Vulkan実践入門　グラフィックスの基礎からレイトレーシング、メッシュシェーダーまで [単行本]

Vulkan実践入門　グラフィックスの基礎からレイトレーシング、メッシュシェーダーまで の 商品概要

• 目次

  はじめに
  
  第1章　Vulkan概要
  Vulkanとは
  低レイヤーに位置付くGPU操作のAPIセット
  マルチプラットフォーム対応
  マルチコア時代を活かしたマルチスレッド対応
  SPIR-Vを用いたシェーディングの中間言語の採用
  バージョン更新が続くAPIセット
  GPUのアーキテクチャの歴史
  ハードウェアによるジオメトリエンジン搭載
  プログラマブルシェーダーの登場
  ユニファイドシェーダーの時代
  グラフィックスAPIの歴史
  固定機能による描画世代
  OpenGL1.5/2.x（プログラマブルシェーダー世代）
  OpenGL3.x世代
  OpenGL4.x世代
  Vulkan 1.0
  Vulkan 1.1
  Vulkan 1.2
  Vulkan 1.3
  Vulkan 1.4
  画面に3Dグラフィックスが描画されるまで
  CPUからGPUへコマンドを発行
  GPUでグラフィックスパイプラインを実行
  ［コラム］DirectXにおけるテッセレーション用シェーダー
  OpenGLからVulkanへの変化
  ドライバの機能がスリム化
  シェーダーコンパイラが分離
  ［コラム］シェーダーの中間表現
  マルチスレッドへの対応
  レイヤーと拡張機能
  レイヤー
  拡張機能
  
  第2章　ウィンドウの表示
  アプリケーションクラスの準備
  Vulkanコンテキストクラスの準備
  メインループの作成
  Vulkanの初期化処理
  Vulkanインスタンスの作成
  物理デバイスの選択
  Vulkan論理デバイスの作成
  コマンドプールの作成
  デバッグ機能を有効化
  Validation Layer
  VK_EXT_debug_utils拡張機能
  検証レイヤー有効化によるデバッグ支援
  Vulkanの同期オブジェクト
  フェンスの作成・破棄
  セマフォの作成・破棄
  プレゼンテーション関係の初期化処理
  サーフェスとは
  サーフェスの作成
  スワップチェイン
  スワップチェインの生成
  スワップチェインが保持するイメージへのビューを生成
  スワップチェインのフレームコンテキスト
  スワップチェイン初期化を繋ぐ
  ［コラム］スワップチェイン作成関数の補足
  Vulkanによる描画処理
  コマンドバッファクラスの実装
  フレームコンテキストの作成
  スワップチェインから描画先を取得
  ［コラム］スワップチェインから得られるイメージのインデックスに注意
  描画ループを作る
  フレームコンテキストの同期処理
  ［コラム］プレゼンテーション完了待ちセマフォのトリック
  画面のクリア処理
  ［コラム］セマフォについて
  Vulkanの終了処理
  
  第3章　ポリゴンの表示
  Vulkanによるポリゴン描画までの流れ
  アプリケーションクラスを修正
  OnInitializeの実装
  OnCleanupの実装
  頂点バッファの作成
  ［コラム］情報
  VkBufferの生成
  メモリの確保と割り当て
  VertexBufferクラスの作成
  InitializeTriangleVertexBufferの実装
  アセットパスを取り扱う仕組みの準備
  シェーダーの準備
  頂点シェーダーの記述
  フラグメントシェーダーの記述
  シェーダーのコンパイル
  パイプラインレイアウトの作成
  パイプラインの作成
  グラフィックスシェーダーステージ
  頂点入力ステート
  入力アセンブリ情報
  テッセレーション情報
  ビューポート情報
  ラスタライザー設定
  マルチサンプル情報
  デプスステンシル情報
  カラーブレンド情報
  動的ステート情報
  動的レンダリング情報
  ［コラム］動的レンダリングにより実装がしやすくなった
  その他
  パイプラインビルダーの作成
  描画コマンドの作成
  パイプラインのバインド
  頂点バッファのバインド
  ポリゴンの描画コマンド
  後始末
  
  第4章　3Dポリゴンの表示
  3Dオブジェクト描画までの流れ
  サンプルプログラムの初期化コード
  デプスバッファの作成
  VkImageの作成
  メモリの確保と割り当て
  VkImageViewの作成
  DepthBufferクラスの作成
  ステージングバッファクラスの作成
  リソースアップローダーの作成
  3D立方体データの作成
  インデックスバッファクラスの作成
  立方体のジオメトリデータ
  各バッファの作成
  3D処理のための行列計算
  行列の準備
  ［コラム］GLMの設定に注意
  頂点シェーダーの実装
  ライティング処理
  拡散反射光: Lambert拡散反射モデル
  鏡面反射光: Phong鏡面反射モデル
  環境光
  フラグメントシェーダーの実装
  ユニフォームバッファの作成
  UniformBufferクラスの作成
  描画で使用するユニフォームバッファの作成
  ［コラム］ユニフォームバッファのアクセス場所の切り替え方
  ディスクリプタセットの準備
  ディスクリプタプールの作成
  ディスクリプタセットレイアウトの生成
  ディスクリプタセットの確保
  ディスクリプタへ内容を書き込む
  パイプラインレイアウトの作成
  パイプラインの作成
  デプスステンシルステートの設定
  ビューポートの上下反転設定
  パイプラインの作成
  描画コマンドの作成
  ユニフォームバッファの更新
  動的レンダリングの開始とバッファクリア
  グラフィックスパイプラインに各リソースをバインドする
  ポリゴンをインデックス付き描画する
  後始末
  ディスクリプタセット関連の後始末
  SimpleCubeApp::OnCleanup()の実装
  
  第5章　テクスチャの表示
  テクスチャの概要
  テクスチャの種類
  テクスチャ座標系
  テクスチャフィルタリングモード
  ミップマップ
  テクスチャアドレッシングモード
  テクスチャのフォーマット
  テクスチャの作成
  画像ファイルの読み込み
  VkImageの作成
  メモリの確保と割り当て
  VkImageViewの作成
  テクスチャクラスの作成
  テクスチャローダーの実装
  画像内容の転送
  ［コラム］テクスチャ向けファイルフォーマットについて
  パイプラインバリアとリソースバリア
  パイプラインバリア
  リソースバリア（リソース同期）
  ［コラム］最も安全なバリア
  シェーダーの準備
  サンプラーの作成
  VkSamplerの作成
  サンプラークラスの実装
  サンプルプログラムでの実装
  ディスクリプタセットの準備
  ディスクリプタセットレイアウトの作成
  ディスクリプタセットの準備
  パイプラインの作成
  描画コマンドの作成と実行
  
  第6章　モデル（ポリゴンメッシュ）の表示
  3Dモデルデータフォーマット
  glTFフォーマットについて
  ［コラム］glTFの埋め込み形式について
  モデルデータのロード
  Open Asset Import Library（assimp）
  モデルデータの構築
  発展的なライティング処理の基本
  法線マッピング（Normal mapping）
  ［コラム］もっと詳しく知りたい場合には
  物理ベースレンダリング（PBR:Physically-based rendering）
  レンダラーの作成
  ディスクリプタセットの設計
  BasicPBRRenderクラスの作成
  プッシュ定数（Push Constant）の導入
  モデル描画パイプラインの作成
  描画用データの構築
  ModelResourceクラスの作成
  DrawObjectクラスの作成
  ダイナミックユニフォームバッファの作成
  PBRシェーダーの実装
  シーン用ディスクリプタセットの準備
  モデルのロードと描画インスタンスの作成
  モデルの描画
  モデル行列の更新
  ダイナミックユニフォームバッファへの書き込み
  OnDrawFrameでの描画処理
  BasicPBRRender::Drawの実装
  ［コラム］モデルの描画方法は1つではない
  
  第7章　テッセレーション
  テッセレーションの概要
  テッセレーションの処理の流れ
  テッセレーションのモード
  テッセレーションの分割制御モード
  テッセレーション使用時の注意事項
  テッセレーションを有効にしたプログラムの実装
  パッチデータの準備
  ディスクリプタセットレイアウトの準備
  パイプラインの作成
  シェーダーの実装
  テッセレーション制御シェーダー（TCS）
  ［コラム］テッセレーション係数の設定について
  テッセレーション評価シェーダー（TES）
  頂点シェーダー
  描画コマンドの作成
  
  第8章　コンピュートシェーダー
  コンピュートシェーダーの概要
  コンピュートシェーダーの実行モデル
  GPUの構造
  Vulkanにおける計算タスクの構成要素
  各階層構造の実行関係
  計算処理結果の利用
  コンピュートパイプライン
  Shader Storage Buffer Object
  ディスクリプタセットレイアウトの作成
  ディスクリプタセットへの書き込み
  シェーダーの書き方
  ワークグループのサイズ設定
  リソースの割り当て
  計算対象の特定
  コンピュートシェーダーの実行
  パイプラインの生成
  実行
  共有メモリ
  画像フィルター
  初期化の流れ
  ガウス関数
  ストレージバッファ・イメージクラスの作成
  リソースの用意
  ガウスフィルターシェーダーの実装
  ディスクリプタセットの準備
  計算の実行とパイプラインバリア
  共有メモリを使用する
  ［コラム］どのくらい速くなるか
  合計値を求める
  アトミック操作
  リダクション操作と共有メモリを使用した実装
  ［コラム］コンピュートシェーダーの実装は奥が深い
  ［コラム］アトミック加算が出来ない環境の場合
  32bit整数型以外のアトミック操作について
  
  第9章　メタローダーを使う
  ローダーとは
  メタローダーの使用
  volkを組み込む
  
  第10章　レイトレーシング
  レイトレーシング基本アルゴリズム
  古典的レイトレーシング
  パストレーシング
  Vulkanレイトレーシング
  Vulkanレイトレーシングの概要
  Acceleration Structure
  レイトレーシングパイプライン
  ［コラム］レイの再帰処理も可能
  レイクエリー（Ray Query）
  レイトレーシングの実装・共通
  レイトレーシング機能を有効化
  BLASの構築
  TLASの構築
  TLAS/BLAS構築の便利クラスの作成
  描画結果バッファの作成
  描画結果をコピーするパイプラインの作成
  ［コラム］レイトレーシング結果の書き込みとコピーについて
  レイトレーシングパイプラインで三角形を描画する
  初期化の流れ
  Acceleration Structureの作成
  ディスクリプタセットの設計と準備
  レイトレーシングのシェーダー
  シェーダーのコンパイル
  レイトレーシングパイプラインの作成
  Shader Binding Tableの作成
  ディスクリプタセットの作成
  レイトレーシングの実行
  レイトレーシングパイプラインで古典的レイトレーシングの実装
  初期化の流れ
  ディスクリプタセットの設計
  ModelResource,DrawObjectクラスの実装
  Acceleration Structure（BLAS）の作成
  モデルデータのロードとTLASの作成
  レイトレーシングのシェーダー
  レイトレーシングパイプラインの作成
  Shader Binding Tableの構築
  レイヒット時に使用されるシェーダーレコードの関係
  ディスクリプタセットの作成
  レイトレーシングの実行
  ［コラム］バインドレス
  レイクエリーでパストレーシングの実装
  初期化の流れ
  ディスクリプタセットの設計
  BLASと対応するジオメトリ情報の構築
  乱数状態バッファの準備
  累積加算

• 内容紹介

  VulkanはOpenGLの後継として登場した次世代のグラフィックスAPIで、開発者がGPUをより細かく制御することで、従来以上にGPUの性能を引き出すことが可能です。UnityやUnreal Engineなどのゲームエンジンから内部的に利用されており、多くの開発者にとって普段意識することは少ないものです。しかし、高度なグラフィックスを実現する際やデバイスに最大限のパフォーマンスを発揮させる場合には、その知識が重要になります。またGPUを用いた汎用計算にも対応しており、シミュレーションやAIの分野での利用もあります。この書籍では、基本的な描画や計算処理を通じてVulkanを直接扱い、GPUグラフィックスプログラミングの基礎を学びます。

• 著者について

  山田 英伸 (ヤマダ ヒデノブ)
  株式会社セガに所属。マルチプラットフォーム開発スペシャリスト。業務では主にゲーム開発におけるアプリケーションの技術支援を担当し、幅広い技術知識を活かして開発をサポートしている。VulkanやDirectX12といったグラフィックスAPIに強い関心を持ち、日頃から最新情報を追いながら実装や検証にも積極的に取り組む。サーバー関連やネットワーク通信、OSを含む低レイヤ領域についても、自ら手を動かしながら実践的に知識を深めている。技術領域をまたいだ橋渡しを得意とし、外部講演の実績も多数。知見の共有や技術の普及にも力を注いでいる。

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