Vulkan Tutorial 12 Fixed functions

操作系统:Windows8.1

显卡:Nivida GTX965M

开发工具：Visual Studio 2017

Vertex input

• Bindings:根据数据的间隙，确定数据是每个顶点或者是每个instance(instancing)
• Attribute 描述:描述将要进行绑定及加载属性的顶点着色器中的相关属性类型。

因为我们将顶点数据硬编码到vertex shader中，所以我们将要填充的结构体没有顶点数据去加载。我们将会在vertex buffer章节中回来操作。

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

pVertexBindingDescriptions和pVertexAttributeDescriptions成员指向结构体数组，用于进一步描述加载的顶点数据信息。在createGraphicsPipeline函数中的shaderStages数组后添加该结构体。

Input assembly

• VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_POINT_LIST:顶点到点
• VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINE_LIST:两点成线，顶点不共用
• VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINE_STRIP:两点成线，次索引的顶点作为后一个顶点的开始顶点，即顶点共用
• VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_LIST: 三点成面，顶点不共用
• VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_STRIP:三点成面，每第三个顶点作为下一个三角形的首个顶点，即顶点共用

正常情况下，顶点数据按照缓冲区中的序列作为索引，但是也可以通过element buffer缓冲区自行指定顶点数据的索引。通过复用顶点数据提升性能。如果设置primitiveRestartEnable成员为VK_TRUE，可以通过0xFFFF或者0xFFFFFFFF作为特殊索引来分解线和三角形在_STRIP模式下的图元拓扑结构。

通过本教程绘制三角形，所以我们坚持按照如下格式填充数据结构:

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

Viewports and scissors

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;

记得交换链和它的images图像大小WIDTH和HEIGHT会根据不同的窗体而不同。交换链图像将会在帧缓冲区framebuffers使用，所以我们应该坚持它们的大小。

minDepth和maxDepth数值指定framebuffer中深度的范围。这些数值必须收敛在[0.0f, 1.0f]区间冲，但是minDepth可能会大于maxDepth。如果你不做任何指定，建议使用标准的数值0.0f和1.0f。

viewports定义了image图像到framebuffer帧缓冲区的转换关系，裁剪矩形定义了哪些区域的像素被存储。任何在裁剪巨型外的像素都会在光栅化阶段丢弃。它们的功能更像过滤器而不是定义转换关系。这个区别如下图所示。需要注意的是，对于图像比viewport尺寸大的情形，左侧的裁剪矩形只是众多可能的一个表现。

在本教程中我们需要将图像绘制到完整的帧缓冲区framebuffer中，所以我们定义裁剪矩形覆盖到整体图像:

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

viewport和裁剪矩形需要借助VkPipelineViewportStateCreateInfo结构体联合使用。可以使用多viewports和裁剪矩形在一些图形卡，通过数组引用。使用该特性需要GPU支持该功能，具体看逻辑设备的创建。

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

Rasterizer

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

它的depthClampEnable设置为VK_TRUE，超过远近裁剪面的片元会进行收敛，而不是丢弃它们。它在特殊的情况下比较有用，像阴影贴图。使用该功能需要得到GPU的支持。

rasterizer.rasterizerDiscardEnable = VK_FALSE;

如果rasterizerDiscardEnable设置为VK_TRUE，那么几何图元永远不会传递到光栅化阶段。这是基本的禁止任何输出到framebuffer帧缓冲区的方法。

rasterizer.polygonMode = VK_POLYGON_MODE_FILL;

polygonMode决定几何产生图片的内容。下列有效模式:

• VK_POLYGON_MODE_FILL: 多边形区域填充
• VK_POLYGON_MODE_LINE: 多边形边缘线框绘制
• VK_POLYGON_MODE_POINT: 多边形顶点作为描点绘制

使用任何模式填充需要开启GPU功能。

rasterizer.lineWidth = 1.0f;

lineWidth成员是直接填充的，根据片元的数量描述线的宽度。最大的线宽支持取决于硬件，任何大于1.0的线宽需要开启GPU的wideLines特性支持。

rasterizer.cullMode = VK_CULL_MODE_BACK_BIT;
rasterizer.frontFace = VK_FRONT_FACE_CLOCKWISE;

cullMode变量用于决定面裁剪的类型方式。可以禁止culling，裁剪front faces，cull back faces 或者全部。frontFace用于描述作为front-facing面的顶点的顺序，可以是顺时针也可以是逆时针。

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

光栅化可以通过添加常量或者基于片元的斜率来更改深度值。一些时候对于阴影贴图是有用的，但是我们不会在章节中使用，设置depthBiasEnable为VK_FALSE。

Multisampling

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; // Optional
multisampling.alphaToOneEnable = VK_FALSE; // Optional

在本教程中我们不会使用多重采样，但是可以随意的尝试，具体的参数请参阅规范。

Depth and stencil testing

Color blending

• 将old和new颜色进行混合产出一个最终的颜色
• 使用按位操作混合old和new颜色的值

有两个结构体用于配置颜色混合。第一个结构体VkPipelineColorBlendAttachmentState包括了每个附加到帧缓冲区的配置。第二个结构体VkPipelineColorBlendStateCreateInfo包含了全局混色的设置。在我们的例子中仅使用第一种方式:

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;
colorBlendAttachment.srcColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ONE; // Optional
colorBlendAttachment.dstColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO; // Optional
colorBlendAttachment.colorBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD; // Optional
colorBlendAttachment.srcAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ONE; // Optional
colorBlendAttachment.dstAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO; // Optional
colorBlendAttachment.alphaBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD; // Optional

这种针对每个帧缓冲区配置混色的方式，使用如下伪代码进行说明:

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;

如果blendEnable设置为VK_FALSE,那么从片段着色器输出的新颜色不会发生变化，否则两个混色操作会计算新的颜色。所得到的结果与colorWriteMask进行AND运算，以确定实际传递的通道。

大多数的情况下使用混色用于实现alpha blending，新的颜色与旧的颜色进行混合会基于它们的opacity透明通道。finalColor作为最终的输出:

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

可以通过一下参数完成:

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;

可以在规范中找到所有有关VkBlendFactor和VkBlendOp的枚举值。

第二个结构体持有所有帧缓冲区的引用，它允许设置混合操作的常量，该常量可以作为后续计算的混合因子:

VkPipelineColorBlendStateCreateInfo colorBlending = {};
colorBlending.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_COLOR_BLEND_STATE_CREATE_INFO;
colorBlending.logicOpEnable = VK_FALSE;
colorBlending.logicOp = VK_LOGIC_OP_COPY; // Optional
colorBlending.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

如果需要使用第二种方式设置混合操作(bitwise combination), 需要设置logicOpEnable为VK_TURE。二进制位操作在logicOp字段中指定。在第一种方式中会自动禁止，等同于为每一个附加的帧缓冲区framebuffer关闭混合操作，blendEnable为VK_FALSE。colorWriteMask掩码会用确定帧缓冲区中具体哪个通道的颜色受到影响。它也可以在两种方式下禁止，截至目前，片段缓冲区向帧缓冲区中输出的颜色不会进行任何变化。

Dynamic state

VkDynamicState dynamicStates[] = {
    VK_DYNAMIC_STATE_VIEWPORT,
    VK_DYNAMIC_STATE_LINE_WIDTH
};

VkPipelineDynamicStateCreateInfo dynamicState = {};
dynamicState.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_DYNAMIC_STATE_CREATE_INFO;
dynamicState.dynamicStateCount = 2;
dynamicState.pDynamicStates = dynamicStates;

在绘制的过程中指定这些数据，这会导致忽略之前的相关数值。我们会在后续的章节中回过头来讨论。如果没有任何需要动态修改的数值清设置为nullptr。

Pipeline layout

这些uniform数值需要在管线创建过程中，通过VkPipelineLayout对象指定。即使在后续内容中用到，我们也仍然需要创建一个空的pipeline layout。

创建类成员变量持有该对象，因为我们在后续章节中的函数中引用它:

VkPipelineLayout pipelineLayout;

在createGraphicsPipeline函数中创建对象:

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; // Optional

if (vkCreatePipelineLayout(device, &pipelineLayoutInfo, nullptr, &pipelineLayout) != VK_SUCCESS) {
    throw std::runtime_error("failed to create pipeline layout!");
}

该结构体还指定了push常量，这是将动态值传递给着色器的拎一个方式。pipeline layout可以在整个程序的生命周期内引用，所以它在程序退出的时候进行销毁。

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

Conclusion

然而，在我们可以最终创建图形管线之前，还有一个对象需要创建，它就是render pass。

项目代码 GitHub地址。