Vulkan【15】图形管线（Graphics Pipline）

小咪咪 2022-05-14 12:04 290阅读 0赞

# 创建图形管线 #

本节的代码是 `14-init_pipeline.cpp`

你越来越接近把这些拉到一起来渲染一个立方体！下一步是通过设置图形管道来配置GPU来进行渲染。

一个图形管线由着色阶段、管线布局、渲染过程和固定功能管线阶段组成。您在前面的部分中定义了着色阶段和管线布局。在这里，您将配置其余的固定功能管线阶段。这包括填充一些用于创建管线的“create info”数据结构。在这里执行的大部分工作都配置了逐片段操作，就在这些片段被放置到framebuffer之前。

如下图：

![Graphics Pipeline][]

下一步是配置管线状态对象，由右下方的灰色方框表示。最后一步是将指向左上角的紫色管线框连接起来，以完成图形管线的定义。

## 动态状态 ##

动态管线状态是这样的一种状态：它可以在命令缓冲区执行期间被命令改变。  
在命令缓冲区执行过程中，预先通知哪些状态是动态的，这对于驱动程序来说是很有用的，因为它设置了用于命令缓冲区执行的GPU。

样例提供了它打算在命令缓冲区执行期间更改的状态列表。在这里，代码首先创建一个动态状态列表，并在它们开始时全部禁用。

VkDynamicState dynamicStateEnables[VK_DYNAMIC_STATE_RANGE_SIZE];
    VkPipelineDynamicStateCreateInfo dynamicState = {};
    memset(dynamicStateEnables, 0, sizeof dynamicStateEnables);
    dynamicState.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_DYNAMIC_STATE_CREATE_INFO;
    dynamicState.pNext = NULL;
    dynamicState.pDynamicStates = dynamicStateEnables;
    dynamicState.dynamicStateCount = 0;

稍后，示例表明它将通过一个命令缓冲区命令动态地改变一些状态，所以在配置viewport 和scissors时，它将改变`dynamicStateEnables`数组。  
为了清晰起见，修改`dynamicStateEnables`的代码会始终保持在viewport 和 scissors配置之后。

## 管线顶点输入状态 ##

当你创建顶点缓冲时，你已经初始化了顶点输入状态，因为在那个时候它很简单。输入状态包括顶点数据的格式和排列。您可以查看“顶点缓冲区”示例，看看如何设置`vi_binding` 和`vi_binding` 变量。

VkPipelineVertexInputStateCreateInfo vi;
    vi.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_VERTEX_INPUT_STATE_CREATE_INFO;
    vi.pNext = NULL;
    vi.flags = 0;
    vi.vertexBindingDescriptionCount = 1;
    vi.pVertexBindingDescriptions = &info.vi_binding;
    vi.vertexAttributeDescriptionCount = 2;
    vi.pVertexAttributeDescriptions = info.vi_attribs;

## 管线顶点输入装配状态 ##

输入装配状态基本上表明了你希望你的顶点画成什么样的几何。比如点、线、三角条带或者三角扇形。在这里，我们只使用三角形列表，每三个顶点构成一个三角形：

VkPipelineInputAssemblyStateCreateInfo ia;
    ia.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_INPUT_ASSEMBLY_STATE_CREATE_INFO;
    ia.pNext = NULL;
    ia.flags = 0;
    ia.primitiveRestartEnable = VK_FALSE;
    ia.topology = VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_LIST;

## 管线光栅化状态 ##

下一个数据结构在GPU中配置光栅化操作。

VkPipelineRasterizationStateCreateInfo rs;
    rs.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_RASTERIZATION_STATE_CREATE_INFO;
    rs.pNext = NULL;
    rs.flags = 0;
    rs.polygonMode = VK_POLYGON_MODE_FILL;
    rs.cullMode = VK_CULL_MODE_BACK_BIT;
    rs.frontFace = VK_FRONT_FACE_CLOCKWISE;
    rs.depthClampEnable = VK_TRUE;
    rs.rasterizerDiscardEnable = VK_FALSE;
    rs.depthBiasEnable = VK_FALSE;
    rs.depthBiasConstantFactor = 0;
    rs.depthBiasClamp = 0;
    rs.depthBiasSlopeFactor = 0;
    rs.lineWidth = 1.0f;

这些字段设置了一些相当常见的值。您可能会发现到`frontFace`成员与GL函数`glFrontFace()`之间的相关性。

## 管线颜色混合状态 ##

混合是另一个“固定管道的结束”操作，您可以在这里进行配置，以简单地替换目标中的像素：

VkPipelineColorBlendStateCreateInfo cb;
    cb.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_COLOR_BLEND_STATE_CREATE_INFO;
    cb.pNext = NULL;
    cb.flags = 0;
    VkPipelineColorBlendAttachmentState att_state[1];
    att_state[0].colorWriteMask = 0xf;
    att_state[0].blendEnable = VK_FALSE;
    att_state[0].alphaBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD;
    att_state[0].colorBlendOp = VK_BLEND_OP_ADD;
    att_state[0].srcColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO;
    att_state[0].dstColorBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO;
    att_state[0].srcAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO;
    att_state[0].dstAlphaBlendFactor = VK_BLEND_FACTOR_ZERO;
    cb.attachmentCount = 1;
    cb.pAttachments = att_state;
    cb.logicOpEnable = VK_FALSE;
    cb.logicOp = VK_LOGIC_OP_NO_OP;
    cb.blendConstants[0] = 1.0f;
    cb.blendConstants[1] = 1.0f;
    cb.blendConstants[2] = 1.0f;
    cb.blendConstants[3] = 1.0f;

注意，有些配置信息是根据每个附件提供的。在您的管线中，您需要为每个颜色附件都有一个`VkPipelineColorBlendAttachmentState`。在这个例子里，只有一个颜色附件。

`colorWriteMask`表示R，G，B，A这四个部分中哪些可以被写入。此处，你允许四个都可被写入。

禁用`blendEnable`表明在`att_state[0]`中剩下的与混合相关的设置将不起作用。

您还禁用了“写像素逻辑”操作，因为在将像素写入framebuffer时，这个示例只是做了一个简单的替换。

混合常量用于一些“混合因素”（例如，`VK_BLEND_FACTOR_CONSTANT_COLOR`），并被设置为一些合理的东西，只是它们在本示例中没有使用。

## 管道视口状态 ##

"渲染立方体"样例将使用命令缓冲区中的命令来设置viewport和scissors 矩形。这段代码告诉驱动程序，这些viewport和scissors 状态是动态的，且忽略了`pViewPorts`和`pScissors` 成员。

VkPipelineViewportStateCreateInfo vp = {};
    vp.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_VIEWPORT_STATE_CREATE_INFO;
    vp.pNext = NULL;
    vp.flags = 0;
    vp.viewportCount = 1;
    dynamicStateEnables[dynamicState.dynamicStateCount++] = VK_DYNAMIC_STATE_VIEWPORT;
    vp.scissorCount = 1;
    dynamicStateEnables[dynamicState.dynamicStateCount++] = VK_DYNAMIC_STATE_SCISSOR;
    vp.pScissors = NULL;
    vp.pViewports = NULL;

## 管道深度模板状态 ##

继续使用后端固定功能初始化，通过为常用的配置设置深度缓冲，并禁用模板操作。

VkPipelineDepthStencilStateCreateInfo ds;
    ds.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_DEPTH_STENCIL_STATE_CREATE_INFO;
    ds.pNext = NULL;
    ds.flags = 0;
    ds.depthTestEnable = VK_TRUE;
    ds.depthWriteEnable = VK_TRUE;
    ds.depthCompareOp = VK_COMPARE_OP_LESS_OR_EQUAL;
    ds.depthBoundsTestEnable = VK_FALSE;
    ds.minDepthBounds = 0;
    ds.maxDepthBounds = 0;
    ds.stencilTestEnable = VK_FALSE;
    ds.back.failOp = VK_STENCIL_OP_KEEP;
    ds.back.passOp = VK_STENCIL_OP_KEEP;
    ds.back.compareOp = VK_COMPARE_OP_ALWAYS;
    ds.back.compareMask = 0;
    ds.back.reference = 0;
    ds.back.depthFailOp = VK_STENCIL_OP_KEEP;
    ds.back.writeMask = 0;
    ds.front = ds.back;

因为您确实想要深度缓冲，所以您可以启用深度缓冲写入和测试。另外，您将深度缓冲比较操作设置为常用的`VK_COMPARE_OP_LESS_OR_EQUAL`。最后，您禁用了模板操作，因为这个示例不需要它。

## 管线多重采样状态 ##

在这个例子中，你不会去做任何高昂的多重采样才做，所以通过设置无多重采样来完成管线配置。

VkPipelineMultisampleStateCreateInfo ms;
    ms.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_MULTISAMPLE_STATE_CREATE_INFO;
    ms.pNext = NULL;
    ms.flags = 0;
    ms.pSampleMask = NULL;
    ms.rasterizationSamples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT;
    ms.sampleShadingEnable = VK_FALSE;
    ms.alphaToCoverageEnable = VK_FALSE;
    ms.alphaToOneEnable = VK_FALSE;
    ms.minSampleShading = 0.0;

## 把所有的东西都组合到一起——创建图形管线 ##

最后，您拥有创建管道所需的所有信息：

VkGraphicsPipelineCreateInfo pipeline;
    pipeline.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_GRAPHICS_PIPELINE_CREATE_INFO;
    pipeline.pNext = NULL;
    pipeline.layout = info.pipeline_layout;
    pipeline.basePipelineHandle = VK_NULL_HANDLE;
    pipeline.basePipelineIndex = 0;
    pipeline.flags = 0;
    pipeline.pVertexInputState = &vi;
    pipeline.pInputAssemblyState = &ia;
    pipeline.pRasterizationState = &rs;
    pipeline.pColorBlendState = &cb;
    pipeline.pTessellationState = NULL;
    pipeline.pMultisampleState = &ms;
    pipeline.pDynamicState = &dynamicState;
    pipeline.pViewportState = &vp;
    pipeline.pDepthStencilState = &ds;
    pipeline.pStages = info.shaderStages;
    pipeline.stageCount = 2;
    pipeline.renderPass = info.render_pass;
    pipeline.subpass = 0;
    
    res = vkCreateGraphicsPipelines(info.device, NULL, 1,
                                    &pipeline, NULL, &info.pipeline);

`info.pipeline_layout`, `info.shaderStages`, 和`info.render_pass` 成员已经在本教程之前的几个章节中被初始化。剩下的也在本节中被设置。

在创建管线之后，您就可以继续下一节并绘制立方体了。

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