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Vulkan编程指南.pdf
序
前言
关于本书
电子书
教程结构
概述
Vulkan起源
画一个三角形
总结
API概念
校验层
开发环境
Windows
Linux
MacOS
基础代码
一般结构
资源管理
和GLFW交互
实例
创建一个实例
检测扩展支持
清理
校验层
校验层是什么？
使用校验层
消息回调
配置
物理设备和队列族
选择一个物理设备
设备需求检测
队列族
逻辑设备和队列
介绍
指定要创建的队列
指定使用的设备特性
创建逻辑设备
获取队列句柄
窗口表面
创建窗口表面
查询呈现支持
创建呈现队列
交换链
检测交换链支持
查询交换链支持细节
为交换链选择合适的设置
表面格式
呈现模式
交换范围
创建交换链
获取交换链图像
图像视图
图形管线概述
着色器模块
顶点着色器
片段着色器
逐顶点着色
编译着色器
载入着色器
创建着色器模块
创建着色器阶段
固定功能
顶点输入
输入装配
视口和裁剪
光栅化
多重采样
深度和模板测试
颜色混合
动态状态
管线布局
总结
渲染流程
配置
附着描述
子流程和附着引用
渲染流程
阶段总结
帧缓冲
指令缓冲
指令池
分配指令缓冲
记录指令到指令缓冲
开始渲染流程
基础绘制指令
结束渲染流程
渲染和呈现
配置
同步
信号量
从交换链获取图像
提交指令缓冲
子流程依赖
呈现
多帧并行渲染
总结
重建交换链
介绍
重建交换链
交换链不完全匹配和交换链过期
显式处理窗口大小改变
处理窗口最小化
顶点输入描述
介绍
顶点着色器
顶点数据
绑定描述
创建顶点缓冲
介绍
创建缓冲
内存需求
内存分配
填充顶点缓冲
绑定顶点缓冲
暂存缓冲
介绍
传输队列
创建缓冲的辅助函数
使用暂存缓冲
总结
索引缓冲
介绍
创建索引缓冲
使用索引缓冲
描述符布局和缓冲
介绍
顶点着色器
描述符集布局
uniform缓冲
更新uniform数据
描述符池和描述符集
介绍
描述符池
描述符集
使用描述符集
多个描述符集
图像
介绍
图像库
载入图像
暂存缓冲
纹理图像
布局变换
复制缓冲到图像
准备纹理图像
变换屏障掩码
清理
图像视图和采样器
纹理图像视图
采样器
各向异性设备特性
组合图像采样器
介绍
更新描述符
纹理坐标
着色器
深度缓冲
介绍
三维几何
深度图像和视图
渲染流程
帧缓冲
清除值
深度和模板状态
处理窗口大小变化
载入模型
介绍
库
网格样例
载入顶点和索引
顶点去重
生成细化贴图
介绍
创建图像
生成细化贴图
线性过滤支持
采样器
总结
多重采样
介绍
获取可用样本数
设置渲染目标
添加附着
提升质量
总结
FAQ
Vulkan 编程指南
Alexander Overvoorde 著
fangcun 译
2019 年 3 月 22 日
1
目录
1 序
目录
2
9
2 前言
13
2.1 关于本书 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 电子书 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 教程结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 概述
16
3.1 Vulkan 起源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 画一个三角形 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4 API 概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.5 校验层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4 开发环境
22
4.1 Windows
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2 Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.3 MacOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5 基础代码
45
5.1 一般结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.2 资源管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.3 和 GLFW 交互 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6 实例
50
6.1 创建一个实例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.2 检测扩展支持 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.3 清理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
7 校验层
54
7.1 校验层是什么？ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
7.2 使用校验层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
7.3 消息回调 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.4 配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
目录
3
8 物理设备和队列族
65
8.1 选择一个物理设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.2 设备需求检测 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.3 队列族 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
9 逻辑设备和队列
71
9.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.2 指定要创建的队列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.3 指定使用的设备特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
9.4 创建逻辑设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
9.5 获取队列句柄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
10 窗口表面
75
10.1 创建窗口表面 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
10.2 查询呈现支持 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
10.3 创建呈现队列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
11 交换链
80
11.1 检测交换链支持 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
11.2 查询交换链支持细节 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
11.3 为交换链选择合适的设置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
11.4 表面格式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
11.5 呈现模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
11.6 交换范围 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
11.7 创建交换链 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
11.8 获取交换链图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
12 图像视图
13 图形管线概述
95
98
14 着色器模块
102
14.1 顶点着色器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
14.2 片段着色器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
14.3 逐顶点着色 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
目录
4
14.4 编译着色器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
14.5 载入着色器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
14.6 创建着色器模块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
14.7 创建着色器阶段 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
15 固定功能
114
15.1 顶点输入 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
15.2 输入装配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
15.3 视口和裁剪 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
15.4 光栅化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
15.5 多重采样 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
15.6 深度和模板测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
15.7 颜色混合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
15.8 动态状态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
15.9 管线布局 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
15.10 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
16 渲染流程
125
16.1 配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
16.2 附着描述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
16.3 子流程和附着引用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
16.4 渲染流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
17 阶段总结
18 帧缓冲
130
133
19 指令缓冲
136
19.1 指令池 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
19.2 分配指令缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
19.3 记录指令到指令缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
19.4 开始渲染流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
19.5 基础绘制指令 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
19.6 结束渲染流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
目录
5
20 渲染和呈现
143
20.1 配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
20.2 同步 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
20.3 信号量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
20.4 从交换链获取图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
20.5 提交指令缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
20.6 子流程依赖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
20.7 呈现 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
20.8 多帧并行渲染 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
20.9 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
21 重建交换链
158
21.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
21.2 重建交换链 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
21.3 交换链不完全匹配和交换链过期 . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
21.4 显式处理窗口大小改变 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
21.5 处理窗口最小化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
22 顶点输入描述
166
22.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
22.2 顶点着色器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
22.3 顶点数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
22.4 绑定描述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
23 创建顶点缓冲
169
23.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
23.2 创建缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
23.3 内存需求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
23.4 内存分配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
23.5 填充顶点缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
23.6 绑定顶点缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
24 暂存缓冲
178
24.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
24.2 传输队列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
目录
6
24.3 创建缓冲的辅助函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
24.4 使用暂存缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
24.5 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
25 索引缓冲
185
25.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
25.2 创建索引缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
25.3 使用索引缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
26 描述符布局和缓冲
190
26.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
26.2 顶点着色器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
26.3 描述符集布局 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
26.4 uniform 缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
26.5 更新 uniform 数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
27 描述符池和描述符集
200
27.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
27.2 描述符池 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
27.3 描述符集 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
27.4 使用描述符集 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
27.5 多个描述符集 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
28 图像
207
28.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
28.2 图像库 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
28.3 载入图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
28.4 暂存缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
28.5 纹理图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
28.6 布局变换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
28.7 复制缓冲到图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
28.8 准备纹理图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
28.9 变换屏障掩码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
28.10 清理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
目录
7
29 图像视图和采样器
226
29.1 纹理图像视图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
29.2 采样器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
29.3 各向异性设备特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
30 组合图像采样器
235
30.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
30.2 更新描述符 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
30.3 纹理坐标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
30.4 着色器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
31 深度缓冲
244
31.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
31.2 三维几何 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
31.3 深度图像和视图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
31.4 渲染流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
31.5 帧缓冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
31.6 清除值 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
31.7 深度和模板状态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
31.8 处理窗口大小变化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
32 载入模型
259
32.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
32.2 库 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
32.3 网格样例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
32.4 载入顶点和索引 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
32.5 顶点去重 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
33 生成细化贴图
268
33.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
33.2 创建图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
33.3 生成细化贴图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
33.4 线性过滤支持 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
33.5 采样器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
33.6 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
目录
8
34 多重采样
282
34.1 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
34.2 获取可用样本数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
34.3 设置渲染目标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
34.4 添加附着 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
34.5 提升质量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
34.6 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
35 FAQ
295
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