句柄
	wc.hInstance = hInstance;
	//指定窗口的鼠标样式
	wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
	//设备窗口背景刷
	wc.hbrBackground = (HBRUSH)COLOR_WINDOW;
	//唯一的窗口类名称，确保窗口类在系统中是唯一的，不会与其他窗口类冲突。
	wc.lpszClassName = L"DXRenderer";

	//注册窗口类，在这里我们可以实现一个应用只能打开一次的效果
	if (!RegisterClassExW(&wc))
	{
		MessageBox(NULL, L"窗口类注册失败", L"错误", MB_ICONERROR);
	}
	//创建窗口句柄

	HWND hwnd = CreateWindow (L"DXRenderer", L"DXRenderer", WS_OVERLAPPEDWINDOW, 			CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, NULL, NULL, hInstance, NULL);
	//展示窗口，nCmdShow有大量的宏标志可以使用，表示不同的打开方式
	ShowWindow(hwnd, nCmdShow);
	//一般在Show后立刻调用一次，立即更新窗口，保证良好的响应
	UpdateWindow(hwnd);
}

3.创建绘图设备接口(Device)

绘图设备接口是沟通GPU的重要接口，是对硬件层的隔离和隔离，并提供了更低级的GPU控制，以及对资源的管理，任务调度(可以创建多个命令队列以多线程方式进行绘图)。

在这一步，我们不需要将Device绑定到窗口，而是在后文通过交换链进行绑定。

//创建绘图设备
ID3D12Device* device = nullptr;
D3D12CreateDevice(NULL, D3D_FEATURE_LEVEL_11_0, IID_PPV_ARGS(&device));

4.创建Fence

Fence翻译为栅栏，是CPU与GPU同步的主要手段，Fence提供了跟踪GPU任务的能力。

//创建Fence
ID3D12Fence* fence = nullptr;
UINT64 fenceValue = 0; 
d3d12Device->CreateFence(fenceValue, D3D12_FENCE_FLAG_NONE, IID_PPV_ARGS(&fence));

5.获取RTV,DSV，[CBV,SRV,UAV]描述符大小

RTV (渲染目标视图) ：将渲染目标与图形渲染管线相关联。它允许图形程序将渲染的结果输出到一个或多个渲染目标上。
DSV (深度/模板视图)：通常与深度缓冲区和模板缓冲区相关联。深度缓冲区用于存储场景中各个像素的深度信息，而模板缓冲区用于存储与像素相关的模板信息。DSV允许GPU读取或写入深度和模板信息
CBV (常量缓冲视图) ：用于将常量缓冲区与着色器绑定。常量缓冲区包含了常量数据，如变换矩阵、材质属性等，这些数据可以在渲染过程中传递给着色器，以影响渲染结果。CBV允许GPU在着色器中访问这些常量数据。
SRV (着色资源视图) ：用于将纹理、缓冲区和其他资源与着色器绑定。它允许GPU在着色器中读取纹理数据、结构化缓冲区数据等。SRV是一种通用视图，可以与各种不同类型的资源相关联。
UAV (无序访问视图) ：允许GPU在着色器中对缓冲区进行无序访问，通常用于实现计算着色器中的并行计算任务。UAV允许着色器读取、写入和重新排序缓冲区中的数据，而不需要显式的同步。


// 获取RTV描述符大小
UINT rtvSize = d3d12Device->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_RTV);
// 获取DSV描述符大小
UINT dsvSize = d3d12Device->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_DSV);
//获取CBV,SRV,UAV描述符大小
//在DX12中，这三者的描述符都存储在相同的堆，使用相同的API获取
UINT cbvSrvUavSize = d3d12Device->GetDescriptorHandleIncrementSize(D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV);

注意要保存这些大小，并不是一次性就丢弃。

6.检测多重采样抗锯齿(MSAA)的支持性

MSAA的原理是在渲染图像时，对每个像素位置进行多次采样。根据像素覆盖的多个采样点的值来计算最终像素的颜色。这些采样点通常位于像素中心和其周围的位置。

D3D12_FEATURE_DATA_MULTISAMPLE_QUALITY_LEVELS msaaQualityLevels;
// 根据你的渲染目标格式设置，默认是32位RGBA
msaaQualityLevels.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM; 
//采样数量
msaaQualityLevels.SampleCount = 4;
//无特殊标志
msaaQualityLevels.Flags = D3D12_MULTISAMPLE_QUALITY_LEVELS_FLAG_NONE;
//质量级别设置
msaaQualityLevels.NumQualityLevels = 0;
//检测MSAA支持，会修改NumQualityLevels的值，如果不支持则为0
HRESULT hr = d3d12Device->CheckFeatureSupport(
    D3D12_FEATURE_MULTISAMPLE_QUALITY_LEVELS,
    &msaaQualityLevels,
    sizeof(msaaQualityLevels)
);

//根据MSAA支持来启用
if (SUCCEEDED(hr) && msaaQualityLevels.NumQualityLevels > 0) 
{
    // MSAA支持，msaaQualityLevels.NumQualityLevels表示支持的质量级别
} 
else 
{
    // 不支持MSAA
}

7.创建命令队列(Command Queue)

命令队列是从属于Device的，一个Device可以有多个命令队列(你可以创建不同的队列以负责不同类型的职责)，CPU的可以通过任意线程把渲染命令添加到命令队列。

在这一部分，我们不介绍如何把绘制命令添加到命令队列里。而是在后文交换链之后再进行介绍，以拥有一个合适的基础。

//创建命令队列
ID3D12CommandQueue* commandQueue = nullptr;
//创建命令队列描述信息
D3D12_COMMAND_QUEUE_DESC queueDesc = {};
// 指定命令队列类型为图形命令队列
queueDesc.Type = D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT; 
// 队列优先级设为正常
queueDesc.Priority = D3D12_COMMAND_QUEUE_PRIORITY_NORMAL; 
// 无特殊标志
queueDesc.Flags = D3D12_COMMAND_QUEUE_FLAG_NONE; 
//为绘图设备创建命令队列
d3d12Device->CreateCommandQueue(&queueDesc, IID_PPV_ARGS(&commandQueue));

8.创建命令分配器(Command Allocator)

在介绍命令分配器之前，我们先介绍命令列表(Command List)，在DX12等图形编程API中，通常不允许直接向命令队列提交绘制命令，一般只允许向命令队列提交命令列表，在提交命令列表时，会按照命令列表中相同命令顺序为命令队列添加命令。

而命令列表的创建和重用，一般情况下依赖于命令分配器，所以我们先创建一个命令分配器，并在下一个步骤中进行命令列表的创建，并对命令列表进行详细介绍。

//创建命令分配器
ID3D12CommandAllocator* commandAllocator;
HRESULT hr = d3d12Device->CreateCommandAllocator(D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT, IID_PPV_ARGS(&commandAllocator));

9.创建命令列表(Command List)

通过命令列表，我们对低级的指令进行抽象和封装，使得功能变得更加易用。

每个命令分配器都与命令列表一一对应，命令分配器为命令列表分配内存，管理资源和状态。

命令列表可以重用，具体的方式在后文解释，同样的，命令列表的提交也将在后文进行。
这些都需要交换链作为基础才能成功被绘制。

//创建命令列表
ID3D12GraphicsCommandList* commandList;
HRESULT hr = d3d12Device->CreateCommandList(
    0, // NodeMask，默认为0
    D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT, // 使用Direct Command List
    commandAllocator, // 命令分配器
    nullptr, // Pipeline State Object（PSO），可以稍后设置
    IID_PPV_ARGS(&commandList)
);

10.创建交换链(Swap Chain)

交换链的作用是在这一帧图像未渲染完毕时，保留上一帧的图像，等待这一帧渲染完毕后直接替换上一帧的画面。这样使得我们看到连续的画面，而不是介于两帧之间的未渲染完成的画面。
一般来说，如果不使用这种技术，将导致画面闪烁，图像撕裂等问题

同时交换链内维护有缓冲区，存储渲染结果，待合适时机一起输出，同时这种缓冲区大小与Windows窗口紧密相关，自动维护合适的大小。

SwapChain有多个版本，这里以SwapChain1作为案例升级SwapChain3，Windows版本不同可能对支持的交换链API有影响。

//创建交换链3
ComPtr<IDXGISwapChain3> swapChain ;

//交换链描述符
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1 swapChainDesc = {};
//窗口大小信息
swapChainDesc.Width = width;                     // 窗口宽度
swapChainDesc.Height = height;                   // 窗口高度
//像素格式
swapChainDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM; // 像素格式
//是否启用3D展示(通常用于3D眼镜，需要硬件支持，一般false)
swapChainDesc.Stereo = false;
//不与MSAA冲突的多重采样
swapChainDesc.SampleDesc.Count = 1;              // 多重采样设置
swapChainDesc.SampleDesc.Quality = 0;
//设置后台缓冲区的用途是作为渲染目标(还可以用作着色器读取)
swapChainDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
//缓冲区数量
swapChainDesc.BufferCount = bufferCount;      
//  设置渲染目标与窗口大小不匹配时的缩放模式
//DXGI_SCALING_NONE：不进行缩放
//DXGI_SCALING_STRETCH：渲染目标将被拉伸以完全填充窗口
//DXGI_SCALING_ASPECT_RATIO_STRETCH：保持渲染目标的宽高比的情况下，将其拉伸以填充窗口
swapChainDesc.Scaling = DXGI_SCALING_ASPECT_RATIO_STRETCH;
// 交换效果，定义了在每次呈现后如何处理后台缓冲区，并如何切换前台和后台缓冲区
swapChainDesc.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_DISCARD; 
//设置交换链如何处置透明像素 （DXGI_ALPHA_MODE_PREMULTIPLIED 或 DXGI_ALPHA_MODE_STRAIGHT）
swapChainDesc.AlphaMode = DXGI_ALPHA_MODE_IGNORE;
//无标志
swapChainDesc.Flags = 0;

//创建交换链1(较为低级)
ComPtr<IDXGISwapChain1> swapChain1;
ThrowIfFailed(dxgiFactory->CreateSwapChainForHwnd(
    commandQueue.Get(),                       // 命令队列
    hwnd,                                     // 窗口句柄
    &swapChainDesc,                           // 交换链描述符
    nullptr,                                  // 全屏模式
    nullptr,                                  // 允许输出
    &swapChain1                               // 交换链对象
));

// 尝试升级到IDXGISwapChain3接口
ThrowIfFailed(swapChain1.As(&swapChain));

//升级成功
if(swapChain3)
{

}
//升级失败
else
{
	
}

11.创建RTV/DSV描述符堆

这里假设我们只是双重缓冲(1个显示，1个后缓冲)，我们需要建立数量为2的RTV描述符。
并且我们需要一个深度缓冲描述符用于当前GPU计算使用

这里也假定交换链升级成功

//创建描述符堆的描述符，并指定属性
D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC rtvHeapDesc = {};
rtvHeapDesc.NumDescriptors = 2; // 描述符数量，通常等于后台缓冲区的数量
rtvHeapDesc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_RTV; // 描述符堆类型，RTV
rtvHeapDesc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_NONE; // 无特殊标志

ComPtr<ID3D12Resource> backBuffer;
//获取缓冲区索引
UINT bufferIndex = swapChain->GetCurrentBackBufferIndex(); 
//获取后台缓冲区
HRESULT hr = swapChain->GetBuffer(bufferIndex, IID_PPV_ARGS(backBuffer.GetAddressOf()));

//创建描述符堆
ComPtr<ID3D12DescriptorHeap> rtvHeap;
HRESULT hr = device->CreateDescriptorHeap(&rtvHeapDesc, IID_PPV_ARGS(rtvHeap.GetAddressOf()));

//创建RTV句柄
D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE rtvHandle = rtvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart();
// 假设 backBuffer 是后台缓冲区的资源对象
device->CreateRenderTargetView(backBuffer.Get(), nullptr, rtvHandle);
// 移动到下一个描述符
rtvHandle.ptr += rtvDescriptorSize; // rtvDescriptorSize 是描述符的大小


//创建DSV描述符堆的描述符
D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC dsvHeapDesc = {};
dsvHeapDesc.NumDescriptors = 1; // 单个深度/模板视图
dsvHeapDesc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_DSV; // 描述符堆类型，DSV
dsvHeapDesc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_NONE; // 无特殊标志
//创建dsv描述符堆
ComPtr<ID3D12DescriptorHeap> dsvHeap;
hr = device->CreateDescriptorHeap(&dsvHeapDesc, IID_PPV_ARGS(dsvHeap.GetAddressOf()));
D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE dsvHandle = dsvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart();


//创建深度缓冲区资源对象 depthBuffer
UINT width = 1920; // 深度缓冲区的宽度
UINT height = 1080; // 深度缓冲区的高度
DXGI_FORMAT format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT; // 深度/模板格式
UINT sampleCount = 1; // 采样数（通常为 1，不使用多重采样）
UINT sampleQuality = 0; // 采样质量级别
//----------------------------------------------------
D3D12_RESOURCE_DESC depthDesc = {};
depthDesc.Dimension = D3D12_RESOURCE_DIMENSION_TEXTURE2D; // 资源维度
depthDesc.Width = width; // 宽度
depthDesc.Height = height; // 高度
depthDesc.DepthOrArraySize = 1; // 深度或数组大小（通常为 1）
depthDesc.MipLevels = 1; // Mip 层级数量
depthDesc.Format = format; // 像素格式
depthDesc.SampleDesc.Count = sampleCount; // 采样数
depthDesc.SampleDesc.Quality = sampleQuality; // 采样质量级别
depthDesc.Layout = D3D12_TEXTURE_LAYOUT_UNKNOWN; // 布局类型
depthDesc.Flags = D3D12_RESOURCE_FLAG_ALLOW_DEPTH_STENCIL; // 资源标志，允许深度/模板
//深度缓冲区清除值
D3D12_CLEAR_VALUE clearValue = {};
clearValue.Format = format; // 清除值的格式必须与深度缓冲区的格式匹配
clearValue.DepthStencil.Depth = 1.0f; // 初始深度值（通常为 1.0）
clearValue.DepthStencil.Stencil = 0; // 初始模板值（通常为 0）

ComPtr<ID3D12Resource> depthBuffer; // 用于存储深度缓冲区资源
HRESULT hr = device->CreateCommittedResource(
    &CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT), // 堆属性
    D3D12_HEAP_FLAG_NONE, // 堆标志
    &depthDesc, // 资源描述符
    D3D12_RESOURCE_STATE_COMMON, // 初始资源状态
    &clearValue, // 清除值
    IID_PPV_ARGS(depthBuffer.GetAddressOf()) // 输出深度缓冲区资源对象
);

// 假设 depthBuffer 是深度缓冲区的资源对象
device->CreateDepthStencilView(depthBuffer.Get(), nullptr, dsvHandle);

12.设置视口

D3D12_VIEWPORT viewport = {}; // 创建视口对象
viewport.TopLeftX = 0.0f; // 视口左上角的X坐标
viewport.TopLeftY = 0.0f; // 视口左上角的Y坐标
viewport.Width = static_cast<float>(clientWidth); // 视口的宽度
viewport.Height = static_cast<float>(clientHeight); // 视口的高度
viewport.MinDepth = 0.0f; // 最小深度
viewport.MaxDepth = 1.0f; // 最大深度

//在渲染过程中，在每次渲染前，将视口的属性设置到渲染管道中的命令列表（Command List）中，以便将其传递给GPU。
commandList->RSSetViewports(1, &viewport); // 设置视口

13.提交和重用命令列表

(1)重置

//命令列表的重置是可选的
commandList->Reset(commandAllocator.Get(), nullptr);
//重置分配器是必须的
commandAllocator->Reset();

(2)提交

// 记录需要的GPU命令
commandList->SetGraphicsRootSignature(rootSignature.Get());
commandList->SetPipelineState(pipelineState.Get());
commandList->SetGraphicsRootDescriptorTable(0, descriptorHeap.GetGPUDescriptorHandleForHeapStart());

// 执行绘制操作
commandList->DrawIndexedInstanced(/*参数*/);

//记录命令之后需要关闭
commandList->Close();
//commandQueue 是命令队列对象，ppCommandLists 是指向命令列表指针的数组。
commandQueue->ExecuteCommandLists(1, CommandListType, ppCommandLists);