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DirectX 3D Game Engine - 렌더링 시스템 가이드
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이 문서는 DirectX 3D Game Engine의 렌더링 파이프라인 처리 방식을 설명합니다.
================================================================================
1. 렌더링 시스템 개요
================================================================================
본 엔진은 Render Graph 패턴을 활용하여 복잡한 렌더링 파이프라인을 효율적으로
관리합니다. 렌더링 프로세스는 다음과 같은 단계로 구성됩니다:
1) BeginFrame - 프레임 시작 및 초기화
2) Update - 게임 로직 및 물리 시스템 업데이트
3) RenderGraph Execute - 렌더링 패스 실행
4) EndFrame - 프레임 종료 및 화면 출력
5) Reset - 다음 프레임을 위한 리셋
================================================================================
2. 메인 렌더링 루프 (App::DoFrame)
================================================================================
렌더링은 App 클래스의 DoFrame 메소드에서 다음 순서로 진행됩니다:
코드 예시 (Core/App.cpp):
void App::DoFrame(float deltaTime)
{
const float t = timer.TotalTime();
Window::ShowGameFrame(wnd.GetHWnd());
// [1] BeginFrame 호출
wnd.GetDxGraphic().BeginFrame(0.07f, 0.0f, 0.12f);
// [2] 물리 시스템 업데이트
PhysicsSystem::GetInstance().Update(deltaTime);
// [3] 씬 업데이트
currentScene->Update(deltaTime);
// [4] RenderGraph 실행
App::GetRenderGraph().Execute();
// [5] UI 렌더링
CreateSimulationWindow();
CreateDemoWindows();
currentScene->LateUpdate();
App::GetRenderGraph().RenderWindows();
Engine::FolderView::instance->RenderFolderView();
Engine::MenuBar::menuBar->RenderMenuBar();
Engine::Inspector::instance->Update(deltaTime);
// [6] EndFrame 및 Present
wnd.GetDxGraphic().EndFrame();
// [7] Reset
App::GetRenderGraph().Reset();
}
[1단계] BeginFrame 호출
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ wnd.GetDxGraphic().BeginFrame(0.07f, 0.0f, 0.12f) │
│ - ImGui 프레임 초기화 │
│ - 셰이더 리소스 뷰 초기화 │
└─────────────────────────────────────────────────┘
코드 예시 (Core/DxGraphic.cpp):
void DxGraphic::BeginFrame(float red, float green, float blue) noexcept
{
// ImGui 새 프레임 시작
if (imGuiEnable)
{
ImGui_ImplDX11_NewFrame();
ImGui_ImplWin32_NewFrame();
ImGui::NewFrame();
}
// 이전 프레임의 셰이더 리소스 뷰 초기화 (텍스처 언바인딩)
ID3D11ShaderResourceView* const nullTexture = nullptr;
deviceContext->PSSetShaderResources(0, 1, &nullTexture);
deviceContext->PSSetShaderResources(3, 1, &nullTexture);
}
[2단계] 시스템 업데이트
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ PhysicsSystem::GetInstance().Update(deltaTime) │
│ currentScene->Update(deltaTime) │
│ - 물리 시뮬레이션 업데이트 │
│ - 게임 로직 업데이트 │
└─────────────────────────────────────────────────┘
[3단계] RenderGraph 실행
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ App::GetRenderGraph().Execute() │
│ - 모든 RenderPass 순차 실행 │
│ - ShadowMap 생성 │
│ - 메인 렌더링 │
│ - 포스트 프로세싱 (Blur, Outline 등) │
└─────────────────────────────────────────────────┘
[4단계] UI 렌더링
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ App::GetRenderGraph().RenderWindows() │
│ Engine::FolderView, MenuBar, Inspector 렌더링 │
└─────────────────────────────────────────────────┘
[5단계] EndFrame 및 Present
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ wnd.GetDxGraphic().EndFrame() │
│ - ImGui 렌더링 데이터 생성 │
│ - swapChain->Present() 호출 │
│ - 백 버퍼와 프론트 버퍼 교환 │
└─────────────────────────────────────────────────┘
코드 예시 (Core/DxGraphic.cpp):
void DxGraphic::EndFrame()
{
// ImGui는 마지막에 처리를 해야 화면 맨 앞으로 나옴
if (imGuiEnable)
{
ImGui::Render();
ImGui_ImplDX11_RenderDrawData(ImGui::GetDrawData());
}
// 백 버퍼와 프론트 버퍼 교환 (화면에 출력)
// 첫 번째 인자: VSync (0 = 비활성화, 1 = 활성화)
// 두 번째 인자: 플래그 (0 = 일반 Present)
HRESULT hr = swapChain->Present(0, 0);
// 에러 체크
if (FAILED(hr))
{
if (hr == DXGI_ERROR_DEVICE_REMOVED)
throw GRAPHIC_REMOVE_EXCEPT(device->GetDeviceRemovedReason());
else
throw GRAPHIC_EXCEPT(hr);
}
}
[6단계] Reset
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ App::GetRenderGraph().Reset() │
│ - 모든 RenderPass의 RenderJob 큐 초기화 │
└─────────────────────────────────────────────────┘
================================================================================
3. RenderGraph 아키텍처
================================================================================
RenderGraph는 렌더링 파이프라인을 그래프 형태로 관리하는 핵심 시스템입니다.
[3.1] 주요 구성 요소
---------------------------------------------
RenderGraph (Core/RenderingPipeline/RenderGraph/RenderGraph.h)
├─ RenderPass (렌더 패스 기본 클래스)
│ ├─ RenderingPass (렌더링 작업을 수행하는 패스)
│ │ ├─ RenderQueuePass (렌더 작업 큐를 관리하는 패스)
│ │ │ ├─ LambertianRenderPass (램버시안 라이팅)
│ │ │ ├─ ShadowMapPass (그림자 맵 생성)
│ │ │ ├─ OutlineMaskPass (아웃라인 마스크)
│ │ │ └─ OutlineDrawPass (아웃라인 그리기)
│ │ └─ PostProcessFullScreenRenderPass (전체 화면 포스트 프로세싱)
│ │ ├─ HorizontalBlurPass (수평 블러)
│ │ └─ VerticalBlurPass (수직 블러)
│ └─ BufferPassClear (버퍼 초기화)
├─ PipelineDataProvider (데이터 제공자)
└─ PipelineDataConsumer (데이터 소비자)
코드 예시 (Core/RenderingPipeline/RenderGraph/RenderGraph.cpp):
// RenderGraph 생성자 - 백 버퍼와 마스터 깊이 버퍼 초기화
RenderGraph::RenderGraph()
: backBufferTarget(Window::GetDxGraphic().GetRenderTarget()),
masterDepth(std::make_shared<Graphic::OutputOnlyDepthStencil>())
{
// 글로벌 제공자들 등록 (모든 패스에서 접근 가능한 기본 리소스들)
AddGlobalProvider(
DirectBufferPipelineDataProvider<Graphic::RenderTarget>::Create(
"backbuffer", backBufferTarget
)
);
AddGlobalProvider(
DirectBufferPipelineDataProvider<Graphic::DepthStencil>::Create(
"masterDepth", masterDepth
)
);
// 글로벌 소비자 등록 (최종 출력을 받을 소비자)
AddGlobalConsumer(
DirectBufferDataConsumer<Graphic::RenderTarget>::Create(
"backbuffer", backBufferTarget
)
);
}
// 모든 렌더 패스를 순서대로 실행
void RenderGraph::Execute() NOEXCEPTRELEASE
{
// 최종화되지 않은 그래프는 실행 불가
if (!isFinalized)
throw RENDER_GRAPHIC_EXCEPTION("최종화되지 않은 렌더 그래프는 실행할 수 없습니다.");
// 등록된 순서대로 모든 패스 실행
for (auto& pass : renderPasses)
pass->Execute();
}
// 모든 렌더 패스를 리셋 (다음 프레임 준비)
void RenderGraph::Reset() noexcept
{
assert(isFinalized);
// 모든 패스를 리셋하여 다음 프레임 준비
for (auto& pass : renderPasses)
pass->Reset();
}
[3.2] BlurOutlineRenderGraph 예시
---------------------------------------------
본 엔진의 기본 RenderGraph는 BlurOutlineRenderGraph로, 다음과 같은 패스들로 구성:
Pass 1: clearRenderTarget (BufferPassClear)
├─ 역할: 백버퍼 초기화
├─ 입력: $.backbuffer
└─ 출력: buffer (클리어된 렌더 타겟)
Pass 2: clearDepthStencil (BufferPassClear)
├─ 역할: 깊이-스텐실 버퍼 초기화
├─ 입력: $.masterDepth
└─ 출력: buffer (클리어된 깊이 버퍼)
Pass 3: ShadowMap (ShadowMapPass)
├─ 역할: 그림자 맵 생성
├─ 출력: Map (그림자 깊이 맵)
└─ 설명: 라이트 시점에서 깊이 정보를 렌더링
Pass 4: lambertian (LambertianRenderPass)
├─ 역할: 기본 조명 및 텍스처 렌더링
├─ 입력: ShadowMap.Map, clearRenderTarget.buffer, clearDepthStencil.buffer
├─ 출력: renderTarget, depthStencil
└─ 설명: 램버시안 반사 모델로 오브젝트 렌더링
Pass 5: Skybox (SkyboxPass)
├─ 역할: 배경 스카이박스 렌더링
├─ 입력: lambertian.renderTarget, lambertian.depthStencil
├─ 출력: renderTarget, depthStencil
└─ 설명: 씬의 배경 환경 렌더링
Pass 6: outlineMask (OutlineMaskPass)
├─ 역할: 아웃라인 마스크 생성
├─ 입력: Skybox.depthStencil
├─ 출력: depthStencil (아웃라인 마스크 정보)
└─ 설명: 선택된 오브젝트의 마스크를 스텐실 버퍼에 렌더링
Pass 7: outlineDraw (BlurOutlineRenderingPass)
├─ 역할: 아웃라인 초기 렌더링
├─ 출력: scratchOut
└─ 설명: 블러를 적용할 아웃라인 데이터 생성
Pass 8: horizontal (HorizontalBlurPass)
├─ 역할: 수평 방향 블러 적용
├─ 입력: outlineDraw.scratchOut, $.blurKernel, $.blurDirection
├─ 출력: scratchOut
└─ 설명: 가우시안 또는 박스 블러 커널로 수평 블러
Pass 9: vertical (VerticalBlurPass)
├─ 역할: 수직 방향 블러 적용 및 최종 합성
├─ 입력: Skybox.renderTarget, outlineMask.depthStencil,
│ horizontal.scratchOut, $.blurKernel, $.blurDirection
├─ 출력: renderTarget, depthStencil
└─ 설명: 수직 블러로 최종 아웃라인 효과를 메인 렌더 타겟에 합성
Pass 10: wireframe (CameraWireFramePass)
├─ 역할: 와이어프레임 오버레이
├─ 입력: vertical.renderTarget, vertical.depthStencil
├─ 출력: renderTarget (최종 출력 → $.backbuffer)
└─ 설명: 카메라 frustum 와이어프레임을 최종 결과에 오버레이
전역 리소스:
- $.backbuffer: 최종 출력 백버퍼
- $.masterDepth: 메인 깊이 버퍼
- $.blurKernel: 블러 커널 계수 (CachingPixelConstantBufferEx)
- $.blurDirection: 블러 방향 제어 (수평/수직)
================================================================================
4. Technique 및 RenderJob 시스템
================================================================================
[4.1] Technique (렌더링 기법)
---------------------------------------------
Technique는 여러 RenderStep의 조합으로 특정 렌더링 기법을 정의합니다.
구조:
Technique
├─ name: 기법 이름
├─ channel: 렌더링 채널 (비트마스크)
├─ isActive: 활성화 상태
└─ renderSteps[]: RenderStep 배열
주요 메소드:
- Submit(drawable, channelFilter): 지정된 채널에 렌더링 제출
- Link(RenderGraph&): RenderGraph와 연결
- InitializeParentReferences(): 부모 Drawable 참조 초기화
코드 예시 (Core/RenderingPipeline/RenderingManager/Technique/Technique.cpp):
// 렌더링 제출 - 채널 필터에 맞는 경우만 제출
void Technique::Submit(const Drawable& drawable, size_t channelFilter) const noexcept
{
// 기법이 비활성화되어 있으면 제출하지 않음
if (!isActive)
return;
// 채널 필터와 일치하는지 확인 (비트마스크 AND 연산)
if (channelFilter & channel)
{
// 이 기법의 모든 렌더 스텝에 제출
for (auto& step : renderSteps)
step.Submit(drawable);
}
}
// RenderGraph와 연결
void Technique::Link(RenderGraphNameSpace::RenderGraph& renderGraph)
{
// 각 렌더 스텝을 RenderGraph의 해당 패스와 연결
for (auto& step : renderSteps)
step.Link(renderGraph);
}
[4.2] RenderStep (렌더링 단계)
---------------------------------------------
RenderStep은 Technique 내 개별 렌더링 단계를 나타냅니다.
역할:
- 특정 RenderPass에 RenderJob 제출
- 렌더링 파이프라인 상태 설정
[4.3] RenderJob (렌더링 작업)
---------------------------------------------
RenderJob은 실제 렌더링을 수행하는 최소 단위 작업입니다.
구성 요소:
- drawable: 렌더링할 객체 (Mesh 등)
- renderStep: 렌더링 스텝 정보
실행 과정 (Execute 메소드):
[1] Frustum Culling 체크
└─ 카메라 절두체 외부 객체는 렌더링 생략
[2] 렌더링 파이프라인 설정
├─ drawable->SetRenderPipeline()
│ ├─ VertexBuffer 설정
│ ├─ IndexBuffer 설정
│ └─ InputLayout 설정
└─ renderStep->SetRenderPipeline()
├─ VertexShader 설정
├─ PixelShader 설정
├─ ConstantBuffer 설정
├─ SamplerState 설정
├─ RasterizerState 설정
└─ DepthStencilState 설정
[3] DrawIndexed 호출
└─ deviceContext->DrawIndexed(indexCount, 0, 0)
코드 예시 (Core/RenderingPipeline/RenderingManager/Pass/Base/RenderJob.cpp):
// 렌더링 작업 실행
void RenderJob::Excute(bool isPassFrustumCulling) NOEXCEPTRELEASE
{
// [1] 절두체 컬링 체크 (패스별 설정 && 전역 설정 && 실제 절두체 내 존재)
if (isPassFrustumCulling && useViewFrustum && !IsInViewFrustum())
{
// 절두체 밖에 있으면 렌더링 건너뛰기 (성능 최적화)
return;
}
// [2] 렌더링 파이프라인 설정
drawable->SetRenderPipeline(); // 객체의 버텍스/인덱스 버퍼 설정
renderStep->SetRenderPipeline(); // 렌더 스텝의 셰이더/상태 설정
// [3] 실제 드로우 콜 실행
Window::GetDxGraphic().DrawIndexed(drawable->GetIndexCount());
}
// 절두체 내부에 있는지 확인
bool RenderJob::IsInViewFrustum() const
{
// drawable의 Bounding Volume을 가져와서 절두체와 교차 테스트
return viewFrustumCulling.IsInFrustum(drawable->GetBoundingVolume());
}
[4.4] RenderQueuePass 작동 방식
---------------------------------------------
RenderQueuePass는 제출된 모든 RenderJob을 수집하여 일괄 실행합니다.
동작 순서:
[제출 단계]
Model::Submit()
├─> Technique::Submit()
│ └─> RenderStep::Submit()
│ └─> RenderQueuePass::Accept(RenderJob)
│ └─> renderJobs.push_back(renderJob)
[실행 단계]
RenderQueuePass::Execute()
├─> for (auto& job : renderJobs)
│ └─> job.Execute()
│ ├─ Frustum/Occlusion Culling
│ ├─ 렌더링 파이프라인 설정
│ └─ DrawIndexed 호출
[리셋 단계]
RenderQueuePass::Reset()
└─> renderJobs.clear()
================================================================================
5. DirectX 렌더링 파이프라인 단계
================================================================================
본 엔진은 DirectX 11의 렌더링 파이프라인을 다음과 같이 구성합니다:
[IA - Input Assembler]
├─ InputLayout: 정점 데이터 레이아웃 정의
├─ VertexBuffer: 정점 데이터
├─ IndexBuffer: 인덱스 데이터
└─ PrimitiveTopology: 기본 도형 유형 (삼각형 리스트 등)
코드 예시 (Core/RenderingPipeline/Pipeline/IA/):
// VertexBuffer 바인딩 (VertexBuffer.cpp)
void VertexBuffer::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
const UINT offset = 0u;
GetDeviceContext()->IASetVertexBuffers(
0u, // 시작 슬롯
1u, // 버퍼 개수
vertexBuffer.GetAddressOf(), // 버퍼 포인터
&stride, // 정점 크기
&offset // 오프셋
);
}
// IndexBuffer 바인딩 (IndexBuffer.cpp)
void IndexBuffer::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->IASetIndexBuffer(
indexBuffer.Get(), // 인덱스 버퍼
DXGI_FORMAT_R32_UINT, // 인덱스 포맷 (32비트 unsigned int)
0u // 오프셋
);
}
// PrimitiveTopology 설정 (PrimitiveTopology.cpp)
void PrimitiveTopology::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->IASetPrimitiveTopology(topology);
// topology 예시: D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST
}
// InputLayout 설정 (InputLayout.cpp)
void InputLayout::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->IASetInputLayout(inputLayout.Get());
}
[VS - Vertex Shader]
├─ VertexShader: 정점 셰이더 실행
└─ ConstantBuffer: 변환 행렬 등 상수 데이터
코드 예시 (Core/RenderingPipeline/Pipeline/VSPS/):
// VertexShader 바인딩 (VertexShader.cpp)
void VertexShader::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->VSSetShader(
vertexShader.Get(), // 정점 셰이더
nullptr, // 클래스 인스턴스
0u // 인스턴스 개수
);
}
// ConstantBuffer 업데이트 및 바인딩 (TransformConstantBuffer.cpp)
void TransformConstantBuffer::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
// Transform 행렬 계산 및 업데이트
const auto modelView = parent->GetTransformMatrix() *
camera->GetViewMatrix();
const Transforms tf = {
DirectX::XMMatrixTranspose(modelView),
DirectX::XMMatrixTranspose(
modelView *
camera->GetProjectionMatrix()
)
};
// ConstantBuffer에 데이터 업데이트
Update(tf);
// Vertex Shader에 바인딩 (슬롯 0)
GetDeviceContext()->VSSetConstantBuffers(
0u, 1u, constantBuffer.GetAddressOf()
);
}
[RS - Rasterizer Stage]
├─ Viewport: 뷰포트 설정
└─ RasterizerState: 컬링 모드, 채우기 모드 등
[PS - Pixel Shader]
├─ PixelShader: 픽셀 셰이더 실행
├─ Texture: 텍스처 샘플링
├─ SamplerState: 샘플링 방식 설정
└─ ConstantBuffer: 조명, 재질 등 상수 데이터
코드 예시 (Core/RenderingPipeline/Pipeline/VSPS/):
// PixelShader 바인딩 (PixelShader.cpp)
void PixelShader::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->PSSetShader(
pixelShader.Get(), // 픽셀 셰이더
nullptr, // 클래스 인스턴스
0u // 인스턴스 개수
);
}
// Texture 바인딩 (Core/Draw/Base/Image/Texture.cpp)
void Texture::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->PSSetShaderResources(
slot, // 텍스처 슬롯 (0, 1, 2...)
1u, // 리소스 개수
shaderResourceView.GetAddressOf() // 텍스처 SRV
);
}
// SamplerState 설정 (SamplerState.cpp)
void SamplerState::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->PSSetSamplers(
0u, // 샘플러 슬롯
1u, // 샘플러 개수
samplerState.GetAddressOf() // 샘플러 스테이트
);
}
[OM - Output Merger]
├─ RenderTarget: 렌더 타겟 설정
├─ DepthStencil: 깊이/스텐실 버퍼
├─ DepthStencilState: 깊이/스텐실 테스트 설정
└─ BlendState: 블렌딩 설정
코드 예시 (Core/RenderingPipeline/):
// RenderTarget과 DepthStencil 바인딩 (RenderTarget.cpp)
void RenderTarget::BindAsTarget(const DepthStencil& depthStencil) NOEXCEPTRELEASE
{
// 렌더 타겟과 깊이 스텐실을 Output Merger 단계에 바인딩
GetDeviceContext()->OMSetRenderTargets(
1u, // 렌더 타겟 개수
renderTargetView.GetAddressOf(), // 렌더 타겟 뷰
depthStencil.depthStencilView.Get() // 깊이 스텐실 뷰
);
}
// DepthStencilState 설정 (Pipeline/OM/DepthStencil.cpp)
void DepthStencilState::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->OMSetDepthStencilState(
depthStencilState.Get(), // 깊이 스텐실 스테이트
stencilRef // 스텐실 참조 값
);
}
// BlendState 설정 (Pipeline/OM/ColorBlend.cpp)
void ColorBlend::SetRenderPipeline() NOEXCEPTRELEASE
{
GetDeviceContext()->OMSetBlendState(
blendState.Get(), // 블렌드 스테이트
nullptr, // 블렌드 팩터
0xFFFFFFFFu // 샘플 마스크
);
}
각 단계는 Pipeline 폴더 내 해당 하위 폴더에 구현되어 있습니다:
- Core/RenderingPipeline/Pipeline/IA/
- Core/RenderingPipeline/Pipeline/VSPS/
- Core/RenderingPipeline/Pipeline/Rasterizer/
- Core/RenderingPipeline/Pipeline/OM/
================================================================================
6. 주요 최적화 기법
================================================================================
[6.1] Frustum Culling (절두체 컬링)
---------------------------------------------
카메라의 시야 절두체 외부에 있는 객체는 렌더링하지 않음으로써 성능 향상.
구현 위치: RenderJob::Execute()
관련 클래스: CameraViewFrustumCulling, CameraFrustum
동작 방식:
1) 카메라의 View/Projection 행렬로 절두체 평면 계산
2) 각 객체의 Bounding Volume이 절두체 내부에 있는지 체크
3) 외부 객체는 DrawIndexed 호출 생략
코드 예시 (Core/Camera/CameraViewFrustumCulling.cpp):
// View/Projection 행렬로 절두체 업데이트
void CameraViewFrustumCulling::UpdateFromMatrices(
const DirectX::XMMATRIX& viewMatrix,
const DirectX::XMMATRIX& projMatrix)
{
// View * Projection 행렬 계산
DirectX::XMMATRIX viewProj = viewMatrix * projMatrix;
// 6개의 절두체 평면 추출 (Near, Far, Left, Right, Top, Bottom)
// 각 평면은 4D 벡터로 표현 (ax + by + cz + d = 0)
// Left 평면 = 4번째 행 + 1번째 행
frustumPlanes[0] = DirectX::XMPlaneNormalize(
DirectX::XMVectorAdd(viewProj.r[3], viewProj.r[0])
);
// Right 평면 = 4번째 행 - 1번째 행
frustumPlanes[1] = DirectX::XMPlaneNormalize(
DirectX::XMVectorSubtract(viewProj.r[3], viewProj.r[0])
);
// Bottom 평면 = 4번째 행 + 2번째 행
frustumPlanes[2] = DirectX::XMPlaneNormalize(
DirectX::XMVectorAdd(viewProj.r[3], viewProj.r[1])
);
// Top 평면 = 4번째 행 - 2번째 행
frustumPlanes[3] = DirectX::XMPlaneNormalize(
DirectX::XMVectorSubtract(viewProj.r[3], viewProj.r[1])
);
// Near 평면 = 3번째 행
frustumPlanes[4] = DirectX::XMPlaneNormalize(viewProj.r[2]);
// Far 평면 = 4번째 행 - 3번째 행
frustumPlanes[5] = DirectX::XMPlaneNormalize(
DirectX::XMVectorSubtract(viewProj.r[3], viewProj.r[2])
);
}
// AABB(Axis-Aligned Bounding Box)가 절두체 내부에 있는지 확인
bool CameraViewFrustumCulling::IsInFrustum(const BoundingBox& bbox) const
{
DirectX::XMVECTOR center = DirectX::XMLoadFloat3(&bbox.center);
DirectX::XMVECTOR extents = DirectX::XMLoadFloat3(&bbox.extents);
// 6개의 평면 모두에 대해 체크
for (int i = 0; i < 6; i++)
{
// 평면의 노멀 방향으로 가장 먼 점 계산
DirectX::XMVECTOR planeNormal = frustumPlanes[i];
// AABB의 중심에서 평면까지의 거리 계산
float distance = DirectX::XMVectorGetX(
DirectX::XMPlaneDotCoord(planeNormal, center)
);
// AABB의 반경 계산 (평면 방향으로의 최대 거리)
float radius = DirectX::XMVectorGetX(
DirectX::XMVector3Dot(
DirectX::XMVectorAbs(planeNormal),
extents
)
);
// 평면 밖에 있으면 렌더링 불필요
if (distance < -radius)
return false;
}
// 모든 평면을 통과하면 절두체 내부에 있음
return true;
}
// RenderJob에서 사용 예시 (RenderJob.cpp)
void RenderJob::Excute(bool isPassFrustumCulling) NOEXCEPTRELEASE
{
// 절두체 컬링 체크
if (isPassFrustumCulling && useViewFrustum && !IsInViewFrustum())
{
// 절두체 밖에 있으면 렌더링 건너뛰기
return; // ← 성능 향상! DrawIndexed 호출 안 함
}
// 절두체 내부에 있는 객체만 렌더링
drawable->SetRenderPipeline();
renderStep->SetRenderPipeline();
Window::GetDxGraphic().DrawIndexed(drawable->GetIndexCount());
}
[6.2] Render Graph 기반 최적화
---------------------------------------------
데이터 의존성을 명시적으로 관리하여 불필요한 렌더링 패스 제거.
PipelineDataProvider: 데이터 제공자 (출력)
PipelineDataConsumer: 데이터 소비자 (입력)
연결 예시:
ShadowMapPass.shadowMap → LambertianRenderPass.shadowMap (입력)
[6.3] 스마트 포인터를 통한 메모리 관리
---------------------------------------------
shared_ptr, unique_ptr 활용으로 메모리 누수 방지 및 자동 해제.
================================================================================
7. 셰이더 시스템
================================================================================
본 엔진은 다양한 HLSL 셰이더를 지원합니다:
기본 셰이더 (Shader/ 폴더):
├─ ColorShader.hlsl: 단색 렌더링
├─ LitColor.hlsl: 조명이 적용된 컬러
├─ LitTextureDiffuse.hlsl: 디퓨즈 텍스처 + 조명
├─ LitTextureDiffuseNormal.hlsl: 노멀 매핑 지원
├─ LitTextureDiffuseSpecular.hlsl: 스페큘러 맵 지원
├─ LitTextureDiffuseSpecularNormal.hlsl: 모든 맵 지원
├─ ShadowVS.hlsl / ShadowPS.hlsl: 그림자 맵 생성
├─ Skybox.hlsl: 스카이박스 렌더링
└─ PostProcessing/: 포스트 프로세싱 셰이더들
셰이더 컴파일:
- 런타임에 D3DX11CompileFromFile로 컴파일
- 디버그 빌드 시 디버그 정보 포함 및 최적화 생략
- 컴파일된 바이트코드로 Shader 객체 생성
코드 예시 (셰이더 컴파일 및 생성):
// VertexShader 컴파일 및 생성 (DxGraphic.cpp 예시)
ComPtr<ID3D11VertexShader> vertexShader;
ComPtr<ID3DBlob> shaderCode;
DWORD shaderFlags = 0;
#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
shaderFlags |= D3D10_SHADER_DEBUG; // 디버그 정보 포함
shaderFlags |= D3D10_SHADER_SKIP_OPTIMIZATION; // 최적화 생략
#endif
ID3D10Blob* compiledShader = 0;
ID3D10Blob* errorMessage = 0;
// HLSL 파일 컴파일
HRESULT hr = D3DX11CompileFromFileA(
"Shader/ColorShader.hlsl", // 셰이더 파일 경로
nullptr, // 매크로 정의
nullptr, // Include 파일
"VS", // 엔트리 포인트 함수명
"vs_5_0", // 셰이더 모델 (Vertex Shader 5.0)
shaderFlags, // 컴파일 플래그
0, // 효과 플래그
0, // 스레드 펌프
&shaderCode, // 컴파일된 코드
&errorMessage, // 에러 메시지
nullptr // 결과
);
// 에러 체크
if (FAILED(hr))
{
if (errorMessage != 0)
{
MessageBoxA(0, (char*)errorMessage->GetBufferPointer(), 0, 0);
ReleaseCOM(errorMessage);
}
DXTrace(__FILE__, (DWORD)__LINE__, hr, "D3DX11CompileFromFile", true);
}
// VertexShader 객체 생성
GRAPHIC_THROW_INFO(device->CreateVertexShader(
shaderCode->GetBufferPointer(), // 바이트코드
shaderCode->GetBufferSize(), // 바이트코드 크기
nullptr, // 클래스 링커
&vertexShader // 생성된 셰이더
));
// Vertex Shader 단계를 렌더링 파이프라인에 바인딩
deviceContext->VSSetShader(vertexShader.Get(), nullptr, 0);
HLSL 셰이더 예시 (Shader/LitTextureDiffuse.hlsl):
// Vertex Shader 입력 구조체
struct VSInput
{
float3 pos : POSITION; // 정점 위치
float3 normal : NORMAL; // 정점 노멀
float2 texCoord : TEXCOORD; // 텍스처 좌표
};
// Vertex Shader 출력 구조체
struct VSOutput
{
float4 pos : SV_POSITION; // 변환된 위치
float3 worldPos : POSITION; // 월드 공간 위치
float3 normal : NORMAL; // 노멀
float2 texCoord : TEXCOORD; // 텍스처 좌표
};
// Constant Buffer
cbuffer TransformCB : register(b0)
{
matrix modelView; // 모델-뷰 행렬
matrix modelViewProj; // 모델-뷰-프로젝션 행렬
};
// Vertex Shader
VSOutput VS(VSInput input)
{
VSOutput output;
// 정점 위치 변환
output.pos = mul(float4(input.pos, 1.0f), modelViewProj);
output.worldPos = mul(float4(input.pos, 1.0f), modelView).xyz;
// 노멀 변환 (회전만 적용)
output.normal = mul(input.normal, (float3x3)modelView);
output.texCoord = input.texCoord;
return output;
}
// Pixel Shader
Texture2D diffuseMap : register(t0); // 디퓨즈 텍스처
SamplerState sampler0 : register(s0); // 샘플러
float4 PS(VSOutput input) : SV_TARGET
{
// 텍스처 샘플링
float4 diffuseColor = diffuseMap.Sample(sampler0, input.texCoord);
// 간단한 램버시안 조명 계산
float3 lightDir = normalize(float3(1, 1, -1));
float diffuse = max(dot(normalize(input.normal), lightDir), 0.0f);
// 최종 색상
return diffuseColor * (diffuse + 0.2f); // 0.2는 앰비언트
}
================================================================================
8. 카메라 시스템과 렌더링
================================================================================
카메라는 렌더링의 시작점이며, 다음과 같은 역할을 수행합니다:
[8.1] 메인 카메라 렌더링
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ App::GetRenderGraph().RenderMainCamera(camera) │
│ - View/Projection 행렬 설정 │
│ - ViewFrustum 업데이트 │
│ - 씬의 모든 객체를 RenderGraph에 Submit │
└─────────────────────────────────────────────────┘
[8.2] 섀도우 카메라 렌더링
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ App::GetRenderGraph().RenderShadowCamera(camera) │
│ - 라이트 시점의 View/Projection 행렬 설정 │
│ - ShadowMapPass에 객체 Submit │
└─────────────────────────────────────────────────┘
카메라 관련 클래스:
- Camera: 카메라 컴포넌트
- CameraProjection: 투영 행렬 관리
- CameraFrustum: 절두체 계산
- CameraViewFrustumCulling: 절두체 컬링 로직
================================================================================
9. 렌더 타겟 및 리소스 관리
================================================================================
[9.1] RenderTarget
---------------------------------------------
렌더링 결과를 저장하는 타겟 버퍼.
종류:
- OutputOnlyRenderTarget: 최종 출력용 (백 버퍼)
- ShaderInputRenderTarget: 셰이더 입력으로 사용 가능
용도:
- 백 버퍼: 최종 화면 출력
- 중간 렌더 타겟: 포스트 프로세싱 등에 사용
[9.2] DepthStencil
---------------------------------------------
깊이 및 스텐실 정보를 저장하는 버퍼.
종류:
- OutputOnlyDepthStencil: 깊이 테스트 전용
- ShaderInputDepthStencil: 셰이더에서 읽기 가능 (섀도우 맵)
용도:
- masterDepth: 기본 깊이 버퍼
- shadowMap: 그림자 맵 생성용 깊이 버퍼
[9.3] SwapChain
---------------------------------------------
백 버퍼와 프론트 버퍼를 교환하여 화면에 출력.
설정 (DxGraphic::SwapChainSettings):
- BufferCount: 1 (더블 버퍼링)
- Format: DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
- MSAA: 옵션에 따라 4x MSAA 사용 가능
- SwapEffect: DXGI_SWAP_EFFECT_SEQUENTIAL
================================================================================
10. 실제 렌더링 플로우 예시
================================================================================
다음은 하나의 프레임이 렌더링되는 전체 과정입니다:
[시작] App::DoFrame 호출
│
├─[1] BeginFrame
│ └─ ImGui 초기화, 셰이더 리소스 뷰 초기화
│
├─[2] PhysicsSystem::Update
│ └─ 물리 시뮬레이션 업데이트
│
├─[3] Scene::Update
│ ├─ 모든 오브젝트의 Update() 호출
│ ├─ Transform 계산
│ └─ 애니메이션 업데이트 (있는 경우)
│
├─[4] Scene::LateUpdate (카메라 설정)
│ ├─ cameras.LinkTechniques(RenderGraph)
│ │ └─ 모든 모델의 Technique를 RenderGraph에 연결
│ │
│ └─ RenderGraph.RenderMainCamera(camera)
│ ├─ ViewFrustum 업데이트
│ └─ Scene의 모든 Model::Submit(channel) 호출
│ └─ 각 Technique::Submit()
│ └─ 각 RenderStep::Submit()
│ └─ RenderQueuePass::Accept(RenderJob)
│
├─[5] RenderGraph::Execute
│ │
│ ├─[Pass 1] ShadowMapPass::Execute()
│ │ ├─ 깊이/스텐실 클리어
│ │ ├─ 모든 RenderJob 실행 (섀도우 캐스터만)
│ │ │ └─ ShadowVS/ShadowPS 셰이더로 깊이 렌더링
│ │ └─ shadowMap 출력
│ │
│ ├─[Pass 2] LambertianRenderPass::Execute()
│ │ ├─ 렌더 타겟/깊이 스텐실 클리어
│ │ ├─ 모든 RenderJob 실행 (메인 렌더링)
│ │ │ ├─ Frustum Culling 체크
│ │ │ ├─ VertexBuffer/IndexBuffer 설정
│ │ │ ├─ VertexShader/PixelShader 바인딩
│ │ │ ├─ ConstantBuffer 업데이트 (Transform, Light 등)
│ │ │ ├─ Texture 바인딩 (Diffuse, Normal, Specular 등)
│ │ │ ├─ ShadowMap 바인딩 (셰이더 입력)
│ │ │ └─ DrawIndexed 호출
│ │ └─ renderTarget, depthStencil 출력
│ │
│ ├─[Pass 3] OutlineMaskPass::Execute()
│ │ ├─ 선택된 오브젝트만 렌더링
│ │ ├─ 단색으로 렌더링 (마스크 생성)
│ │ └─ outlineMask 출력
│ │
│ ├─[Pass 4] HorizontalBlurPass::Execute()
│ │ ├─ 전체 화면 쿼드 렌더링
│ │ ├─ outlineMask를 셰이더 입력으로 사용
│ │ ├─ 수평 블러 커널 적용
│ │ └─ blurredHorizontal 출력
│ │
│ ├─[Pass 5] VerticalBlurPass::Execute()
│ │ ├─ 전체 화면 쿼드 렌더링
│ │ ├─ blurredHorizontal을 셰이더 입력으로 사용
│ │ ├─ 수직 블러 커널 적용
│ │ └─ blurredOutline 출력
│ │
│ └─[Pass 6] OutlineDrawPass::Execute()
│ ├─ 메인 렌더 타겟에 아웃라인 합성
│ ├─ renderTarget + blurredOutline 합성
│ └─ backbuffer에 최종 출력
│
├─[6] RenderGraph::RenderWindows()
│ └─ ImGui 디버그 창 렌더링 (커널 설정, 섀도우 설정 등)
│
├─[7] UI 렌더링
│ ├─ FolderView::RenderFolderView()
│ ├─ MenuBar::RenderMenuBar()
│ └─ Inspector::Update()
│
├─[8] Scene::LateUpdate (후처리)
│ └─ 컴포넌트별 후처리 로직
│