vulakn教程--Drawing a Triangle--Pipeline--Fixed function

原文地址 : vulkan-tutorial

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(CSDN 这个markdown编辑器真不好 ，不能自动保存 ， 按错一个快捷键， 之前编辑的内容都没了)

Fixed functions

这一章节的内容主要是Pipeline中不可编程部分的配置。

Vertex input

VkPipelineVertexInputStateCreateInfo 代表我们传递给Vertex Shader 顶点数据的格式，它涉及以下两个方面:

1. 顶点数据的描述(Bindings) :数据间的间隔，以及判断数据是顶点数据(pre-vertex)还是实例数据(pre-instance)。

2. 顶点属性的描述（Attribute Descriptions)：传入到Vertex Shader 里的属性(attributes)类型，从哪个Binding加载以及offset。

因为我们把顶点硬编码到Shader Code中了，所以这个结构先赋空值，当我们有需要的时候再回过头来重新审视这个结构。

VkPipelineVertexInputStateCreateInfo vertexInputInfo = {}; vertexInputInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_VERTEX_INPUT_STATE_CREATE_INFO; vertexInputInfo.vertexBindingDescriptionCount = 0; vertexInputInfo.pVertexBindingDescriptions = nullptr; // Optional vertexInputInfo.vertexAttributeDescriptionCount = 0; vertexInputInfo.pVertexAttributeDescriptions = nullptr; // Optional

Input assembly

VkPipelineInputAssemblyStateCreateInfo 描述了两个内容:我们要画什么样的几何图形和图元顶点是否可以重用(primitive restart should be enabled)。

VkPipelineInputAssemblyStateCreateInfo inputAssembly = {}; inputAssembly.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_INPUT_ASSEMBLY_STATE_CREATE_INFO; inputAssembly.topology = VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_LIST; inputAssembly.primitiveRestartEnable = VK_FALSE;

topology 的可选值有:
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_POINT_LIST: 画点
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINE_LIST: 每两个点为一条线，顶点不能重用
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINE_STRIP: 一条线的第二个顶点可以作为下一条线的起点(可重用)
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_LIST: 每三个点一个三角形，顶点不可重用
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_STRIP: 一个三角形的第三个点可以作为下一个三角形的起点(可重用)

primitiveRestartEnable 与_STRIP有关，先置 FLASE。

Viewports and scissors

Viewport 其实就是输出结果被渲染到FrameBuffer的多大区域中。它总是从坐标(0,0)点开始,具有一定宽(width)和高(height)的矩形区域。这个区域我们用VkViewport表示:

VkViewport viewport = {}; viewport.x = 0.0f; viewport.y = 0.0f; viewport.width = (float) swapChainExtent.width; viewport.height = (float) swapChainExtent.height; viewport.minDepth = 0.0f; viewport.maxDepth = 1.0f;

正如在创建swpaChain时所描述的那样，swapChain及其Image的尺寸可能和window的尺寸不同。我们用Swap Chain的 width和height 赋值Viewport, 因为接下来Swap Chain的 images 将作为FrameBuffer使用。Min/maxDepth表示FrameBuffer的深度范围，深度取值在[0.0 , 1.0]范围内，注意，minDepth可能大于maxDepth,如果没有什么特殊需要，我们将按照标准的定义， 即:minDepth=0 , maxDepth=1.0 。

Viewport 定义了image 到 FrameBuffer的变换，而Scissor 矩形框决定哪些区域的像素将会被存储，在Scissor矩形框外的像素将会在光栅化(像素化)阶段被丢弃。所以，比起变换，Scissor 更像是一个过滤器。如图：

这里我们想画整个FrameBuffer ,所以我们这样定义Scissor :

VkRect2D scissor = {}; scissor.offset = {0, 0}; scissor.extent = swapChainExtent;

这里我们用到了VkRect2D 结构:

typedef struct VkRect2D {     VkOffset2D offset;     VkExtent2D extent; } VkRect2D;

VkOffset2D 结构:

typedef struct VkOffset2D {     int32_t x;     int32_t y; } VkOffset2D; 

VkExtent2D 结构:

typedef struct VkExtent2D {     uint32_t width;     uint32_t height; }VkExtent2D;

现在我们需要将Viewport和Scissor 结合起来，把他们运用到Pipeline的Viewport 状态(viewport state)中:

VkPipelineViewportStateCreateInfo viewportState = {};viewportState.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_VIEWPORT_STATE_CREATE_INFO;viewportState.viewportCount = 1;viewportState.pViewports = &viewport;viewportState.scissorCount = 1;viewportState.pScissors = &scissor;

注意,从VkPipelineViewportStateCreateInfo的结构上来看，在某些显卡上，我们可以使用多个Viewport和多个Scissor ，这涉及到显卡的支持，在我们创建Logicsl Device时，VkPhysicalDeviceFeatures 字段里有 VkBool32 multiViewport;的定义，你可以检查自己的显卡是否支持这个特性。

Rasterizer

光栅化(我个人更喜欢像素化这个称呼)，它把来自Vertex Shader 操作后顶点组成的几何图形离散化成一个个片原(fragment)，然后将片原传递到Fragment Shader 里进行着色。光栅化也执行depth testing、face culling 和 scissor test。你可以配置，选择是将整个多边形离散化成片原，还是只离散化边框(edges)(又叫 : wireframe rending),我们通过如下结构来进行设置:

VkPipelineRasterizationStateCreateInfo rasterizer = {};rasterizer.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_RASTERIZATION_STATE_CREATE_INFO;rasterizer.depthClampEnable = VK_FALSE;rasterizer.rasterizerDiscardEnable = VK_FALSE

depthClampEnable 如果设置成VK_TRUE,那些在视景体近平面(near)和远平面(far)之外的片原将会被拉紧/截取？(clamped 什么意思？？)，而不是丢弃，这在有些情况下很有用，但需要显卡特性支持。

rasterizerDiscardEnable 如果为VK_TRUE, 几何数据(geometry)将无法通过Rasterization阶段，FrameBuffer 将得不到任何输出数据。

rasterizer.polygonMode = VK_POLYGON_MODE_FILL;

polygonMode 表示我们将从几何图形中产生生么样的片原(fragments),它的取值有以下几种:

VK_POLYGON_MODE_FILL: 填充整个多边形区域的片原
VK_POLYGON_MODE_LINE: 只有多边形边界(edges)的片原
VK_POLYGON_MODE_POINT: 只画多边形顶点

这里我们要画三角形区域，所以采用VK_POLYGON_MODE_FILL。

rasterizer.lineWidth = 1.0f; //线条粗细/*  卷绕方式与背面裁剪  规定裁剪那个面:前面和背面，从摄像机的角度看，顶点按逆时针组成的图形  是正面，顺时背面。正反面的卷绕方式可以自定义。*/rasterizer.cullMode = VK_CULL_MODE_BACK_BIT; rasterizer.frontFace = VK_FRONT_FACE_CLOCKWISE;

cullMode 表示裁剪方式 ,结构:
“`
typedef enum VkCullModeFlagBits {
VK_CULL_MODE_NONE = 0,
VK_CULL_MODE_FRONT_BIT = 0x00000001,
VK_CULL_MODE_BACK_BIT = 0x00000002,
VK_CULL_MODE_FRONT_AND_BACK = 0x00000003,
} VkCullModeFlagBits;

>frontFace 表示正面的卷绕方式 ,结构:>```>typedef enum VkFrontFace {     VK_FRONT_FACE_COUNTER_CLOCKWISE = 0,     VK_FRONT_FACE_CLOCKWISE = 1, } VkFrontFace;

rasterizer.depthBiasEnable = VK_FALSE; rasterizer.depthBiasConstantFactor = 0.0f; // Optional rasterizer.depthBiasClamp = 0.0f; // Optional rasterizer.depthBiasSlopeFactor = 0.0f; // Optional

光栅化可以改变深度值，我们暂时不使用这些选项。

Multisampling

多重采样可以执行防锯齿的功能，在我们的应用中不需要使用,你可以查看文档去了解:

VkPipelineMultisampleStateCreateInfo multisampling = {}; multisampling.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_MULTISAMPLE_STATE_CREATE_INFO; multisampling.sampleShadingEnable = VK_FALSE; multisampling.rasterizationSamples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; multisampling.minSampleShading = 1.0f; // Optional multisampling.pSampleMask = nullptr; /// Optional multisampling.alphaToCoverageEnable = VK_FALSE; // Optionalmultisampling.alphaToOneEnable = VK_FALSE; // Optional

Depth and stencil testing

如果我们使用depth和stencil buffer就要配置VkPipelineDepthStencilStateCreateInfo 参数，我们目前还没有使用它，当用到的时候我们在回过头来拜访它，现在值空即可。

Color blending

Fagment Shader 输出的颜色结果要和FrameBuffer中已有的颜色整合到一起，这里有两种方式:

1. 混合(mix) 新颜色和旧颜色来产生最终的颜色。

2. 将新颜色和旧颜色通过按位运算(bitwise)整合在一起。

为了完成颜色混合，我们需要填充两个结构体: VkPipelineColorBlendAttachmentState 对每一个FrameBuffer进行配置(per attached framebuffer)VkPipelineColorBlendStateCreateInfo对全局的颜色( global color)混合进行设置。在我们的应用中只有一个FrameBuffer。
先看一下 VkPipelineColorBlendAttachmentState :

typedef struct VkPipelineColorBlendAttachmentState {    VkBool32 blendEnable;    VkBlendFactor srcColorBlendFactor;    VkBlendFactor dstColorBlendFactor;    VkBlendOp colorBlendOp;    VkBlendFactor srcAlphaBlendFactor;    VkBlendFactor dstAlphaBlendFactor;    VkBlendOp alphaBlendOp;    VkColorComponentFlags colorWriteMask;} VkPipelineColorBlendAttachmentState;

其中的 VkBlendFactor 结构:

typedef enum VkBlendFactor {    VK_BLEND_FACTOR_ZERO = 0,    VK_BLEND_FACTOR_ONE = 1,    VK_BLEND_FACTOR_SRC_COLOR = 2,    VK_BLEND_FACTOR_SRC_ALPHA = 6,    ...} VkBlendFactor;

VkBlendOp 结构:

typedef enum VkBlendOp {    VK_BLEND_OP_ADD = 0,    VK_BLEND_OP_SUBTRACT = 1,    VK_BLEND_OP_REVERSE_SUBTRACT = 2,    VK_BLEND_OP_MIN = 3,    VK_BLEND_OP_MAX = 4,    ...} VkBlendOp;

配置 VkPipelineColorBlendAttachmentState :

VkPipelineColorBlendAttachmentState colorBlendAttachment = {};colorBlendAttachment.colorWriteMask = VK_COLOR_COMPONENT_R_BIT | VK_COLOR_COMPONENT_G_BIT | VK_COLOR_COMPONENT_B_BIT | VK_COLOR_COMPONENT_A_BIT; colorBlendAttachment.blendEnable = VK_FALSE; //Optional colorBlendAttachment.srcColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ONE;//Optional colorBlendAttachment.dstColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO; // OptionalcolorBlendAttachment.colorBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD; //Optional colorBlendAttachment.srcAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ONE; //Optional  colorBlendAttachment.dstAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO; colorBlendAttachment.alphaBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD; // Optional

下面的伪代码显示了处理过程:

if (blendEnable) {    finalColor.rgb = (srcColorBlendFactor * newColor.rgb) <colorBlendOp>    (dstColorBlendFactor * oldColor.rgb);    finalColor.a = (srcAlphaBlendFactor * newColor.a) <alphaBlendOp>    (dstAlphaBlendFactor * oldColor.a);} else {    finalColor = newColor;}finalColor = finalColor & colorWriteMask; //保留何种通道

我们更常用的可能是Alpha通道的混合:

colorBlendAttachment.blendEnable = VK_TRUE;colorBlendAttachment.srcColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_SRC_ALPHA;colorBlendAttachment.dstColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ONE_MINUS_SRC_ALPHA;colorBlendAttachment.colorBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD;colorBlendAttachment.srcAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ONE;colorBlendAttachment.dstAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO;colorBlendAttachment.alphaBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD;

伪代码:

finalColor.rgb = newAlpha * newColor + (1 - newAlpha) * oldColor; finalColor.a = newAlpha.a;

第二个配置结构 VkPipelineColorBlendStateCreateInfo :

typedef struct VkPipelineColorBlendStateCreateInfo {    VkStructureType sType;    const void* pNext;    VkPipelineColorBlendStateCreateFlags flags;    VkBool32 logicOpEnable;    VkLogicOp logicOp;    uint32_t attachmentCount;    const VkPipelineColorBlendAttachmentState* pAttachments;    float blendConstants[4];} VkPipelineColorBlendStateCreateInfo;

VkLogicOp 结构:

typedef enum VkLogicOp {    VK_LOGIC_OP_CLEAR = 0,    VK_LOGIC_OP_AND = 1,    VK_LOGIC_OP_AND_REVERSE = 2,    VK_LOGIC_OP_COPY = 3,    VK_LOGIC_OP_AND_INVERTED = 4,    VK_LOGIC_OP_NO_OP = 5,    VK_LOGIC_OP_XOR = 6,    VK_LOGIC_OP_COPY_INVERTED = 12,    VK_LOGIC_OP_OR_INVERTED = 13,    ...} VkLogicOp;

填充 VkPipelineColorBlendStateCreateInfo :

VkPipelineColorBlendStateCreateInfo colorBlending = {};colorBlending.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_COLOR_BLEND_STATE_CREATE_INFO;colorBlending.logicOpEnable = VK_FALSE;colorBlending.logicOp = VK_LOGIC_OP_COPY; // OptionalcolorBlending.attachmentCount = 1;colorBlending.pAttachments = &colorBlendAttachment;colorBlending.blendConstants[0] = 0.0f; // Optional colorBlending.blendConstants[1] = 0.0f; // Optional colorBlending.blendConstants[2] = 0.0f; // Optional colorBlending.blendConstants[3] = 0.0f; // Optional

如果我们要使用第二种混合方式，即按位混合(bitewise combination)， logicOpEnable就要设置成VK_TRUE,然后新旧颜色就按照logicOp中的操作类型按位进行运算，但此时，我们在第一种结构中设置的混合方式将不起作用，如同blendEnable设置成VK_FALSE一样，但是colorWriteMask 任然会被第二种方式使用。当然我们可能对这两种混合方式都不感冒，正如我们上面说做的那样：全部设置为VK_FALSE，表示fragment 中的颜色将直接写入FrameBuffer中。

Dynamic state

当目前为止，以上我们为Pipeline 设置的属性，有一部分设置可以在不重建Pipeline的情况下被改变，比如:Viewport的大小，lineWidth 和 blend Constrants等。 通过VkDynamicsSate 我们可以知道可以改变那些东西:

typedef enum VkDynamicState {    VK_DYNAMIC_STATE_VIEWPORT = 0,    VK_DYNAMIC_STATE_SCISSOR = 1,    VK_DYNAMIC_STATE_LINE_WIDTH = 2,    VK_DYNAMIC_STATE_DEPTH_BIAS = 3,    VK_DYNAMIC_STATE_BLEND_CONSTANTS = 4,    VK_DYNAMIC_STATE_DEPTH_BOUNDS = 5,    VK_DYNAMIC_STATE_STENCIL_COMPARE_MASK = 6,    VK_DYNAMIC_STATE_STENCIL_WRITE_MASK = 7,    VK_DYNAMIC_STATE_STENCIL_REFERENCE = 8,} VkDynamicState

如果要在绘制阶段改变一些设置，我们需要填写如下结构:

VkDynamicState dynamicStates[] = {    VK_DYNAMIC_STATE_VIEWPORT,    VK_DYNAMIC_STATE_LINE_WIDTH};VkPipelineDynamicStateCreateInfo dynamicState = {};dynamicState.dynamicStateCount = 2;dynamicState.pDynamicStates = dynamicStates;

如果我们确实这么做了，那之前对这些属性的设置都将无效，在绘画阶段就会要求我们给出这些属性的具体设置。

Pipeline layout

Uniform 全局变量如同我们之前介绍的Pipeline的可变部分一样，它们的改变不会导致Pipeline的重建。我们可以通过在绘画阶段改变这些uniform变量从而改变着色器(Shaders)的行为。最常用的情况就是传递给Vertex Shader 一个转换矩阵(Matrix)，或者在Fragment Shader 中创建取样器(Samplers)。

我们需要使用VkPipelineLayout 结构来来声明Uniform 变量，这个过程必须在Pipeline创建阶段完成。 我们目前还不需要uniform 变量，这里写一空结构:

VDeleter<VkPipelineLayout> pipelineLayout {device, vkDestroyPipelineLayout}; // ÉùÃ÷VkPipelineLayoutCreateInfo pipelineLayoutInfo = {};pipelineLayoutInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_LAYOUT_CREATE_INFO;pipelineLayoutInfo.setLayoutCount = 0; // Optional pipelineLayoutInfo.pSetLayouts = nullptr; // Optional pipelineLayoutInfo.pushConstantRangeCount = 0; // Optional pipelineLayoutInfo.pPushConstantRanges = 0; // Optionalif (vkCreatePipelineLayout(device, &pipelineLayoutInfo, nullptr, &pipelineLayout) != VK_SUCCESS) {    throw std::runtime_error("failed to create pipeline layout!");}

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原文源码 ： Source code