• Vulkan Tutorial 02 编写Vulkan应用程序框架原型


    操作系统:Windows8.1

    显卡:Nivida GTX965M

    开发工具:Visual Studio 2017


    General structure

    在上一节中,我们创建了一个正确配置、可运行的的Vulkan应用程序,并使用测试代码进行了测试。本节中我们从头开始,使用如下代码构建一个基于GLFW的Vulkan应用程序原型框架的雏形。

    复制代码
    #include <vulkan/vulkan.h>
    
    #include <iostream>
    #include <stdexcept>
    #include <functional>
    
    class HelloTriangleApplication {
    public:
        void run() {
            initVulkan();
            mainLoop();
            cleanup();
        }
    
    private:
        void initVulkan() {
    
        }
    
        void mainLoop() {
    
        }
    
        void cleanup() {
    
        }
    };
    
    int main() {
        HelloTriangleApplication app;
    
        try {
            app.run();
        } catch (const std::runtime_error& e) {
            std::cerr << e.what() << std::endl;
            return EXIT_FAILURE;
        }
    
        return EXIT_SUCCESS;
    }
    复制代码

    首先从LunarG SDK中添加Vulkan头文件,它提供了购机爱你Vulkan应用程序需要的函数、结构体、和枚举。我们包含stdexceptiostream头文件用于抛出异常信息,而functional头文件用于资源管理部分支持lambda表达式。

    程序被封装到一个类中,该类结构将会存储Vulkan私有成员对象,并添加基本的函数来初始化他们。首先会从initVulkan函数开始调用。当一切准备好,我们进入主循环开始渲染帧。我们将会加入mainLoop函数包含loop循环调用,该循环调用直到GLFW窗体管理才会停止。当窗体关闭并且mainLoop返回时,我们需要释放我们已经申请过的任何资源,该清理逻辑在cleanup函数中去定义。

    程序运行期间,如果发生了任何严重的错误异常,我们会抛出std::runtime_error 并注明异常描述信息,这个异常信息会被main函数捕获及打印提示。很快你将会遇到一个抛出error的例子,是关于Vulkan应用程序不支持某个必要的扩展功能。

    基本上在之后的每一个小节中都会从initVulkan函数中增加一个新的Vulkan函数调用,增加的函数会产生Vulkan objects 并保存为类的私有成员,请记得在cleanup中进行资源的清理和释放。

    Resource management


     我们知道通过malloc分配的每一个内存快在使用完之后都需要free内存资源,每一个我们创建的Vulkan object不在使用时都需要明确的销毁。在C++中可以利用<memory> 完成 auto 资源管理,但是在本节中,选择明确编写所有的内存的分配和释放操作,其主要原因是Vulkan的设计理念就是明确每一步操作,清楚每一个对象的生命周期,避免可能存在的未知代码造成的异常。

    当然在本节之后,我们可以通过重载std::shared_ptr来实现auto 资源管理。对于更大体量的Vulkan程序,建议遵循RAII的原则维护资源的管理。

    Vulkan对象可以直接使用vkCreateXXX系函数创建,也可以通过具有vkAllocateXXX等功能的一个对象进行分配。确保每一个对象在不使用的时候调用vkDestroyXXXvkFreeXXX销毁、释放对应的资源。这些函数的参数通常因不同类型的对象而不同,但是他们共享一个参数:pAllocator。这是一个可选的参数,Vulkan允许我们自定义内存分配器。我们将在本教程忽略此参数,始终以nullptr作为参数。

    Integrating GLFW


    如果我们开发一些不需要基于屏幕显示的程序,那么纯粹的Vulkan本身可以完美的支持开发。但是如果创建一些让人兴奋的可视化的内容,我们就需要引入窗体系统GLFW,并将#include <vulkan/vulkan.h> 进行相应的替换。

    #define GLFW_INCLUDE_VULKAN
    #include <GLFW/glfw3.h>

    在新版本的GLFW中已经提供了Vulkan相关的支持,详细的使用建议参阅官方资料。

    通过替换,将会使用GLFW对Vulkan的支持,并自动加载Vulkan的头文件。在run函数中添加一个initWindow函数调用,并确保在其他函数调用前优先调用。我们将会通过该函数完成GLFW的窗体初始化工作。

    复制代码
    void run() {
        initWindow();
        initVulkan();
        mainLoop();
        cleanup();
    }
    
    private:
        void initWindow() {
    
        }
    复制代码

    initWindow中的第一个调用是glfwInit(),它会初始化GLFW库。因为最初GLFW是为OpenGL创建上下文,所以在这里我们需要告诉它不要调用OpenGL相关的初始化操作。

    glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);

    特别注意窗口大小的设置,稍后我们会调用,现在使用另一个窗口提示来仅用它。

    glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE);

    现在剩下的就是创建实际的窗体。添加一个GLFWwindow*窗体,私有类成员存储其引用并初始化窗体:

    window = glfwCreateWindow(800, 600, "Vulkan", nullptr, nullptr);

    前三个参数定义窗体的宽度、高度和Title。第四个参数允许制定一个监听器来打开窗体,最后一个参数与OpenGL有关,我们选择nullptr。

    使用常量代替硬编码宽度和高度,因为我们在后续的内容中会引用该数值多次。在HelloTriangleApplication类定义之上添加以下几行:

    const int WIDTH = 800;
    const int HEIGHT = 600;

    并替换窗体创建的代码语句为:

    window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "Vulkan", nullptr, nullptr);

    你现在应该有一个如下所示的initWindow函数:

    复制代码
    void initWindow() {
        glfwInit();
    
        glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);
        glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE);
    
        window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "Vulkan", nullptr, nullptr);
    }
    复制代码

    保持程序运行,直到发生错误或者窗体关闭,我们需要向mainLoop函数添加事件循环,如下所示:

    void mainLoop() {
        while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
            glfwPollEvents();
        }
    }

    这段代码应该很容易看懂。它循环并检查GLFW事件,直到按下X按钮,或者关闭窗体。该循环结构稍后会调用渲染函数。

    一旦窗体关闭,我们需要通过cleanup函数清理资源、结束GLFW本身。

    void cleanup() {
        glfwDestroyWindow(window);
    
        glfwTerminate();
    }

    运行程序,我们应该会看到一个名为Vulkan的白色窗体,直到关闭窗体终止应用程序。

    ok,到现在我们已经完成了一个Vulkan程序的骨架原型,在下一小节我们会创建第一个Vulkan Object!

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