Dx12 Frame, imgui rendering 동기화

mCommandList->DrawIndexedInstanced(...); // 이 줄은 GPU가 즉시 실행하지 않는다

CPU 시점: GPU 시점: DrawIndexedInstanced() 호출 ← 아직 아무 것도 안 함 ExecuteCommandLists() 호출 ← 이제 GPU가 실행 시작 CPU는 계속 다음 작업 진행 ← GPU는 비동기로 처리 중

CPU GPU | | | mCommandQueue->Signal(fence, N)| |-------------------------------->| "N번 깃발 꽂아줘" | | | (CPU는 계속 다른 일 함) | ... GPU 작업 중 ... | | | | [GPU가 N까지 처리 완료] | | fence->GetCompletedValue() == N | | | (CPU가 N 이상인지 확인 가능) |

// GraphicDevice_DX12.h UINT64 mFenceLastSignalValue; // 초깃값 0, 이후 단조 증가 // 신호를 보낼 때마다 반드시 이전 값보다 크게 설정 UINT64 fenceValue = mFenceLastSignalValue + 1; mCommandQueue->Signal(mFence.Get(), fenceValue); mFenceLastSignalValue = fenceValue;

// 나쁜 방법 (Busy-wait) while (mFence->GetCompletedValue() < targetValue) { /* CPU 100% 소모 */ } // 좋은 방법 (Event-based wait) mFence->SetEventOnCompletion(targetValue, mFenceEvent); WaitForSingleObjectEx(mFenceEvent, INFINITE, FALSE); // GPU가 targetValue에 도달하는 순간 OS가 이 스레드를 깨워준다

SwapChain ├── BackBuffer[0] ← 현재 화면에 표시 중 └── BackBuffer[1] ← GPU가 지금 그리는 중

struct FrameContext { ComPtr<ID3D12CommandAllocator> CommandAllocator; UINT64 FenceValue; // 이 컨텍스트가 마지막으로 제출된 fence 값 // 0이면 GPU 미사용 상태(초깃값) }; FrameContext mFrameContext[2];

Frame 0 제출 시: mFrameContext[0].FenceValue = 1 ← "fence 1이 완료되면 이 알로케이터 재사용 가능" Frame 1 제출 시: mFrameContext[1].FenceValue = 2 ← "fence 2가 완료되면 이 알로케이터 재사용 가능" Frame 0을 다시 쓰려 할 때: GPU completed value >= 1? → 맞으면 Reset() 해도 안전

void GraphicDevice_DX12::WaitForGpu() { const UINT64 fence = mFenceLastSignalValue + 1; mCommandQueue->Signal(mFence.Get(), fence); mFence->SetEventOnCompletion(fence, mFenceEvent); WaitForSingleObjectEx(mFenceEvent, INFINITE, FALSE); mFenceLastSignalValue = fence; }

CPU ──Signal(N)──┐ │ ▼ GPU ─────────────[모든 작업 완료]──Signal 응답 │ CPU ◄──────────────────────────────────┘ (깨어남)

void GraphicDevice_DX12::SignalFrameCompletion() { UINT64 fenceValue = mFenceLastSignalValue + 1; mCommandQueue->Signal(mFence.Get(), fenceValue); mFenceLastSignalValue = fenceValue; // 이 프레임에 사용한 알로케이터에 fence 값 기록 mFrameContext[mFrameIndex].FenceValue = fenceValue; // Present() 이후의 새 백버퍼 인덱스로 전진 mFrameIndex = mSwapChain->GetCurrentBackBufferIndex(); }

프레임 N 끝: Signal(fence=N) ─────┐ CPU 즉시 반환 │ 프레임 N+1 시작: Wait(fence=N) ◄────┘ 그때 가서 대기

FrameContext* GraphicDevice_DX12::WaitForNextFrameResources() { HANDLE waitableObjects[] = { mSwapChain->GetFrameLatencyWaitableObject(), nullptr }; DWORD numWaitableObjects = 1; FrameContext* frameCtx = &mFrameContext[mFrameIndex]; UINT64 fenceValue = frameCtx->FenceValue; if (fenceValue != 0) // GPU 작업이 실제로 있었던 프레임만 대기 { frameCtx->FenceValue = 0; mFence->SetEventOnCompletion(fenceValue, mFenceEvent); waitableObjects[1] = mFenceEvent; numWaitableObjects = 2; } WaitForMultipleObjects(numWaitableObjects, waitableObjects, TRUE, INFINITE); return frameCtx; }

WaitForMultipleObjects([SwapChain Latency Object, Fence Event]) │ │ ▼ ▼ 스왑체인이 새 프레임 알로케이터가 GPU에서 준비됐는지 확인 안전하게 사용 가능한지 확인

void GraphicDevice_DX12::MoveToNextFrame() { const UINT64 currentFenceValue = mFenceLastSignalValue + 1; mCommandQueue->Signal(mFence.Get(), currentFenceValue); mFenceLastSignalValue = currentFenceValue; mFrameContext[mFrameIndex].FenceValue = currentFenceValue; // 새 백버퍼 인덱스로 전진 mFrameIndex = mSwapChain->GetCurrentBackBufferIndex(); // 새 프레임의 알로케이터가 아직 GPU 중이면 여기서 바로 대기 if (mFence->GetCompletedValue() < mFrameContext[mFrameIndex].FenceValue) { mFence->SetEventOnCompletion(mFrameContext[mFrameIndex].FenceValue, mFenceEvent); WaitForSingleObjectEx(mFenceEvent, INFINITE, FALSE); } }

GPU 빠를 때: Signal ─→ 인덱스 전진 ─→ GetCompletedValue 확인 ─→ 조건 거짓 ─→ 통과 GPU 느릴 때: Signal ─→ 인덱스 전진 ─→ GetCompletedValue 확인 ─→ 조건 참 ─→ 대기

=== Game-only 경로 === Loop { application.Run() // Allocator Reset, CommandList Reset // PRESENT→RT 배리어 // 게임 오브젝트 Draw 기록 application.CloseCommandList() // RT→PRESENT 배리어, CommandList Close application.ExcuteCommandList() // GPU에 제출 application.Present() // 화면 출력 application.MoveToNextFrame() // Signal + 인덱스 전진 + 필요시 Wait } === Editor 경로 === Loop { application.WaitForNextFrameResources() // ① Allocator 안전 확인 후 Wait application.Run() // ② Allocator Reset, CommandList Reset // 게임 오브젝트 Draw 기록 EditorApplication::Run() // ③ ImGui Draw 기록 → ImguiEditor::End() // RT→PRESENT 배리어, CommandList Close application.ExcuteCommandList() // ④ GPU에 제출 EditorApplication::UpdatePlatformWindows() // ⑤ 멀티뷰포트 처리 application.Present() // ⑥ 화면 출력 application.SignalFrameCompletion() // ⑦ Signal + 인덱스 전진 (Wait는 다음 프레임 ①에서) }

Game-only: application.Run() ├── ResetAllocator() ├── ResetCommandList() ├── PRESENT → RT 배리어 └── Draw 명령 기록 application.CloseCommandList() ← 게임 코드가 명시적으로 닫음 ├── RT → PRESENT 배리어 └── commandList->Close() Editor: application.Run() ├── ResetAllocator() ├── ResetCommandList() ├── PRESENT → RT 배리어 └── Draw 명령 기록 [CommandList는 열린 채로 남아 있음] EditorApplication::Run() └── ImguiEditor::End() ├── ImGui_ImplDX12_RenderDrawData() ← ImGui 커맨드 추가 ├── RT → PRESENT 배리어 ← ImGui가 직접 배리어 삽입 └── commandList->Close() ← ImGui가 닫음

Game-only (프레임 끝에 대기): 시간 → [N프레임 CPU 작업] [GPU 제출] [GPU 처리] [Wait] [N+1프레임 CPU 작업] ↑ CPU가 여기서 GPU 끝날 때까지 멈춤 GPU가 쉬는 시간 발생 Editor (프레임 시작에 대기): 시간 → [Wait] [N프레임 CPU 작업] [GPU 제출] ↓ [N+1프레임 Wait] [GPU 처리 중...] [GPU 완료] ↑ GPU가 처리하는 동안 CPU도 게임 로직 준비 시작 겹치는 구간 발생 → 처리량 향상

Without UpdatePlatformWindows: 메인 윈도우만 Present With UpdatePlatformWindows: 메인 윈도우 Present 뷰포트 창 A Present 뷰포트 창 B Present ...

mRenderTargets[mFrameIndex] ← 지금 그릴 렌더 타깃 mFrameContext[mFrameIndex].Allocator ← 지금 쓸 명령 알로케이터 mRenderTragetDesciptorHandle[mFrameIndex] ← 지금 바인딩할 RTV 핸들

Editor 경로에서 mFrameIndex 변경 시점: [WaitForNextFrameResources] ← mFrameIndex 읽기만 함 (변경 금지) [Run → ImGui → Execute → Present] [SignalFrameCompletion] ← 여기서만 mFrameIndex 갱신 (Present 이후에 GetCurrentBackBufferIndex()) Game-only 경로에서 mFrameIndex 변경 시점: [Run → CloseCommandList → Execute → Present] [MoveToNextFrame] ← 여기서만 mFrameIndex 갱신

// 잘못된 코드 (수정 전) FrameContext* GraphicDevice_DX12::WaitForNextFrameResources() { mFrameIndex = (mFrameIndex + 1) % 2; // ← 이게 문제였다 FrameContext* frameCtx = &mFrameContext[mFrameIndex]; // ... }

// 잘못된 코드 (수정 전) void GraphicDevice_DX12::Initialize() { // ... mFenceLastSignalValue++; // ← 0 → 1로 만들어버림 }

잘못된 흐름: application.Run() ← Allocator Reset EditorApplication::Run() → ImguiEditor::End() → WaitForNextFrameResources() ← Reset 이후에 Wait!

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ Frame N 타임라인 │ │ │ │ CPU │ │ │ │ WaitForNextFrame Run() ImGui Execute Present Signal │ │ │ ─────────────────[░░░░░░░░][░░░░░░][░░░░░░][░░░░░░][░░░░░░] │ │ │ ↑ ↑ │ │ │ Wait 완료 mFrameIndex 갱신 │ │ │ │ GPU │ │ │ │ [░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░] │ │ │ 이전 프레임 처리 중 ↑ │ │ │ 새 프레임 처리 시작 │ │ │ │ │ ↓ 시간 │ │ │ │ Frame N+1: │ │ │ WaitForNextFrame Run() ImGui Execute Present Signal │ │ │ ─────────────────[░░░░░░░░][░░░░░░][░░░░░░][░░░░░░][░░░░░░] │ │ │ ↑ │ │ │ N프레임 fence 대기 │ │ │ │ ← CPU와 GPU가 겹쳐서 동작하는 구간 → │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘