Pipeline State Object (PSO) é um conceito fundamental nas APIs gráficas modernas, como DirectX 12 e Vulkan. Ele representa um objeto que armazena o estado do pipeline gráfico e ajuda a acelerar a renderização ao minimizar os custos das mudanças de estado.
Neste artigo, exploraremos o que é o PSO, como ele funciona, seus benefícios e como utilizá-lo corretamente.
O que é um Pipeline State Object?
Em APIs gráficas tradicionais, como DirectX 11 e OpenGL, os estados de renderização eram definidos por meio de várias chamadas individuais — para shaders, blending, rasterização e outros parâmetros. Essa abordagem introduzia uma sobrecarga significativa na alteração de estados.
O PSO consolida todos esses parâmetros em um único objeto que pode ser pré-criado e rapidamente alternado durante a renderização. Isso reduz a sobrecarga e melhora o desempenho.
Componentes do PSO
Dependendo da API, um Pipeline State Object inclui:
- Programas de shader (vertex, pixel, geometry, compute etc.).
- Formatos de dados dos vértices (Vertex Input Layout).
- Configurações de rasterização (profundidade, modo de preenchimento, culling etc.).
- Configurações de blending (modos de mistura de cores).
- Configurações de profundidade e stencil.
- Tipo de topologia primitiva (como pontos, linhas ou triângulos).
- Formatos de render targets e buffers de profundidade.
Benefícios do uso de PSO
1. Melhor desempenho
Como os PSOs são criados previamente, eles minimizam mudanças de estado e reduzem a sobrecarga da CPU.
2. Otimização para hardware moderno
Diferente das APIs mais antigas, onde mudanças frequentes de estado podiam desacelerar a GPU, os PSOs permitem que o processador gráfico trabalhe de maneira mais eficiente ao ter todos os estados predefinidos.
3. Gerenciamento de estado simplificado
Em vez de múltiplas chamadas para definir estados, basta alternar entre PSOs pré-definidos, tornando o código mais limpo e legível.
Uso de PSO no DirectX 12
1. Criando um Pipeline State Object
Exemplo de criação de um PSO gráfico no DirectX 12:
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. Aplicando o PSO
Após criar um PSO, ele pode ser rapidamente alternado durante a renderização:
Uso de PSO no Vulkan
No Vulkan, o conceito de PSO também é essencial. Criar um VkPipeline exige a definição prévia de todos os parâmetros de renderização, o que ajuda a reduzir a sobrecarga.
Exemplo de criação de um PSO no Vulkan:
gfxPipelineInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_GRAPHICS_PIPELINE_CREATE_INFO;
gfxPipelineInfo.stageCount = static_cast<uint32_t>(shaderStageCount);
gfxPipelineInfo.pStages = shaderStages;
gfxPipelineInfo.pVertexInputState = &vertexInputConfig;
gfxPipelineInfo.pInputAssemblyState = &inputAssemblyState;
gfxPipelineInfo.pRasterizationState = &rasterizationConfig;
gfxPipelineInfo.pMultisampleState = &multisampleConfig;
gfxPipelineInfo.pDepthStencilState = &depthStencilConfig;
gfxPipelineInfo.pColorBlendState = &colorBlendConfig;
gfxPipelineInfo.pDynamicState = &dynamicConfig;
gfxPipelineInfo.layout = pipelineLayout;
gfxPipelineInfo.renderPass = renderPass;
gfxPipelineInfo.subpass = 0;
VkPipeline pipelineHandle;
if (vkCreateGraphicsPipelines(device, VK_NULL_HANDLE, 1, &gfxPipelineInfo, nullptr, &pipelineHandle) != VK_SUCCESS) {
throw std::runtime_error("Falha ao criar o pipeline gráfico");
}
Conclusão
O PSO é uma ferramenta fundamental de otimização nas APIs gráficas modernas, como DirectX 12 e Vulkan. Ao pré-definir configurações do pipeline, ele minimiza a sobrecarga computacional e melhora a eficiência da renderização.
O uso de PSOs exige planejamento e configuração, mas, a longo prazo, proporciona um aumento significativo de desempenho, especialmente em aplicações gráficas de alto desempenho.
Se você está desenvolvendo um jogo ou um motor gráfico, um gerenciamento eficiente de PSOs ajudará a obter o máximo de desempenho e flexibilidade na renderização.
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