Vulkan 学习笔记12—深度缓冲_vulkan 深度值-优快云博客

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一、3D几何体与深度问题

Z坐标引入
将2D几何体扩展为3D时，需在Vertex结构体中添加glm::vec3 pos表示三维位置，并更新顶点输入描述符格式为VK_FORMAT_R32G32B32_SFLOAT。顶点着色器需接收3D坐标并通过模型-视图-投影矩阵转换为裁剪坐标。
深度冲突问题
当多个3D几何体未按深度排序时，后绘制的片段会覆盖先绘制的片段（如两个正方形因索引顺序导致显示错乱）。解决方案包括：
- 按从后到前顺序排序绘制调用（适用于透明对象）
- 使用深度测试和深度缓冲（更常用的方案）

二、深度缓冲实现

深度图像与视图创建

深度附件基于图像，需手动创建图像、分配内存和视图。
支持格式：
- VK_FORMAT_D32_SFLOAT（32位浮点深度）
- VK_FORMAT_D32_SFLOAT_S8_UINT（32位浮点深度+8位模板分量）
- VK_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT（24位深度+8位模板分量）
  (模板分量用于模板测试：与深度测试结合使用的附加测试。)
通过findSupportedFormat函数查询设备支持的深度格式，优先选择包含深度模板附件功能的格式。

VkFormat findSupportedFormat(const std::vector<VkFormat>& candidates, VkImageTiling tiling, VkFormatFeatureFlags features) {
     for (VkFormat format : candidates) {
         VkFormatProperties props;
         vkGetPhysicalDeviceFormatProperties(physicalDevice, format, &props);

         if (tiling == VK_IMAGE_TILING_LINEAR && (props.linearTilingFeatures & features) == features) {
             return format;
         } else if (tiling == VK_IMAGE_TILING_OPTIMAL && (props.optimalTilingFeatures & features) == features) {
             return format;
         }
     }

     throw std::runtime_error("没找到支持的格式!");
 }

图像布局转换
- 深度图像需从VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED转换为VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL。
- 转换时需处理模板分量（若存在），并设置正确的访问掩码和管线阶段。

三、渲染通道与帧缓冲区配置

渲染通道修改
- 添加深度附件描述：设置loadOp为VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR，finalLayout为深度附件最优布局。
- 子通道引用深度附件，通过pDepthStencilAttachment字段绑定。
- 子通道依赖关系需包含深度测试相关的管线阶段（如VK_PIPELINE_STAGE_EARLY_FRAGMENT_TESTS_BIT）。
帧缓冲区更新
- 每个帧缓冲区需包含颜色附件和深度附件视图，确保深度图像与交换链图像分辨率一致。

四、深度测试状态配置

深度模板状态结构体
- depthTestEnable：启用深度测试，比较新片段与深度缓冲的深度值。
- depthWriteEnable：允许通过测试的片段更新深度缓冲。
- depthCompareOp：设置比较操作（如VK_COMPARE_OP_LESS，表示深度值更小的片段更近）。
清除值设置
- 深度缓冲初始清除值设为1.0（代表最远深度），通过VkClearValue数组同时指定颜色和深度清除值。

五、窗口大小调整处理

资源重建逻辑
- 在recreateSwapChain函数中，窗口大小变化时重新创建深度资源（图像、视图、帧缓冲区）。
- 清理旧资源时需释放深度图像内存和视图。

六、关键代码要点

GLM投影矩阵配置：使用GLM_FORCE_DEPTH_ZERO_TO_ONE宏确保生成Vulkan兼容的0.0-1.0深度范围。
模板分量处理：若格式包含模板分量（如D24_UNORM_S8_UINT），布局转换和渲染通道需同时处理深度和模板方面。
管线阶段依赖：深度测试发生在VK_PIPELINE_STAGE_EARLY_FRAGMENT_TESTS_BIT，深度写入在VK_PIPELINE_STAGE_LATE_FRAGMENT_TESTS_BIT。

通过上述步骤，可在Vulkan中实现正确的深度缓冲机制，解决3D几何体的渲染顺序问题，确保场景深度关系准确。

七、主要代码更新

VkContext 新增成员

struct VkContext {
    ...
    VkImage depthImage;
    VkDeviceMemory depthImageMemory;
    VkImageView depthImageView;
}

新增深度资源创建函数


        void createDepthResources(VkContext* vkcontext) {
            VkFormat depthFormat = findDepthFormat(vkcontext->physicalDevice);

            createImage(vkcontext->physicalDevice,
                        vkcontext->device,
                        vkcontext->swapChainExtent.width,
                        vkcontext->swapChainExtent.height,
                        depthFormat,
                        VK_IMAGE_TILING_OPTIMAL,
                        VK_IMAGE_USAGE_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_BIT,
                        VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT,
                        vkcontext->depthImage,
                        vkcontext->depthImageMemory);
            vkcontext->depthImageView =
                createImageView(vkcontext->depthImage, depthFormat, VK_IMAGE_ASPECT_DEPTH_BIT, vkcontext->device);
        }

在 vkInit 函数中调用

// 创建命令池
{
   ...
}

// 创建深度资源
createDepthResources(vkcontext);

// 创建帧缓冲
...

在重建交换链函数中调用

 void recreateSwapChain(VkContext* vkcontext) {
        int width = 0, height = 0;
        glfwGetFramebufferSize(vkcontext->window, &width, &height);
        while (width == 0 || height == 0) {
            glfwGetFramebufferSize(vkcontext->window, &width, &height);
            glfwWaitEvents();
        }

        vkDeviceWaitIdle(vkcontext->device);

        cleanupSwapChain(vkcontext);
        createSwapChain(vkcontext);
        createImageViews(vkcontext);
        createDepthResources(vkcontext); // 创建深度资源
        createFramebuffers(vkcontext);
    }