Vulkan 学习笔记（十五）渲染通道（Render passes）

在我们大功告成、把图形管线造出来之前，还得先跟Vulkan这位“暴躁老哥”交代一下：咱们渲染的时候要用到哪些帧缓冲附件。我们需要明确告诉它：会有多少个颜色缓冲、深度缓冲，每个缓冲用多少个采样点，以及在整个渲染过程中，这些数据该怎么处理。

所有这些乱七八糟的配置信息，都被打包封装进了一个叫 渲染通道 (Render Pass) 的对象里。为了伺候好这位爷，咱们得专门写一个 createRenderPass 函数。记得在 initVulkan 里调用它，位置要卡在 createGraphicsPipeline 之前，给管线留个“遗言”时间。

void initVulkan(){
    createInstance();
    setupDebugMessenger();
    createSurface();
    pickPhysicalDevice();
    createLogicalDevice();
    createSwapChain();
    createImageViews();
    createRenderPass(); // 就在这儿！
    createGraphicsPipeline();
}

附件描述：给画布定规矩

咱们这案例里，就一个简简单单的颜色缓冲附件，也就是交换链里的其中一张图。

void createRenderPass(){
    VkAttachmentDescription colorAttachment{};
    colorAttachment.format = swapChainImageFormat; // 格式得跟交换链一致
    colorAttachment.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 暂时不用多重采样，就1个

format 必须跟交换链图像的格式对上暗号。至于多重采样（Multisampling），那是后话，现在咱们先用单采样凑合着。

    colorAttachment.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR;
    colorAttachment.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE;

这里的 loadOp（加载操作）和 storeOp（存储操作）决定了渲染前和渲染后怎么处理数据。对于 loadOp，咱们有这几个选项：

• • VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_LOAD：保留附件里原有的东西（不清理）。
• • VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR：上来就给清掉，变成一个固定的常量值。
• • VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE：旧内容是啥无所谓，老子不在乎。

咱们打算画新帧之前把 framebuffer 清成黑色，所以用的是 Clear 操作。至于 storeOp，只有两个选择：

• • VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE：把渲染好的内容老老实存进内存，以后还能读。
• • VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE：渲染完这 framebuffer 就废了，内容 undefined（未定义）也无所谓。

咱们辛辛苦苦画了个三角形，当然是想把它显示在屏幕上瞅瞅，所以 storeOp 必须选 Store，不能选 Don't Care。

    colorAttachment.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE;
    colorAttachment.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE;

上面那俩是管颜色和深度数据的，下面这俩是管模板（Stencil）数据的。咱们这小程序用不着模板缓冲，所以加载和存储的结果都无所谓，直接 Don't Care 一视同仁。

    colorAttachment.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED;
    colorAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR;

在Vulkan里，纹理和帧缓冲都是 VkImage 对象，但它们在内存里的**布局（Layout）**会根据用途变来变去。

最常见的几种布局有：

• • VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL：这图是用来当颜色附件画的。
• • VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR：这图是用来在交换链里展示的。
• • VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL：这图是用来当复制操作的目标（目的地）的。

虽然详细内容要到纹理那章才细讲，但现在你得知道：图像得先“过渡”到特定的布局，才能干对应的活。

initialLayout 指的是渲染通道开始前，这图像处于啥布局。finalLayout 指的是渲染一结束，这图像要自动变成啥布局。

咱们用 VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED（未定义）作为初始布局，意思就是“我不在乎它之前是啥样”。副作用就是图像内容不保证保留，不过没关系，反正咱们马上就要把它清掉。至于结束后的布局，咱们希望它准备好去交换链里“抛头露面”，所以用 VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR。

子通道与附件引用：流水线上的工位

一个渲染通道可以包含好几个子通道（Subpasses）。这玩意儿就是后续的渲染操作，它们依赖于前一个通道的 framebuffer 内容。比如，你想搞个后处理特效，模糊一下再加个锐化，这就是一连串的子通道。

如果你把这些操作打包进同一个渲染通道，Vulkan 就能帮你重新安排操作顺序，省点内存带宽，跑得更快。

但咱们现在只是画个三角形，不整那些花里胡哨的，就用一个单子通道。

每个子通道都要引用一个或多个咱们刚才描述的附件。这些引用关系是用 VkAttachmentReference 结构体来定义的：

VkAttachmentReference colorAttachmentRef{};
colorAttachmentRef.attachment = 0; // 引用附件数组里的第0号元素
colorAttachmentRef.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 咱想要的布局

attachment 参数指明引用哪个附件，也就是附件描述数组的下标。咱们数组里只有一个 VkAttachmentDescription，所以索引是 0。layout 指明在这个子通道里，咱们希望附件处于啥布局。Vulkan 会在子通道开始时自动把附件转成这个布局。咱们打算把它当颜色缓冲用，顾名思义，VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL 能给咱们最好的性能。

子通道本身是用 VkSubpassDescription 结构体描述的：

VkSubpassDescription subpass{};
subpass.pipelineBindPoint = VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS;

以后Vulkan可能还支持计算子通道，所以现在咱们得明确告诉它：这是个图形子通道（Graphics）。然后，咱们指定一下颜色附件的引用：

subpass.colorAttachmentCount = 1;
subpass.pColorAttachments = &colorAttachmentRef;

注意了！这个数组里的附件索引，是直接对应片段着色器里的代码的！比如着色器里的 layout(location = 0) out vec4 outColor，指的就是这个数组里索引为0的附件。

除了颜色附件，子通道还能引用别的类型的附件：

• • pInputAttachments：着色器要读的附件。
• • pResolveAttachments：多重采样时用的。
• • pDepthStencilAttachment：存深度和模板数据的。
• • pPreserveAttachments：这子通道不用，但数据得留着的附件。

终于到了：创建渲染通道

磨叽了这么久，附件也描述完了，子通道也定义好了，咱们终于可以创建渲染通道本尊了。在类里加个成员变量，就在 pipelineLayout 上面：

VkRenderPass renderPass;
VkPipelineLayout pipelineLayout;

然后填好 VkRenderPassCreateInfo 这张“申请表”，把附件数组和子通道数组塞进去。刚才的 VkAttachmentReference 就是通过这个数组的下标来找到对应附件的。

VkRenderPassCreateInfo renderPassInfo{};
renderPassInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_RENDER_PASS_CREATE_INFO;
renderPassInfo.attachmentCount = 1;
renderPassInfo.pAttachments = &colorAttachment;
renderPassInfo.subpassCount = 1;
renderPassInfo.pSubpasses = &subpass;

if (vkCreateRenderPass(device, &renderPassInfo, nullptr, &renderPass) != VK_SUCCESS) {
    throw std::runtime_error("failed to create render pass!");
}

跟管线布局一样，渲染通道也是个“常驻民”，贯穿程序始终，所以得等到最后才清理：

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

这一通操作下来属实有点累，但好消息是：下一章咱们就能把这些东西捏合在一起，终于要造出那个传说中的图形管线对象了！
源码（https://vulkan-tutorial.com/code/11_render_passes.cpp）