渲染过程

设置

在完成管线的创建之前，我们需要告诉 Vulkan 将在渲染时使用的帧缓冲附件。我们需要指定将有多少颜色和深度缓冲区，每个缓冲区使用多少个采样，以及它们的内容在整个渲染操作中应该如何处理。所有这些信息都封装在一个渲染过程对象中，我们将为此创建一个新的 createRenderPass 函数。在 createGraphicsPipeline 之前，从 initVulkan 调用此函数。

void initVulkan() {
    createInstance();
    setupDebugMessenger();
    createSurface();
    pickPhysicalDevice();
    createLogicalDevice();
    createSwapChain();
    createImageViews();
    createRenderPass();
    createGraphicsPipeline();
}

...

void createRenderPass() {

}

附件描述

在我们的例子中，我们将只有一个颜色缓冲区附件，由交换链中的一个图像表示。

void createRenderPass() {
    VkAttachmentDescription colorAttachment{};
    colorAttachment.format = swapChainImageFormat;
    colorAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT;
}

颜色附件的 format 应该与交换链图像的格式匹配，而且我们还没有进行多重采样，所以我们将坚持使用 1 个采样。

colorAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR;
colorAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE;

loadOp 和 storeOp 决定在渲染之前和渲染之后如何处理附件中的数据。loadOp 有以下选择

  • VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_LOAD：保留附件的现有内容

  • VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR：在开始时将值清除为常量

  • VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE：现有内容未定义；我们不在乎它们

在我们的例子中，我们将使用清除操作在绘制新帧之前将帧缓冲区清除为黑色。对于 storeOp 只有两种可能性

  • VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE：渲染的内容将存储在内存中，并且可以稍后读取

  • VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE：渲染操作后帧缓冲区的内容将未定义

我们有兴趣在屏幕上看到渲染的三角形，所以我们在这里使用存储操作。

colorAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE;
colorAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE;

loadOp 和 storeOp 应用于颜色和深度数据，而 stencilLoadOp / stencilStoreOp 应用于模板数据。我们的应用程序不会对模板缓冲区执行任何操作，因此加载和存储的结果无关紧要。

colorAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED;
colorAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR;

Vulkan 中的纹理和帧缓冲区由具有特定像素格式的 VkImage 对象表示，但是内存中像素的布局可能会根据您尝试对图像执行的操作而改变。

一些最常见的布局是

  • VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL：用作颜色附件的图像

  • VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR：在交换链中呈现的图像

  • VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL：用作内存复制操作目标的图像

我们将在纹理章节中更深入地讨论这个主题，但现在需要知道的是，图像需要转换为特定的布局，这些布局适合它们接下来要参与的操作。

initialLayout 指定图像在渲染过程开始之前将具有的布局。finalLayout 指定渲染过程完成时自动转换到的布局。对 initialLayout 使用 VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED 意味着我们不在乎图像之前的布局是什么。这个特殊值的警告是不能保证图像的内容会被保留，但这没关系，因为无论如何我们都要清除它。我们希望图像在渲染后可以使用交换链进行呈现，这就是为什么我们使用 VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR 作为 finalLayout。

子过程和附件引用

单个渲染过程可以由多个子过程组成。子过程是后续渲染操作，依赖于前一个过程中的帧缓冲区内容，例如依次应用的一系列后处理效果。如果将这些渲染操作分组到一个渲染过程中，那么 Vulkan 就可以重新排序这些操作并节省内存带宽，从而可能获得更好的性能。但是，对于我们的第一个三角形，我们将坚持使用单个子过程。

每个子过程都引用我们在前几节中使用结构描述的一个或多个附件。这些引用本身是 VkAttachmentReference 结构，如下所示

VkAttachmentReference colorAttachmentRef{};
colorAttachmentRef.attachment = 0;
colorAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL;

attachment 参数通过附件描述数组中的索引指定要引用的附件。我们的数组由单个 VkAttachmentDescription 组成，因此其索引为 0。layout 指定我们希望附件在使用此引用的子过程期间具有的布局。Vulkan 将在子过程启动时自动将附件转换为此布局。我们打算使用附件作为颜色缓冲区，而 VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL 布局将为我们提供最佳性能，正如其名称所暗示的那样。

子过程使用 VkSubpassDescription 结构描述

VkSubpassDescription subpass{};
subpass.pipelineBindPoint = VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS;

Vulkan 未来可能还支持计算子过程，因此我们必须明确说明这是一个图形子过程。接下来，我们指定对颜色附件的引用

subpass.colorAttachmentCount = 1;
subpass.pColorAttachments = &colorAttachmentRef;

此数组中附件的索引直接从片段着色器使用 layout(location = 0) out vec4 outColor 指令引用！

以下其他类型的附件可以由子过程引用

  • pInputAttachments：从着色器读取的附件

  • pResolveAttachments：用于多重采样颜色附件的附件

  • pDepthStencilAttachment：用于深度和模板数据的附件

  • pPreserveAttachments：此子过程未使用但必须保留数据的附件

渲染过程

现在已经描述了附件和引用它的基本子过程，我们可以创建渲染过程本身。在 pipelineLayout 变量的正上方创建一个新的类成员变量来保存 VkRenderPass 对象

VkRenderPass renderPass;
VkPipelineLayout pipelineLayout;

然后可以通过使用附件和子通道数组填充 VkRenderPassCreateInfo 结构体来创建渲染通道对象。 VkAttachmentReference 对象使用此数组的索引来引用附件。

VkRenderPassCreateInfo renderPassInfo{};
renderPassInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_RENDER_PASS_CREATE_INFO;
renderPassInfo.attachmentCount = 1;
renderPassInfo.pAttachments = &colorAttachment;
renderPassInfo.subpassCount = 1;
renderPassInfo.pSubpasses = &subpass;

if (vkCreateRenderPass(device, &renderPassInfo, nullptr, &renderPass) != VK_SUCCESS) {
    throw std::runtime_error("failed to create render pass!");
}

就像管线布局一样，渲染通道将在整个程序中被引用，因此它应该只在最后清理。

void cleanup() {
    vkDestroyPipelineLayout(device, pipelineLayout, nullptr);
    vkDestroyRenderPass(device, renderPass, nullptr);
    ...
}

这做了很多工作，但是在下一章中，所有这些将会组合在一起，最终创建图形管线对象！

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