vulkan学习(四）——渲染管线封装

一、Vulkan Pipeline概念

渲染管线规定了当前这个模型数据要解决如下问题：

1. 如何理解（三角形还是直线）
2. 如何渲染（PhongShading, PRB光照，others)
3. 如何Blending（透明物体如何颜色混合？）
4. 如何对比不同物体的深度遮挡关系？
5. 如何传入特定的变量到Shader》（比如随时间变色）

渲染管线与材质的管线：本质来讲，渲染管线应该属于材质类的一部分
材质规定了“如何”对模型数据进行绘制。

Vulkan的Pipeline
在Vulkan中，Pipeline属于一个句柄类型，是可以被进行详细设置的。
具体可以理解如下：

1. Pipeline属于材质的一部分
2. 每个Mesh都有自己对应的材质，也就意味着可以绑定自己的渲染管线。
3. 如果两个Mesh公用一个材质，那么也就意味着共用了共同一个Pipeline。
4. 把Pipeline理解为一种渲染模板，对于模型的顶点的处理流程描述。

1.1 Shader模块

Shader组：在Vulkan当中，VertexShader、Geometry Shader、Tess啦体哦那Shader、FragmentShader等都是在管线的不同阶段发挥不同的处理作用；所有阶段的Shader合起来构成了Shader组。

Shader与Pipeline关系：在本Pipeline中，将其用到的Shader组可以设置进去，那么这条管线就会使用这个Shader组当中的着色程序对模型顶点以及片元进行处理。

1.2 顶点描述模块

在Pipeline中需要确定本条管线接收怎样的模型顶点数据。

Interleaved Data:每个顶点多个不同的属性都放在一个数组。

UnInterleaved Data: 每个顶点多个不同的属性放在不同的数组。

不管哪种数据就，最终都会被送入GPU显存Buffer，GPU如何理解这些数据？

1.2.1 顶点绑定描述(VertexBinding)

UnInterleaved（分离式）：每组顶点属性都在GPU当中生成一个Buffer，多个Buffer组成数组，送入CommandBuffer，所谓绑定点，其实就是数组编号，告诉Pipeline如何使用CommandBuffer当中的Buffer们。

Interleaved(混合式):此种类型只有一个Buffer，所以绑定点直接为0， 因为数组只有一个元素。

1.2.2 顶点属性描述(VertexAttributeLocation)

不管是Interleaved还是Uninterleaved，数据中总是包含Position、Color、Mormal、UV等数据，那么在Shader当中，也会承接并且使用这些数据，如下图所示：

顶点绑定描述(VertexBinding)与顶点属性描述(VertexAttributeLocation)结合在一起就构成了Pipeline当中的顶点描述模块，注意：这里只做了对期望输入顶点方式的描述，而不是绑定Buffer数据。

1.3 图元装配描述模块

图片装配描述：对输入的顶点，到底构成三角形还是直线等进行设置。

VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_POINT_LIST: 点集
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINE_LIST: 线集
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINE_STRIP: 连续线
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_LIST:三角形集合
VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_STRIP:连续三角形

1.4 视口剪裁模块

视口：窗口中的画布大小，通过拉伸放缩适应；

剪裁区域：区域外的直接剪裁，不绘制

1.5 光栅化设置模块

光栅化：规定了基础图元如何离散成为光栅化像素方格，其中最重要的就是剔除

cullMode:设置剔除掉正面还是背面
FrontFace:设置如何定义正面

1.6 颜色混合设置模块

颜色混合：规定了同一个像素点上的各类物体的图元，如果是RGBA像素格式，存在Alpha值，那么如何对他们进行透明度的呈现于颜色之间的混合。

• srcColorBlendFactor:即将绘制上去的颜色称为SrcColor,本参数规定它乘以什么系数, 如：VK_BLEND_FACTOR_SRC_ALPHA,乘以自己的Alpha。

• dstColorBlendFactor:已经绘制在Buffer上的颜色称为DstColor,本参数规定它乘以什么系数, 如：VK BLEND_FACTOR ONE_MINUS_SRC_ALPHA,乘以（1-Src.Alpha)

• colorBlendOp:规定计算好的两个颜色，如何运算产生最后颜色值, 如：VK_BLEND_OP_ADD

1.7 Uniform设置与深度模块

暂不讲解

二、Shader语言与SPIR-V

Shader：在GPU可编程渲染管线当中，输送给某些特定阶段的处理逻辑程序。

GLSL: OpenGL标准型的着色语言，属于类C语言，所以每家显卡都需要实现对语言的编译与支持。随着更新迭代，GPU驱动质量不一，新的扩展会出现出错或者崩溃。

SPIR-V： 为了进一步打薄驱动层，使用了二进制格式的SPIR-V，可扩展性以及机器兼容性好了很多。市面上的基础Shaer语言都可以通过转换器转化到SPIR-V。

OpenGL坐标系

Vulkan世界坐标系

vertexShader 程序示例：

#version 450
//GLSL 版本号 4.5

#extension GL_ARB_separate_shader_objects:enable //便于在vulkan中做编译

layout(location = 0) out vec3 outColor; //向fragmentShader,位置为0的地方输出一个color

vec2 positions[3] = vec2[](vec2(0.0, -1.0), vec2(0.5, 0.0), vec2(-0.5, 0.0)); //定义三角形的三个点

vec3 colors[3] = vec3[](vec3(1.0, 0.0, 0.0), vec3(0.0, 1.0, 0.0), vec3(0.0, 0.0, 1.0)); //定义三个点的颜色分别为红、绿、蓝

void main() {
	gl_Position = vec4(positions[gl_VertexIndex], 0.0, 1.0); //gl_VertexIndex：并行执行时三个点的编号

	outColor = colors[gl_VertexIndex];
}

fragmentShader 程序示例：

#version 450

#extension GL_ARB_separate_shader_objects:enable

layout(location = 0) in vec3 inColor;
layout(location = 0) out vec4 outColor;

void main() {
	outColor = vec4(inColor, 1.0); // 1.0 表示alpha值
}

三、Shader类封装

四、Pipeline对象封装