directx-11 - 用于光线/网格相交的 DirectX 11 计算着色器

Question

我最近将一个使用 D3DXIntersect 查找光线/网格交点的 DirectX 9 应用程序转换为 DirectX 11。由于 D3DXIntersect 在 DX11 中不可用，我编写了自己的代码来查找交点，它只是循环遍历中的所有三角形网格并测试它们，跟踪最接近原点的命中。这是在 CPU 端完成的，可以很好地通过 GUI 进行拾取，但是我有应用程序的另一部分，它根据几个不同的视点从现有的网格创建一个新的网格，我需要检查每个三角形的视线在网格中多次。这变得很慢。

使用 DX11 计算着色器来执行此操作是否有意义(即在 CPU 上执行此操作是否会显着加快速度)？我在互联网上搜索但找不到现有示例。

假设答案是肯定的，这是我正在考虑的方法:

• 为我的网格中的每个三角形启动一个线程
• 每个线程计算命中该三角形的距离，或在未命中时返回最大 float 。在缓冲区中为每个线程存储一个值。
• 然后进行归约并返回最小(非负)值。

我希望我可以访问 DirectX 中的 CUDA Thrust 之类的东西，因为我认为编写这种减少的代码会很痛苦。这就是我问的原因，所以我不会白做一堆工作!

Answer 1

这是完全可行的，这里有一些 HLSL 代码可以执行此操作(并且还可以处理您击中 2 个具有相同距离的三角形的情况)。

我假设您知道如何创建资源(结构化缓冲区)并将它们绑定(bind)到计算管道。

此外，我会认为您的几何图形已编入索引。

第一步是收集通过测试的三角形。我们将使用追加缓冲区来仅推送通过测试的元素，而不是使用“命中”标志。

首先创建 2 个结构化缓冲区(位置和三角形索引)，然后将您的模型数据复制到其中。

然后创建一个带有可追加无序 View 的结构化缓冲区。

要执行命中检测，您可以使用以下计算代码:

struct rayHit
{
    uint triangleID;
    float distanceToTriangle;
};

cbuffer cbRaySettings : register(b0)
{
    float3 rayFrom;
    float3 rayDir;
    uint TriangleCount;
};

StructuredBuffer<float3> positionBuffer : register(t0);
StructuredBuffer<uint3> indexBuffer : register(t1);

AppendStructuredBuffer<rayHit> appendRayHitBuffer : register(u0);

void TestTriangle(float3 p1, float3 p2, float3 p3, out bool hit, out float d)
{
    //Perform ray/triangle intersection
    hit = false;
    d = 0.0f;
}

[numthreads(64,1,1)]
void CS_RayAppend(uint3 tid : SV_DispatchThreadID)
{
    if (tid.x >= TriangleCount)
        return;

    uint3 indices = indexBuffer[tid.x];
    float3 p1 = positionBuffer[indices.x];
    float3 p2 = positionBuffer[indices.y];
    float3 p3 = positionBuffer[indices.z];

    bool hit;
    float d;
    TestTriangle(p1,p2,p3,hit, d);

    if (hit)
    {
        rayHit hitData;
        hitData.triangleID = tid.x;
        hitData.distanceToTriangle = d;
        appendRayHitBuffer.Append(hitData);
    }
}

请注意，您需要为 appendRayHitBuffer 提供足够的大小(最坏的情况是三角形计数，例如:每个三角形都被光线击中)。

完成后，缓冲区的开始部分包含命中数据，无序 View 计算通过测试的三角形数。

然后您需要创建一个参数缓冲区和一个小的字节地址缓冲区(大小为 16，因为我认为运行时不允许 12)

你还需要一个小的结构化缓冲区(一个元素就够了)，用来存储最小距离

使用CopyStructureCount将 UnorderedView 计数器传递到这些缓冲区(请注意，Argument 缓冲区的第二个和第三个元素需要都设置为 1，因为它们将是使用分派(dispatch)的参数)。

使用 UINT_MAXVALUE 清除小型 StructuredBuffer 缓冲区，并使用参数缓冲区 DispatchIndirect

我假设你不会有很多命中，所以对于下一部分，numthreads 将设置为 1,1,1(如果你想使用更大的组，你将需要运行另一个计算着色器来构建参数缓冲区) .

然后求最小距离:

StructuredBuffer<rayHit> rayHitbuffer : register(t0);
ByteAddressBuffer rayHitCount : register(t1);

RWStructuredBuffer<uint> rwMinBuffer : register(u0);

[numthreads(1,1,1)]
void CS_CalcMin(uint3 tid : SV_DispatchThreadID)
{
    uint count = rayHitCount.Load(0);
    if (tid.x >= count)
        return;

    rayHit hit = rayHitbuffer[tid.x];

    uint dummy;
    InterlockedMin(rwMinBuffer[0],asuint(hit.distanceToTriangle), dummy);   
} 

由于我们预计命中距离将大于零，因此我们可以在这种情况下使用 asuint 和 InterlockedMin。此外，由于我们使用 DispatchIndirect，这部分现在仅应用于之前通过测试的元素。

现在您的单个元素缓冲区包含最小距离，但不包含索引(或索引)。

最后，我们需要最终提取出命中距离最小的三角形索引。

您再次需要一个带有 UnorderedView 的新 StructuredBuffer 来存储最小索引。

使用与之前相同的调度参数(间接)，并执行以下操作:

ByteAddressBuffer rayHitCount : register(t1);
StructuredBuffer<uint> MinDistanceBuffer : register(t2);
AppendStructuredBuffer<uint> appendMinHitIndexBuffer : register(u0);

[numthreads(1,1,1)]
void CS_AppendMin(uint3 tid : SV_DispatchThreadID)
{
    uint count = rayHitCount.Load(0);
    if (tid.x >= count)
        return;

    rayHit hit = rayHitbuffer[tid.x];

    uint minDist = MinDistanceBuffer[0];

    uint d = asuint(hit.distanceToTriangle);

    if (d == minDist)
    {
        appendMinHitIndexBuffer.Append(hit.triangleID);
    }
}

现在 appendMinHitIndexBuffer 包含最接近的三角形索引(如果您有这种情况，则可以包含多个)，您可以使用 Staging 资源将其复制回来并映射您的资源以供读取。