Vulkan 开发（十二）：Vulkan 渲染通道
Vulkan 系列文章：
1. 开篇，Vulkan 概述
2. Vulkan 实例
3. Vulkan 物理设备
4. Vulkan 设备队列
5. Vulkan 逻辑设备
6. Vulkan 内存管理
7. Vulkan 缓存
8. Vulkan 图像
9. Vulkan 图像视图
10. Vulkan 窗口表面（Surface）
11. Vulkan 交换链
什么是渲染通道
Vulkan 渲染通道（RenderPass）定义了整个渲染管线的一次执行过程，包括了渲染过程中使用的所有资源和操作的描述（比如指定渲染管线的渲染目标，告诉管线要渲染到哪里）。
RenderPass 本质上是一个渲染流程的完整描述（管理渲染流程），包含了如何渲染这些数据的元数据和指令，但不包含实际的数据（图像），通过与 Framebuffer 结合来获取实际的图像数据 。
在 Vulkan 编程中，RenderPass 是必不可少的，它必须包含一个或多个子通道（SubPass）。
每个子通道表示一个渲染阶段，且都是使用 RenderPass 中定义的资源描述这个阶段渲染的步骤。
RenderPass 是通过附件（Attachment）的形式描述图像资源，包括颜色附件（Color Attachment）、深度/模板附件（Depth/Stencil Attachment）、用于多重采样的解析附件（Resolve Attachment）和输入附件（Input Attachment）等。这些附件我们后续都会一一展开讲述。
RenderPass 与 Framebuffer 的关系密切，Framebuffer 代表了 RenderPass 使用的具体内存集合，定义了 RenderPass 中的每个 ImageView 与附件的对应关系 。关于 Framebuffer 我们下一节会具体展开。
RenderPass 使得开发者能够更精细地控制渲染过程，优化性能，同时适应现代GPU架构的特点。
RenderPass 创建
1. 定义附件描述
附件描述定义了在渲染过程中使用的图像资源，包括它们的格式、样本数、加载和存储操作等。
我们定义一个深度附件和一个模板附件：
1// 定义颜色附件描述
2VkAttachmentDescription colorAttachment = {};
3colorAttachment.format = swapChainImageFormat; // 交换链图像格式
4colorAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 采样数
5colorAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR; // 在渲染前清除附件
6colorAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE; // 在渲染后存储附件内容
7colorAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE; // 不关心模板加载操作
8colorAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 不关心模板存储操作
9colorAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED; // 初始布局
10colorAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR; // 最终布局
11
12// 定义深度模板附件描述
13VkAttachmentDescription depthAttachment = {};
14depthAttachment.format = findDepthFormat(physicalDevice); // 深度模板格式
15depthAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 采样数
16depthAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR; // 在渲染前清除附件
17depthAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 渲染后不需要存储附件内容
18depthAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE; // 不关心模板加载操作
19depthAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 不关心模板存储操作
20depthAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED; // 初始布局
21depthAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最终布局
2. 定义子通道
Vulkan 用于定义子通道的结构体 VkSubpassDescription 需要重点关注下：
1typedef struct VkSubpassDescription {
2VkSubpassDescriptionFlags flags; // 子通道描述的附加标志，目前必须为0
3VkPipelineBindPoint pipelineBindPoint; // 管线绑定点，必须是 VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS
4uint32_t inputAttachmentCount; // 输入附件的数量
5const VkAttachmentReference* pInputAttachments; // 输入附件的数组
6uint32_t colorAttachmentCount; // 颜色附件的数量
7const VkAttachmentReference* pColorAttachments; // 颜色附件的数组
8const VkAttachmentReference* pResolveAttachments; // 解析附件的数组（可选）
9const VkAttachmentReference* pDepthStencilAttachment; // 深度模板附件（可选）
10uint32_t preserveAttachmentCount; // 保留附件的数量
11const uint32_t* pPreserveAttachments; // 保留附件的数组
12} VkSubpassDescription;
子通道描述了渲染管道的一个阶段及其输入和输出附件。
1// 定义颜色附件引用
2VkAttachmentReference colorAttachmentRef = {};
3colorAttachmentRef.attachment = 0; // 绑定到第一个附件描述
4colorAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最佳颜色附件布局
5
6// 定义深度模板附件引用
7VkAttachmentReference depthAttachmentRef = {};
8depthAttachmentRef.attachment = 1; // 绑定到第二个附件描述
9depthAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最佳深度模板附件布局
10
11// 定义子通道描述
12VkSubpassDescription subpass = {};
13subpass.pipelineBindPoint = VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS; // 图形管线绑定点
14subpass.colorAttachmentCount = 1; // 颜色附件数量
15subpass.pColorAttachments = &colorAttachmentRef; // 颜色附件引用
16subpass.pDepthStencilAttachment = &depthAttachmentRef; // 深度模板附件引用
3. 定义子通道依赖
子通道依赖 VkSubpassDependency 在多通道渲染时比较重要（现在大致了解下，后面还会讲到），它的作用是管理不同子通道之间的依赖关系，确保数据在管道阶段之间的正确同步。
VkSubpassDependency 结构体：
1typedef struct VkSubpassDependency {
2uint32_t srcSubpass; // 源子通道索引或VK_SUBPASS_EXTERNAL。
3// 如果设置为VK_SUBPASS_EXTERNAL，表示依赖于渲染通道外部的操作，
4// 比如在渲染通道开始前或结束后的操作。
5
6uint32_t dstSubpass; // 目标子通道索引或VK_SUBPASS_EXTERNAL。
7// 如果设置为VK_SUBPASS_EXTERNAL，表示依赖于渲染通道外部的操作。
8
9VkPipelineStageFlags srcStageMask; // 源阶段掩码。
10// 指定在这些阶段结束时，依赖将生效。
11// 常见阶段包括：
12// VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT - 颜色附件输出阶段
13// VK_PIPELINE_STAGE_EARLY_FRAGMENT_TESTS_BIT - 早期片段测试阶段
14// VK_PIPELINE_STAGE_LATE_FRAGMENT_TESTS_BIT - 晚期片段测试阶段等。
15
16VkPipelineStageFlags dstStageMask; // 目标阶段掩码。
17// 指定在这些阶段开始前，依赖将生效。
18// 常见阶段包括：
19// VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT - 颜色附件输出阶段
20// VK_PIPELINE_STAGE_EARLY_FRAGMENT_TESTS_BIT - 早期片段测试阶段
21// VK_PIPELINE_STAGE_LATE_FRAGMENT_TESTS_BIT - 晚期片段测试阶段等。
22
23VkAccessFlags srcAccessMask; // 源访问掩码。
24// 指定在这些访问类型完成后，依赖将生效。
25// 常见访问类型包括：
26// VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT - 颜色附件写入
27// VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_WRITE_BIT - 深度模板附件写入等。
28
29VkAccessFlags dstAccessMask; // 目标访问掩码。
30// 指定在这些访问类型开始前，依赖将生效。
31// 常见访问类型包括：
32// VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT - 颜色附件写入
33// VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_WRITE_BIT - 深度模板附件写入
34// VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_READ_BIT - 深度模板附件读取等。
35
36VkDependencyFlags dependencyFlags; // 依赖标志。
37// 可以是0或包含以下标志之一：
38// VK_DEPENDENCY_BY_REGION_BIT - 表示依赖仅在图像的同一区域内生效。
39// VK_DEPENDENCY_VIEW_LOCAL_BIT - 表示依赖在单个描述符的视图上生效。
40// VK_DEPENDENCY_DEVICE_GROUP_BIT - 表示依赖在设备组内生效。
41} VkSubpassDependency;
1// 定义子通道依赖
2// 子通道依赖数组，用于布局转换
3std::array<VkSubpassDependency, 2> dependencies;
4
5// 第一个依赖关系
6dependencies[0].srcSubpass = VK_SUBPASS_EXTERNAL; // 外部到第一个子通道的依赖
7dependencies[0].dstSubpass = 0; // 目标子通道索引为0，即第一个子通道
8dependencies[0].srcStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_EARLY_FRAGMENT_TESTS_BIT | VK_PIPELINE_STAGE_LATE_FRAGMENT_TESTS_BIT; // 源阶段掩码：早期和晚期片段测试阶段
9dependencies[0].dstStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_EARLY_FRAGMENT_TESTS_BIT | VK_PIPELINE_STAGE_LATE_FRAGMENT_TESTS_BIT; // 目标阶段掩码：早期和晚期片段测试阶段
10dependencies[0].srcAccessMask = VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_WRITE_BIT; // 源访问掩码：深度模板附件写入
11dependencies[0].dstAccessMask = VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_WRITE_BIT | VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_READ_BIT; // 目标访问掩码：深度模板附件写入和读取
12dependencies[0].dependencyFlags = 0; // 无额外依赖标志
13
14// 第二个依赖关系
15dependencies[1].srcSubpass = VK_SUBPASS_EXTERNAL; // 外部到第一个子通道的依赖
16dependencies[1].dstSubpass = 0; // 目标子通道索引为0，即第一个子通道
17dependencies[1].srcStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT; // 源阶段掩码：颜色附件输出阶段
18dependencies[1].dstStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT; // 目标阶段掩码：颜色附件输出阶段
19dependencies[1].srcAccessMask = 0; // 源访问掩码：无特定访问类型
20dependencies[1].dstAccessMask = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT | VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_READ_BIT; // 目标访问掩码：颜色附件写入和读取
21dependencies[1].dependencyFlags = 0; // 无额外依赖标志
4. 创建 RenderPass 对象
1// 创建 RenderPass
2VkAttachmentDescription attachments[] = { colorAttachment, depthAttachment }; // 定义附件数组
3
4VkRenderPassCreateInfo renderPassInfo = {};
5renderPassInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_RENDER_PASS_CREATE_INFO;
6renderPassInfo.attachmentCount = 2; // 附件数量
7renderPassInfo.pAttachments = attachments; // 附件描述
8renderPassInfo.subpassCount = 1; // 子通道数量
9renderPassInfo.pSubpasses = &subpass; // 子通道描述
10renderPassInfo.dependencyCount = 2; // 子通道依赖数量
11renderPassInfo.pDependencies = &dependencies; // 子通道依赖描述
12
13VkRenderPass renderPass;
14if (vkCreateRenderPass(device, &renderPassInfo, nullptr, &renderPass) != VK_SUCCESS) {
15 throw std::runtime_error("failed to create render pass!");
16}
5.销毁 RenderPass 对象
1vkDestroyRenderPass(device, renderPass, nullptr);