命令缓冲区

在 Vulkan 中，绘图操作和内存传输等命令不是直接使用函数调用执行的。您必须将要执行的所有操作记录在命令缓冲区对象中。这样做的优势在于，当我们准备告诉 Vulkan 我们想要做什么时，所有命令都一起提交。Vulkan 可以更有效地处理命令，因为所有命令都一起可用。此外，这允许命令记录在多个线程中进行（如果需要的话）。

命令池

在创建命令缓冲区之前，我们必须创建一个命令池。命令池管理用于存储缓冲区的内存，命令缓冲区从中分配。添加一个新的类成员来存储 VkCommandPool：

vk::raii::CommandPool commandPool = nullptr;

然后创建一个新函数 createCommandPool 并在创建图形管线后从 initVulkan 调用它。

void initVulkan() {
    createInstance();
    setupDebugMessenger();
    createSurface();
    pickPhysicalDevice();
    createLogicalDevice();
    createSwapChain();
    createImageViews();
    createGraphicsPipeline();
    createCommandPool();
}

...

void createCommandPool() {

}

命令池创建只需要两个参数：

vk::CommandPoolCreateInfo poolInfo{ .flags = vk::CommandPoolCreateFlagBits::eResetCommandBuffer, .queueFamilyIndex = graphicsIndex };

命令池有两个可能的标志：

VK_COMMAND_POOL_CREATE_TRANSIENT_BIT：提示命令缓冲区经常用新命令重新记录（可能会改变内存分配行为）
VK_COMMAND_POOL_CREATE_RESET_COMMAND_BUFFER_BIT：允许单独重置命令缓冲区，没有此标志它们必须一起重置

我们将在每一帧记录一个命令缓冲区，因此我们希望能够重置并重新记录它。因此，我们需要为命令池设置 VK_COMMAND_POOL_CREATE_RESET_COMMAND_BUFFER_BIT 标志位。

命令缓冲区通过提交到设备队列之一来执行，例如我们检索的图形和呈现队列。每个命令池只能分配提交到单一类型队列的命令缓冲区。我们将记录用于绘制的命令，这就是为什么我们选择了图形队列族。

commandPool = vk::raii::CommandPool(device, poolInfo);

使用 vkCreateCommandPool 函数完成命令池的创建。它没有任何特殊参数。命令将在整个程序中用于在屏幕上绘制东西。

命令缓冲区分配

我们现在可以开始分配命令缓冲区了。

创建一个 VkCommandBuffer 对象作为类成员。当命令池被销毁时，命令缓冲区将自动释放，因此我们不需要显式清理。

vk::raii::CommandBuffer commandBuffer = nullptr;

我们现在将开始编写 createCommandBuffer 函数，从命令池中分配一个命令缓冲区。

void initVulkan() {
    createInstance();
    setupDebugMessenger();
    createSurface();
    pickPhysicalDevice();
    createLogicalDevice();
    createSwapChain();
    createImageViews();
    createGraphicsPipeline();
    createCommandPool();
    createCommandBuffer();
}

...

void createCommandBuffer() {

}

命令缓冲区使用 vkAllocateCommandBuffers 函数分配，该函数将 VkCommandBufferAllocateInfo 结构作为参数，指定命令池和要分配的缓冲区数量：

vk::CommandBufferAllocateInfo allocInfo{ .commandPool = commandPool, .level = vk::CommandBufferLevel::ePrimary, .commandBufferCount = 1 };

commandBuffer = std::move(vk::raii::CommandBuffers(device, allocInfo).front());

level 参数指定分配的命令缓冲区是主要命令缓冲区还是次要命令缓冲区。

VK_COMMAND_BUFFER_LEVEL_PRIMARY：可以提交到队列执行，但不能从其他命令缓冲区调用。
VK_COMMAND_BUFFER_LEVEL_SECONDARY：不能直接提交，但可以从主要命令缓冲区调用。

我们不会在这里使用次要命令缓冲区功能，但您可以想象，从主要命令缓冲区重用常见操作是有帮助的。

由于我们只分配一个命令缓冲区，commandBufferCount 参数只是 1。

命令缓冲区记录

我们现在将开始编写 recordCommandBuffer 函数，该函数将我们想要执行的命令写入命令缓冲区。使用的 VkCommandBuffer 将作为参数传入，以及我们想要写入的当前交换链图像的索引。

void recordCommandBuffer(uint32_t imageIndex) {

}

我们总是通过调用 vkBeginCommandBuffer 开始记录命令缓冲区，该函数以一个小的 VkCommandBufferBeginInfo 结构作为参数，指定有关此特定命令缓冲区使用的一些详细信息。

commandBuffer->begin( {} );

flags 参数指定我们将如何使用命令缓冲区。以下值可用：

VK_COMMAND_BUFFER_USAGE_ONE_TIME_SUBMIT_BIT：命令缓冲区将在执行一次后立即重新记录。
VK_COMMAND_BUFFER_USAGE_RENDER_PASS_CONTINUE_BIT：这是一个次要命令缓冲区，将完全在单个渲染通道内。
VK_COMMAND_BUFFER_USAGE_SIMULTANEOUS_USE_BIT：命令缓冲区可以重新提交，同时它已经在等待执行。

现在这些标志对我们都不适用。

pInheritanceInfo 参数仅与次要命令缓冲区相关。它指定从调用主要命令缓冲区继承哪些状态。

如果命令缓冲区已经记录过一次，那么调用 vkBeginCommandBuffer 将隐式重置它。不可能在稍后时间向缓冲区附加命令。

图像布局转换

在我们开始渲染到图像之前，我们需要将其布局转换为适合渲染的布局。在 Vulkan 中，图像可以处于不同的布局中，这些布局针对不同的操作进行了优化。例如，图像可以处于适合呈现到屏幕的布局中，或者处于适合用作颜色附件的布局中。

我们将使用管线屏障将图像布局从 VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED 转换为 VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL：

void transition_image_layout(
    uint32_t imageIndex,
    vk::ImageLayout oldLayout,
    vk::ImageLayout newLayout,
    vk::AccessFlags2 srcAccessMask,
    vk::AccessFlags2 dstAccessMask,
    vk::PipelineStageFlags2 srcStageMask,
    vk::PipelineStageFlags2 dstStageMask
) {
    vk::ImageMemoryBarrier2 barrier = {
        .srcStageMask = srcStageMask,
        .srcAccessMask = srcAccessMask,
        .dstStageMask = dstStageMask,
        .dstAccessMask = dstAccessMask,
        .oldLayout = oldLayout,
        .newLayout = newLayout,
        .srcQueueFamilyIndex = VK_QUEUE_FAMILY_IGNORED,
        .dstQueueFamilyIndex = VK_QUEUE_FAMILY_IGNORED,
        .image = swapChainImages[imageIndex],
        .subresourceRange = {
            .aspectMask = vk::ImageAspectFlagBits::eColor,
            .baseMipLevel = 0,
            .levelCount = 1,
            .baseArrayLayer = 0,
            .layerCount = 1
        }
    };
    vk::DependencyInfo dependencyInfo = {
        .dependencyFlags = {},
        .imageMemoryBarrierCount = 1,
        .pImageMemoryBarriers = &barrier
    };
    commandBuffer.pipelineBarrier2(dependencyInfo);
}

这个函数将用于在渲染前后转换图像布局。

开始动态渲染

使用动态渲染，我们不需要创建渲染通道或帧缓冲区。相反，我们在开始渲染时直接指定附件：

// 在开始渲染之前，将交换链图像转换为 COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL
transition_image_layout(
    imageIndex,
    vk::ImageLayout::eUndefined,
    vk::ImageLayout::eColorAttachmentOptimal,
    {},                                                     // srcAccessMask（不需要等待之前的操作）
    vk::AccessFlagBits2::eColorAttachmentWrite,                // dstAccessMask
    vk::PipelineStageFlagBits2::eTopOfPipe,                   // srcStage
    vk::PipelineStageFlagBits2::eColorAttachmentOutput        // dstStage
);

首先，我们将图像布局转换为 VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL。然后，我们设置颜色附件：

vk::ClearValue clearColor = vk::ClearColorValue(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
vk::RenderingAttachmentInfo attachmentInfo = {
    .imageView = swapChainImageViews[imageIndex],
    .imageLayout = vk::ImageLayout::eColorAttachmentOptimal,
    .loadOp = vk::AttachmentLoadOp::eClear,
    .storeOp = vk::AttachmentStoreOp::eStore,
    .clearValue = clearColor
};

imageView 参数指定要渲染到哪个图像视图。imageLayout 参数指定图像在渲染期间将处于的布局。loadOp 参数指定在渲染之前对图像做什么，storeOp 参数指定在渲染之后对图像做什么。我们使用 VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR 在渲染之前将图像清除为黑色，使用 VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE 存储渲染的图像以供以后使用。

接下来，我们设置渲染信息：

vk::RenderingInfo renderingInfo = {
    .renderArea = { .offset = { 0, 0 }, .extent = swapChainExtent },
    .layerCount = 1,
    .colorAttachmentCount = 1,
    .pColorAttachments = &attachmentInfo
};

renderArea 参数定义渲染区域的大小，类似于渲染通道中的渲染区域。layerCount 参数指定要渲染到的层数，对于非分层图像为 1。colorAttachmentCount 和 pColorAttachments 参数指定要渲染到的颜色附件。

现在我们可以开始渲染：

commandBuffer.beginRendering(renderingInfo);

所有记录命令的函数都可以通过其 vkCmd 前缀识别。它们都返回 void，因此在我们完成记录之前不会有错误处理。

beginRendering 命令的参数是我们刚刚设置的渲染信息，它指定要渲染到的附件和渲染区域。

基本绘制命令

我们现在可以绑定图形管线：

commandBuffer.bindPipeline(vk::PipelineBindPoint::eGraphics, graphicsPipeline);

第二个参数指定管线对象是图形管线还是计算管线。我们现在已经告诉 Vulkan 在图形管线中执行哪些操作以及在片段着色器中使用哪个附件。

如固定功能章节中所述，我们确实指定了此管线的视口和剪刀状态为动态。因此，我们需要在发出绘制命令之前在命令缓冲区中设置它们：

commandBuffer.setViewport(0, vk::Viewport(0.0f, 0.0f, static_cast<float>(swapChainExtent.width), static_cast<float>(swapChainExtent.height), 0.0f, 1.0f));
commandBuffer.setScissor(0, vk::Rect2D(vk::Offset2D(0, 0), swapChainExtent));

现在我们准备发出三角形的绘制命令：

commandBuffer.draw(3, 1, 0, 0);

实际的 vkCmdDraw 函数有点平淡无奇，但它之所以如此简单，是因为我们提前指定了所有信息。除了命令缓冲区外，它还有以下参数：

vertexCount：尽管我们没有顶点缓冲区，但从技术上讲，我们仍然有 3 个顶点要绘制。
instanceCount：用于实例化渲染，如果不这样做，请使用 1。
firstVertex：用作顶点缓冲区的偏移量，定义 SV_VertexId 的最低值。
firstInstance：用作实例化渲染的偏移量，定义 SV_InstanceID 的最低值。

完成

现在可以结束渲染：

commandBuffer.endRendering();

渲染后，我们需要将图像布局转换回 VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR，以便它可以呈现到屏幕上：

// 渲染后，将交换链图像转换为 PRESENT_SRC
transition_image_layout(
    imageIndex,
    vk::ImageLayout::eColorAttachmentOptimal,
    vk::ImageLayout::ePresentSrcKHR,
    vk::AccessFlagBits2::eColorAttachmentWrite,                 // srcAccessMask
    {},                                                      // dstAccessMask
    vk::PipelineStageFlagBits2::eColorAttachmentOutput,        // srcStage
    vk::PipelineStageFlagBits2::eBottomOfPipe                  // dstStage
);

我们已经完成了命令缓冲区的记录：

commandBuffer.end();

在下一章中，我们将编写主循环的代码，该循环将从交换链获取图像，记录并执行命令缓冲区，然后将完成的图像返回到交换链。

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