Vulkan 中的管线（Pipeline）是什么？如何配置？

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Vulkan 中的管线概念及其配置方法。

刘泽34
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在 Vulkan API 中，管线（Pipeline）是一个非常重要的概念。它代表了一系列图形处理步骤的预编译配置，包括顶点着色器、几何着色器、片段着色器等。管线负责将顶点数据转换成像素并绘制到屏幕上。

管线类型

  1. Graphics Pipeline（图形管线）：用于渲染图形场景，包括顶点处理、光栅化和片段处理等阶段。
  2. Compute Pipeline（计算管线）：用于执行通用计算任务，如物理模拟或图像处理。
  3. Ray Tracing Pipeline（光线追踪管线）：用于实现高级图形渲染技术，如全局照明和反射效果。

配置步骤

配置 Vulkan 管线通常涉及以下几个主要步骤：

  1. 定义管线布局（Pipeline Layout）：

    • 管线布局描述了管线使用的资源（如 Uniform Buffers、Textures、Buffers 等）如何绑定到管线中。
    • 通过 VkPipelineLayoutCreateInfo 结构体来创建管线布局。

  2. 定义管线输入装配模式（Input Assembly）：

    • 决定如何解释顶点数据，例如三角形列表、三角形带等。
    • 使用 VkPipelineInputAssemblyStateCreateInfo 来设置。

  3. 定义视口和剪裁矩形（Viewport and Scissor）：

    • 定义输出图像的大小和形状。
    • 使用 VkPipelineViewportStateCreateInfo 来设置。

  4. 定义多边形光栅化模式（Rasterization）：

    • 控制如何将几何图形转换为像素。
    • 使用 VkPipelineRasterizationStateCreateInfo 来设置。

  5. 定义多采样（Multisampling）：

    • 处理抗锯齿。
    • 使用 VkPipelineMultisampleStateCreateInfo 来设置。

  6. 定义颜色混合（Color Blending）：

    • 控制片段着色器输出的颜色如何与目标帧缓冲中的现有颜色进行混合。
    • 使用 VkPipelineColorBlendStateCreateInfo 来设置。

  7. 定义深度/模板测试（Depth/Stencil Testing）：

    • 控制如何处理深度和模板值。
    • 使用 VkPipelineDepthStencilStateCreateInfo 来设置。

  8. 定义着色器（Shaders）：

    • 编写顶点着色器、几何着色器和片段着色器，并将其编译成 SPIR-V 格式。
    • 将这些着色器添加到管线配置中。

  9. 创建管线对象（Pipeline Object）：

    • 最后一步是使用所有上述信息创建一个管线对象。
    • 通过调用 vkCreateGraphicsPipelines 或 vkCreateComputePipelines 函数来创建管线。

示例代码

以下是一个简单的图形管线创建示例：

VkPipelineShaderStageCreateInfo shaderStages[] = {
    // 创建顶点着色器和片段着色器
};

VkPipelineVertexInputStateCreateInfo vertexInputInfo = {};
// 设置顶点输入格式

VkPipelineInputAssemblyStateCreateInfo inputAssembly = {};
// 设置输入装配模式

VkPipelineViewportStateCreateInfo viewportState = {};
// 设置视口和剪裁矩形

VkPipelineRasterizationStateCreateInfo rasterizer = {};
// 设置光栅化参数

VkPipelineMultisampleStateCreateInfo multisampling = {};
// 设置多采样参数

VkPipelineColorBlendAttachmentState colorBlendAttachment = {};
VkPipelineColorBlendStateCreateInfo colorBlending = {};
// 设置颜色混合参数

VkPipelineDepthStencilStateCreateInfo depthStencil = {};
// 设置深度/模板测试参数

VkGraphicsPipelineCreateInfo pipelineInfo = {};
// 设置管线创建信息

VkPipeline graphicsPipeline;
// 创建管线

以上步骤和代码片段展示了如何配置一个基本的图形管线。根据具体需求，您可以调整各个配置以满足特定的功能要求。

刘泽34