vulkan学习(五）——RenderPass与SubPass

一、RenderPass与 SubPass 基础理论

1.1 基础概念说明

• RenderPass: 每次提交Draw call命令之后，到输出一张或多张图片结果，这个过程称为RenderPass，在Vulkan中可以创建其对象，主要描述了Pass当中的输入输出相关信息。

• SubPass:存在很多渲染方式，需要多次Pass才能渲染得到最后的结果，比如：

  1. 第一个Pass,先渲染一张图片，然后将其作为纹理，输送到下一个Pass
  2. 第二个Pass,对图片上像素进行采样，卷积运算，将图片中边缘高光化
     以上两个过程就是两个SubPass

• Attachment(RenderPass附着): 每一个Pass，都要有选然后的输出画布，那么一张画布，我们就称为一个Attachment。

  • ColorAttachment:每一个Pass,负责承接颜色输出的画布；一个Pass可以有多个ColorAttachment,分别输出不同含义的颜色信息
  • DepthStencilAttachment:每一个Pass,负责承接深度/模板信息输出的画布；一个Pass只能有一个此类Attachment

• Depth深度信息：对于屏幕上每一个像素，都有可能输出多个物体的Fragment，那么就需要知道谁在前，谁在后，从而确定彼此之间的遮挡信息。
  深度信息处理流程：

  1. 初始Attachment的每个像素都是MAX最大值（一般是1.0)
  2. 第一个物体绘制后，更新相关区域的Depth信息
  3. 第二个物体绘制，会用其深度与当前值进行对比，如果比当前值小，则进行绘制，否则丢弃
     

• Stencil模板信息：对屏幕上每一个像素，可以通过渲染一个物体，针对其覆盖区域输出模板参数，再针对模板参数进行绘制。

  1. 初始Attachment的每个像素都是0
  2. 开启模板写权限，绘制一个三角形，其覆盖区域会被设置为1
  3. (在新的RenderPass下)关闭模板写权限，绘制下一个更大的三角形，并且规定 模板为1的地方输出的图元会丢弃掉
     一般情况下，深度与模板Attachment是在一张图片上的，比如每个像素：24位是Depth，8位是Stencil。
     

1.2 RenderPass知识点总结

1. 附着分为colo附着与深度模板附着
2. Color附着可以有多个，分别输出不同含义的信息，也可以输入到下一个subpass作为输入纹理
3. 深度模板附着可以选择开启，但只能有一个附着，下一个阶段也可以继续沿用，深度与模板合一
4. 附着创建之后，绑定在RenderPass上，作为RenderPass的模板

1.3 RenderPass 附着索引

附着索引：在创建了N个ColorAttachment以及一个DepthStencilAttachment之后，我们会将他们一起放在一个数组当中传递给RenderPass，那么在SubPass当中，需要确定使用这个数组中的哪些附着。
因此，用于描述附着在数组中位置以及格式信息的结构，就称为附着索引。

注意：其中每个索引都描述了当前附着在输入subpass前应该转换成什么样的格式。

1.4 Attachment图片格式

图片格式：一个Attachment其实就是一张图片，就得有自己的存储格式。如：

VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED:不关心其格式
VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL:适合颜色附着的优化格式
VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL:适合深度模板附着的优化格式

格式转换：每个SubPass对于附着都有自己的要求，那么在进入本SubPass之前，Vulkan会做一次隐性的图片格式转换，相当于插入了一个VkBarrier。

二、SubPass及其依赖

Vulkan同步机制理解
一般同步机制：

vulkan中的并行同步机制

问题：如果只是规定了两个SubPass之间的调用过程依赖，那么就完美了吗？
答案：不完美！
原因：粒度还不够细致，每个ShaderStage都会有很多操作，比如读入，写入等，如果上一个SubPass没有写入完毕，下一个就开始了，那就GG了。

有如下问题需要思考：

• 第二个SubPass在等待上一个SubPass设定的哪一个Stage的什么操作执行完毕后才可以执行？
• 第二个SubPass的哪一个Stage的什么操作需要停止下来，等待阻塞完成呢？

为了解决以上问题：
每两个SubPass之间的依赖都需要设置两组数据：

1. srcPassStage，srcAccess：规定了上一个SubPass的哪一个Stage的哪一个操作完成后才能执行。
2. dstPassStage，dstAccess：规定了下一个SubPass阻塞在哪一个Stage的哪一个操作后。

内存同步问题：思考两个Pass在资源交接的时候到底发生了什么？

内存同步

SM(Stream Multiprocessor：GPU当中存在多个流水线运算单元。

类似CPU，每个SM都拥有自己的ControlUnit，存在多级缓存架构，寄存器，L0,L1,L2等cache，上一个SubPass执行完毕的结果，会存储在当前SM的Cache中，必须完全同步到主存当中之后，才可以被另一个SM流水线过程“看到”。

总结：
我们在使用多个SubPass做级联渲染的时候，需要给各个SubPass之间设置好彼此依赖：

1. 运行Stage的依赖
2. Stage内操作的依赖

二、整体总结回顾

2.1 Pipeline与RenderPass工作流程

EXTERN 一进一出，表示两个虚拟流程
每两个流程之间有一个dependency依赖

Pipeline与RenderPass都是渲染模式设置，并不会设置真实数据，比如图片、顶点数据等，数据都是渲染期间动态绑定到命令上的。

2.2 FrameBuffer 信息整合

2.3 图片流程