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【Vulkan 入门系列】创建和配置描述符集，创建同步对象（九）

news 2025/5/14 11:29:31

这一节主要介绍创建和配置描述符集，创建 Vulkan 中的同步对象（信号量和栅栏）。

一、创建和配置描述符集

createDescriptorSets 用于创建和配置 Vulkan 的描述符集（Descriptor Sets），描述符集是用于将资源（如缓冲区和图像）绑定到着色器的重要机制。

void HelloVK::initVulkan() {createInstance();createSurface();pickPhysicalDevice();createLogicalDeviceAndQueue();setupDebugMessenger();establishDisplaySizeIdentity();createSwapChain();createImageViews();createRenderPass();createDescriptorSetLayout();createGraphicsPipeline();createFramebuffers();createCommandPool();createCommandBuffer();decodeImage();createTextureImage();copyBufferToImage();createTextureImageViews();createTextureSampler();createUniformBuffers();createDescriptorPool();createDescriptorSets();...
}void HelloVK::createDescriptorSets() {std::vector<VkDescriptorSetLayout> layouts(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT,descriptorSetLayout);VkDescriptorSetAllocateInfo allocInfo{};allocInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DESCRIPTOR_SET_ALLOCATE_INFO;allocInfo.descriptorPool = descriptorPool;allocInfo.descriptorSetCount = static_cast<uint32_t>(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);allocInfo.pSetLayouts = layouts.data();descriptorSets.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);VK_CHECK(vkAllocateDescriptorSets(device, &allocInfo, descriptorSets.data()));for (size_t i = 0; i < MAX_FRAMES_IN_FLIGHT; i++) {VkDescriptorBufferInfo bufferInfo{};bufferInfo.buffer = uniformBuffers[i];bufferInfo.offset = 0;bufferInfo.range = sizeof(UniformBufferObject);VkDescriptorImageInfo imageInfo{};imageInfo.imageView = textureImageView;imageInfo.sampler = textureSampler;imageInfo.imageLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL;std::array<VkWriteDescriptorSet, 2> descriptorWrites{};// Uniform bufferdescriptorWrites[0].sType = VK_STRUCTURE_TYPE_WRITE_DESCRIPTOR_SET;descriptorWrites[0].dstSet = descriptorSets[i];descriptorWrites[0].dstBinding = 0;descriptorWrites[0].dstArrayElement = 0;descriptorWrites[0].descriptorType = VK_DESCRIPTOR_TYPE_UNIFORM_BUFFER;descriptorWrites[0].descriptorCount = 1;descriptorWrites[0].pBufferInfo = &bufferInfo;// Combined image samplerdescriptorWrites[1].sType = VK_STRUCTURE_TYPE_WRITE_DESCRIPTOR_SET;descriptorWrites[1].dstSet = descriptorSets[i];descriptorWrites[1].dstBinding = 1;descriptorWrites[1].dstArrayElement = 0;descriptorWrites[1].descriptorType =VK_DESCRIPTOR_TYPE_COMBINED_IMAGE_SAMPLER;descriptorWrites[1].descriptorCount = 1;descriptorWrites[1].pImageInfo = &imageInfo;vkUpdateDescriptorSets(device,static_cast<uint32_t>(descriptorWrites.size()),descriptorWrites.data(), 0, nullptr);}
}

1.1 描述符集分配

std::vector<VkDescriptorSetLayout> layouts(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT, descriptorSetLayout);
VkDescriptorSetAllocateInfo allocInfo{};
allocInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DESCRIPTOR_SET_ALLOCATE_INFO;
allocInfo.descriptorPool = descriptorPool;
allocInfo.descriptorSetCount = static_cast<uint32_t>(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);
allocInfo.pSetLayouts = layouts.data();descriptorSets.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);
VK_CHECK(vkAllocateDescriptorSets(device, &allocInfo, descriptorSets.data()));

创建一个布局数组，每个帧使用相同的描述符集布局（descriptorSetLayout）。
设置分配信息（VkDescriptorSetAllocateInfo）：
1）指定要从哪个描述符池（descriptorPool）分配。
2）要分配的描述符集数量（MAX_FRAMES_IN_FLIGHT，为 2）。
3）每个描述符集的布局。
调整 descriptorSets 大小以容纳所有描述符集。
调用 vkAllocateDescriptorSets 实际分配描述符集。

1.2 配置每个描述符集

对于每个帧的描述符集：

for (size_t i = 0; i < MAX_FRAMES_IN_FLIGHT; i++) {

1.2.1 设置 Uniform 缓冲区信息

创建缓冲区信息结构体并配置。

VkDescriptorBufferInfo bufferInfo{};
bufferInfo.buffer = uniformBuffers[i];
bufferInfo.offset = 0;
bufferInfo.range = sizeof(UniformBufferObject);

配置缓冲区信息结构体：

要绑定的缓冲区（uniformBuffers[i]）
偏移量（0）
范围（整个 UniformBufferObject 的大小）

1.2.2 设置图像采样器信息

创建图像信息结构体并配置。

VkDescriptorImageInfo imageInfo{};
imageInfo.imageView = textureImageView;
imageInfo.sampler = textureSampler;
imageInfo.imageLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL;

配置图像信息结构体：

图像视图（textureImageView）
采样器（textureSampler）
图像布局（只读最优布局：VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL）

1.2.3 创建描述符写入操作

创建两个描述符写入操作（一个用于 Uniform 缓冲区，一个用于图像采样器）。

std::array<VkWriteDescriptorSet, 2> descriptorWrites{};

1.2.4 Uniform 缓冲区写入

descriptorWrites[0].sType = VK_STRUCTURE_TYPE_WRITE_DESCRIPTOR_SET;
descriptorWrites[0].dstSet = descriptorSets[i];
descriptorWrites[0].dstBinding = 0;
descriptorWrites[0].dstArrayElement = 0;
descriptorWrites[0].descriptorType = VK_DESCRIPTOR_TYPE_UNIFORM_BUFFER;
descriptorWrites[0].descriptorCount = 1;
descriptorWrites[0].pBufferInfo = &bufferInfo;

dstSet：目标描述符集（descriptorSets[i]）。
dstBinding：绑定点（0，对应着色器中的 layout(binding = 0) uniform... ）。
dstArrayElement：当绑定的描述符是数组时，指定从数组的哪个元素开始更新。对于非数组描述符设为 0。
descriptorType：描述符类型为 Uniform 缓冲区（VK_DESCRIPTOR_TYPE_UNIFORM_BUFFER）。
提供之前创建的缓冲区信息。

1.2.5 图像采样器写入

descriptorWrites[1].sType = VK_STRUCTURE_TYPE_WRITE_DESCRIPTOR_SET;
descriptorWrites[1].dstSet = descriptorSets[i];
descriptorWrites[1].dstBinding = 1;
descriptorWrites[1].dstArrayElement = 0;
descriptorWrites[1].descriptorType = VK_DESCRIPTOR_TYPE_COMBINED_IMAGE_SAMPLER;
descriptorWrites[1].descriptorCount = 1;
descriptorWrites[1].pImageInfo = &imageInfo;

绑定点（1，对应着色器中的 layout(binding = 1) uniform sampler2D...）
描述符类型为组合图像采样器（VK_DESCRIPTOR_TYPE_COMBINED_IMAGE_SAMPLER）

1.2.6 更新描述符集

传入要执行的写入操作数组，执行实际的描述符集更新操作。

vkUpdateDescriptorSets(device,static_cast<uint32_t>(descriptorWrites.size()),descriptorWrites.data(), 0, nullptr);

二、创建同步对象

createSyncObjects 用于创建 Vulkan 的同步对象，包括信号量（Semaphores）和栅栏（Fences），这些对象对于协调 GPU 和 CPU 之间的工作至关重要，特别是在多帧渲染的情况下。

void HelloVK::initVulkan() {createInstance();createSurface();pickPhysicalDevice();createLogicalDeviceAndQueue();setupDebugMessenger();establishDisplaySizeIdentity();createSwapChain();createImageViews();createRenderPass();createDescriptorSetLayout();createGraphicsPipeline();createFramebuffers();createCommandPool();createCommandBuffer();decodeImage();createTextureImage();copyBufferToImage();createTextureImageViews();createTextureSampler();createUniformBuffers();createDescriptorPool();createDescriptorSets();createSyncObjects();initialized = true;
}void HelloVK::createSyncObjects() {imageAvailableSemaphores.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);renderFinishedSemaphores.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);inFlightFences.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);VkSemaphoreCreateInfo semaphoreInfo{};semaphoreInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_SEMAPHORE_CREATE_INFO;VkFenceCreateInfo fenceInfo{};fenceInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_FENCE_CREATE_INFO;fenceInfo.flags = VK_FENCE_CREATE_SIGNALED_BIT;for (size_t i = 0; i < MAX_FRAMES_IN_FLIGHT; i++) {VK_CHECK(vkCreateSemaphore(device, &semaphoreInfo, nullptr,&imageAvailableSemaphores[i]));VK_CHECK(vkCreateSemaphore(device, &semaphoreInfo, nullptr,&renderFinishedSemaphores[i]));VK_CHECK(vkCreateFence(device, &fenceInfo, nullptr, &inFlightFences[i]));}
}

2.1 同步对象容器初始化

调整三个容器的大小以容纳 MAX_FRAMES_IN_FLIGHT 个同步对象。

imageAvailableSemaphores.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);
renderFinishedSemaphores.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);
inFlightFences.resize(MAX_FRAMES_IN_FLIGHT);

imageAvailableSemaphores：表示交换链图像已准备好渲染的信号量。
renderFinishedSemaphores：表示渲染已完成且图像可以呈现的信号量。
inFlightFences：用于确保同一帧不会被多次提交的栅栏。

2.2 信号量创建信息

VkSemaphoreCreateInfo semaphoreInfo{};
semaphoreInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_SEMAPHORE_CREATE_INFO;

创建信号量信息结构体。
设置 sType 为 VK_STRUCTURE_TYPE_SEMAPHORE_CREATE_INFO。
其他字段使用默认值（无特殊标志）。

2.3 栅栏创建信息

VkFenceCreateInfo fenceInfo{};
fenceInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_FENCE_CREATE_INFO;
fenceInfo.flags = VK_FENCE_CREATE_SIGNALED_BIT;

创建栅栏信息结构体。
设置 sType 为 VK_STRUCTURE_TYPE_FENCE_CREATE_INFO。
设置 flags 为 VK_FENCE_CREATE_SIGNALED_BIT，表示栅栏初始状态为“已触发”。
这样第一帧可以立即提交而不会等待。

2.4 创建同步对象

for (size_t i = 0; i < MAX_FRAMES_IN_FLIGHT; i++) {VK_CHECK(vkCreateSemaphore(device, &semaphoreInfo, nullptr,&imageAvailableSemaphores[i]));VK_CHECK(vkCreateSemaphore(device, &semaphoreInfo, nullptr,&renderFinishedSemaphores[i]));VK_CHECK(vkCreateFence(device, &fenceInfo, nullptr, &inFlightFences[i]));
}

对于每一帧（0 到 MAX_FRAMES_IN_FLIGHT-1）：

创建 imageAvailableSemaphores[i] 信号量。用于等待交换链图像可用，在 vkAcquireNextImageKHR 后发出信号。
创建 renderFinishedSemaphores[i] 信号量。用于等待渲染完成，在命令缓冲区执行完成后发出信号，用于 vkQueuePresentKHR 的等待。
创建 inFlightFences[i] 栅栏。用于确保 CPU 不会在 GPU 完成前一帧之前提交新帧。

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http://www.xdnf.cn/news/379963.html