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Vulkan 学习(11)---- Vulkan RenderPass 创建

article 2024/12/23 10:16:40

RenderPass 概述

Vulkan 渲染通道(RenderPass) 定义了整个渲染管线一次执行的过程，包括了渲染所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)，包括如何渲染这些数据的元数据和指令，但是不包括实际的数据(图像)，通过与 FrameBuffer 结合来获取实际的图像数据

在Vulkan编程，RenderPass是必不可少的，它必须包含一个或者多个子通道(SubPass)

每个子通道表示一个渲染阶段，并且都是使用 RenderPass 中定义的资源描述这个阶段的渲染的步骤

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)、用于多重采样的的解析附件(Resolve Attachment)和输入附件(Input Attachment)等，

RenderPass 和 FrameBuffer 的关系密切，FrameBuffer 代表了 RenderPass 使用的具体内存集合，定义了 RenderPass 中每个 ImageView 与附件的对应关系

RenderPass 使得开发者能够更精细的控制渲染过程，优化性能，同时适应现代GPU架构的特点

RenderPass 创建

vkCreateRenderPass 的函数原型如下:

VKAPI_ATTR VkResult VKAPI_CALL vkCreateRenderPass(
    VkDevice                                    device,
    const VkRenderPassCreateInfo*               pCreateInfo,
    const VkAllocationCallbacks*                pAllocator,
    VkRenderPass*                               pRenderPass);

关键结构 VkRenderPassCreateInfo 的结构:

typedef struct VkRenderPassCreateInfo {
    VkStructureType                   sType;
    const void*                       pNext;
    VkRenderPassCreateFlags           flags;
    uint32_t                          attachmentCount; // 附件数量
    const VkAttachmentDescription*    pAttachments; // 附件描述
    uint32_t                          subpassCount; // 子通道数量
    const VkSubpassDescription*       pSubpasses; // 子通道描述
    uint32_t                          dependencyCount; // 子通道依赖数量
    const VkSubpassDependency*        pDependencies; // 子通道依赖描述
} VkRenderPassCreateInfo;`

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
比如定义一个深度附件和模板附件:

    // 定义颜色附件描述
    VkAttachmentDescription colorAttachment = {};
    colorAttachment.format = VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM; // 交换链图像格式
    colorAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 采样数
    colorAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR; // 在渲染前清除附件
    colorAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE; // 在渲染后存储附件内容
    colorAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE; // 不关心模板加载操作
    colorAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 不关心模板存储操作
    colorAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED; // 初始布局
    colorAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR; // 最终布局

    // 定义深度模板附件描述
    VkAttachmentDescription depthAttachment = {};
    depthAttachment.format = VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
    depthAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 采样数
    depthAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR; // 在渲染前清除附件
    depthAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 渲染后不需要存储附件内容
    depthAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE; // 不关心模板加载操作
    depthAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 不关心模板存储操作
    depthAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED; // 初始布局
    depthAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最终布局

子通道和子通道描述

VkSubpassDescription 是用于定义子通道的结构体，每个子通道表示一个渲染阶段:

typedef struct VkSubpassDescription {
    VkSubpassDescriptionFlags       flags;// 子通道描述的附加标志，目前必须为0
    VkPipelineBindPoint             pipelineBindPoint; // 管线绑定点，必须是 VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS
    uint32_t                        inputAttachmentCount;// 输入附件的数量
    const VkAttachmentReference*    pInputAttachments; // 输入附件数组 
    uint32_t                        colorAttachmentCount; // 颜色附件数量
    const VkAttachmentReference*    pColorAttachments; // 颜色附件数组
    const VkAttachmentReference*    pResolveAttachments; // 解析附件数组
    const VkAttachmentReference*    pDepthStencilAttachment; // 深度附件数组
    uint32_t                        preserveAttachmentCount;
    const uint32_t*                 pPreserveAttachments;
} VkSubpassDescription;

子通道描述了渲染管道一个阶段及其输入输出附件:

// 定义颜色附件引用
VkAttachmentReference colorAttachmentRef = {};
colorAttachmentRef.attachment = 0; // 绑定到第一个附件描述
colorAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最佳颜色附件布局

// 定义深度模板附件引用
VkAttachmentReference depthAttachmentRef = {};
depthAttachmentRef.attachment = 1; // 绑定到第二个附件描述
depthAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最佳深度模板附件布局

// 定义子通道描述
VkSubpassDescription subpass = {};
subpass.pipelineBindPoint = VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS; // 图形管线绑定点
subpass.colorAttachmentCount = 1; // 颜色附件数量
subpass.pColorAttachments = &colorAttachmentRef; // 颜色附件引用
subpass.pDepthStencilAttachment = &depthAttachmentRef; // 深度模板附件引用

子通道依赖

TBD

参考代码

 // 定义颜色附件描述
 VkAttachmentDescription colorAttachment = {};
 colorAttachment.format = VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM; // 交换链图像格式
 colorAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 采样数
 colorAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR; // 在渲染前清除附件
 colorAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE; // 在渲染后存储附件内容
 colorAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE; // 不关心模板加载操作
 colorAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 不关心模板存储操作
 colorAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED; // 初始布局
 colorAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR; // 最终布局

 // 定义深度模板附件描述
 VkAttachmentDescription depthAttachment = {};
 //depthAttachment.format = findDepthFormat(physicalDevice); // 深度模板格式
 depthAttachment.format = VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
 depthAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 采样数
 depthAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR; // 在渲染前清除附件
 depthAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 渲染后不需要存储附件内容
 depthAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE; // 不关心模板加载操作
 depthAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE; // 不关心模板存储操作
 depthAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED; // 初始布局
 depthAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最终布局

 // 定义颜色附件引用
 VkAttachmentReference colorAttachmentRef = {};
 colorAttachmentRef.attachment = 0; // 绑定到第一个附件描述
 colorAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最佳颜色附件布局
 
 // 定义深度模板附件引用
 VkAttachmentReference depthAttachmentRef = {};
 depthAttachmentRef.attachment = 1; // 绑定到第二个附件描述
 depthAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 最佳深度模板附件布局

 // 定义子通道描述
 VkSubpassDescription subpass = {};
 subpass.pipelineBindPoint = VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS; // 图形管线绑定点
 subpass.colorAttachmentCount = 1; // 颜色附件数量
 subpass.pColorAttachments = &colorAttachmentRef; // 颜色附件引用
 subpass.pDepthStencilAttachment = &depthAttachmentRef; // 深度模板附件引用

 // 定义子通道依赖
 // 子通道依赖数组，用于布局转换
 //std::array<VkSubpassDependency, 2> dependencies;
 VkSubpassDependency dependencies[2];
 // 第一个依赖关系
 dependencies[0].srcSubpass = VK_SUBPASS_EXTERNAL; // 外部到第一个子通道的依赖
 dependencies[0].dstSubpass = 0; // 目标子通道索引为0，即第一个子通道
 dependencies[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
 dependencies[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
 dependencies[0].srcAccessMask = VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_WRITE_BIT; // 源访问掩码：深度模板附件写入
 dependencies[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
 dependencies[0].dependencyFlags = 0; // 无额外依赖标志

 // 第二个依赖关系
 dependencies[1].srcSubpass = VK_SUBPASS_EXTERNAL; // 外部到第一个子通道的依赖
 dependencies[1].dstSubpass = 0; // 目标子通道索引为0，即第一个子通道
 dependencies[1].srcStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT; // 源阶段掩码：颜色附件输出阶段
 dependencies[1].dstStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT; // 目标阶段掩码：颜色附件输出阶段
 dependencies[1].srcAccessMask = 0; // 源访问掩码：无特定访问类型
 dependencies[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
 dependencies[1].dependencyFlags = 0; // 无额外依赖标志


 // 创建 RenderPass
 VkAttachmentDescription attachments[] = { colorAttachment, depthAttachment }; // 定义附件数组
 
 VkRenderPassCreateInfo renderPassInfo = {};
 renderPassInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_RENDER_PASS_CREATE_INFO;
 renderPassInfo.attachmentCount = 2; // 附件数量
 renderPassInfo.pAttachments = attachments; // 附件描述
 renderPassInfo.subpassCount = 1; // 子通道数量
 renderPassInfo.pSubpasses = &subpass; // 子通道描述
 renderPassInfo.dependencyCount = 2; // 子通道依赖数量
 renderPassInfo.pDependencies = dependencies; // 子通道依赖描述
 
 if (vkCreateRenderPass(device, &renderPassInfo, nullptr, &renderPass) != VK_SUCCESS) {
     throw std::runtime_error("failed to create render pass!");
 }