一：DX12 相较于 OpenGL 之类的旧 API 有什么优势#

核心优势：更底层、更显式、更加适配多线程与现代 GPU 架构。DX12 将旧 API 中许多底层工作交还给应用层，从而使得引擎能够自己控制资源、同步以及命令提交，减少了驱动带来的开销，也提升了程序的可预测性。

  • CPU 开销更低：

    • 在 OpenGL / DX11 中，诸如资源同步、内存管理、命令验证等操作都是由驱动自己完成的，而在 DX12 中需要自己手动地进行显式管理，比如 CPU 与 GPU 的 Fence 设置、使用 Descriptor Heap 绑定描述符、通过 Command List 录制命令等。
    • 这样使得驱动需要去猜的东西变少了，CPU 端的成本更加可控。

  • 多线程的命令录制更好：

    • OpenGL / DX11 的命令录制很容易集中在一个主线程上，DX12 支持同时利用多个线程进行命令录制，因此引擎可以将阴影 Pass、后处理、场景遍历等分配给多个线程生成 GPU 命令，降低 CPU 主线程的处理压力。

  • 资源与内存控制更加显式：

    • DX12 允许程序员对资源生命周期、堆内存分配等手动进行管理，而旧 API 都是由驱动自动进行管理。

  • 状态切换更加高效：

    • DX11 / OpenGL 都是传统的状态机模型，状态多、变化频繁，因此驱动需要不断地去进行验证；DX12 使用的是 PSO（Pipeline State Object），将大量管道状态预先打包，之后在运行期中只需要对创建好的 PSO 进行绑定即可，减少了运行期的状态切换与验证成本。

  • 同步更加可控：

    • 在旧 API 中，许多同步操作是隐式的，所以可能会出现“上一帧使用某个资源，下一帧又需要对其进行写入，于是驱动偷偷插入等待、重命名等操作来避免冲突”的情况。
    • DX12 的同步更加显式：
      • CPU / GPU 用 Fence。
      • GPU 内部资源状态用 ResourceBarrier。
      • 多 Queue 之间也要显式同步。

补充：缺点是现代 API 的代价是复杂度更高，DX12 把原本由驱动完成的工作交由程序员手动完成，如果处理不当，DX12 可能会比 DX11 等旧 API 还要慢。

二：DX12 是如何将一帧绘制到屏幕上的#

  • 获取当前的 Back Buffer：

    • Swap Chain 中包含多个缓冲区，当前帧需要绘制到其中一个 Back Buffer 上。

  • CPU 录制命令：

    • CPU 先重置 Command Allocator 和 Command List，再将绘制操作逐个录制。

  • 资源状态切换：

    • Back Buffer 初始通常处于 PRESENT 状态，需要使用 Resource Barrier 将其切换至 RENDER_TARGET 状态，这样 GPU 才能往里面写入颜色。

  • 设置渲染目标：

    • 为当前的 Back Buffer 绑定 RTV，如果需要深度测试，还要绑定 DSV。

  • 清屏：

    • 将当前颜色缓冲区与深度缓冲区清空。

  • 设置渲染管线：

    • 对 PSO、Root Signature、顶点缓冲 / 索引缓冲、常量缓冲、纹理、采样器、Viewport 等进行绑定。

  • 发出 Draw Call：

    • 之后 GPU 会经过顶点着色、光栅化、像素着色等操作，将结果写入 Back Buffer。

  • 资源状态切换：

    • 将 Back Buffer 从 RENDER_TARGET 切回 PRESENT，准备交给显示系统。

  • 提交命令至 GPU：

    • CPU 关闭 Command List，通过 Command Queue 将命令提交至 GPU 进行执行。

  • 显示：

    • 调用 SwapChain->Present(...)，DXGI 会将渲染好的 Back Buffer 交给显示系统，最终显示在屏幕上。

  • Fence 同步：

    • CPU 通过 Fence 确认 GPU 已经绘制完成这一帧，此时才可以复用这一帧的 Back Buffer。

三：Command Queue 的三种类型#

DX12 将 GPU 工作拆成不同队列，方便图形、计算、拷贝异步执行，但队列之间仍需显式同步

Direct（Graphics） Queue：

最通用、最强大的队列

支持所有 GPU 操作，如 Draw（绘制）、Compute（计算）、Copy（资源转移）、Resource Barrier（资源状态转换）等

Compute Queue：

专用于高性能计算任务

主要支持 Compute Shader 指令和资源复制/转移操作，通常不支持绘制等图形相关指令（如光栅化）；适用于物理模拟、GPU 粒子系统等

Copy Queue：

原笔记（优先级表述待复核）

优先级最高、开销最小的通道，用于数据传输

仅支持拷贝、填充、清空等简单的内存操作，用于主机到显存的资源上传、显存内的数据移动等

来源：语雀原笔记