feat: 环境异步加载——HDR 解码移后台线程，运行时切换不卡主线程

decode 是切换耗时大头（4k ≈ 130-160ms），搬出主线程后运行时切换
只剩 GPU 段（~40ms）。IblGenerator 拆两段式：DecodeHdr（static，
纯 CPU 无线程状态，worker 可调）+ FromDecoded（GPU 生成，主线程）；
FromHdrEquirect 保留为同步便捷路径。Assets 层经 IAssetUploader
重载 + AssetManager 重载传递预解码产物（路径已缓存则丢弃去重）。
App 层单 in-flight 状态机：worker 只产出纯 CPU 像素数据，忙肋期
新请求记 pending 接力（只保留最终意图），OnUpdate 每帧收割 +
SetEnvironment 换绑，析构 join。

实测（RTX 5060 Laptop，4 实例网格 + 运行中连切 3 环境）：
~180fps 无感知尖峰；0 validation。

App/main.cpp

@@ -16,6 +16,7 @@
 #include <Engine/ECS/Components.h>
 #include <Engine/Assets/AssetManager.h>
 #include <Engine/Renderer/Renderer.h>
+#include <Engine/Renderer/IblGenerator.h>
 
 #include <imgui.h>
 
@@ -24,6 +25,9 @@
 
 #include <GLFW/glfw3.h>
 
+#include <atomic>
+#include <thread>
+
 
 using namespace Engine;
 using namespace Engine::ECS;
@@ -52,6 +56,15 @@ namespace
         {
         }
 
+        ~SandboxApp() override
+        {
+            // worker 只做 CPU 解码（不碰 Vulkan），在任何 GPU 资源
+            // 析构之前 join 即安全；派生析构先于基类成员析构执行
+            if (m_EnvWorker.joinable()) {
+                m_EnvWorker.join();
+            }
+        }
+
     protected:
         // ---- 生命周期 ----
 
@@ -75,9 +88,17 @@ namespace
             const auto model = GetAssets().LoadModel("assets/models/backpack/backpack.obj");
             // const auto model = GetAssets().LoadModel("assets/models/pocket_watch_4k.gltf/pocket_watch_4k.gltf");
 
-            m_Spinners.push_back(scene.CreateEntity("backpack"));
+            int countSize = 2;
-            m_Spinners[0].AddComponent<MeshRendererComponent>(MeshRendererComponent{model});
+            for (int i = 0; i < countSize; i ++)
-            m_Spinners[0].GetComponent<TransformComponent>().SetScale(glm::vec3{1.0});
+            {
+                for (int j = 0; j < countSize; j ++)
+                {
+                    auto m = scene.CreateEntity();
+                    m.AddComponent<MeshRendererComponent>(MeshRendererComponent{model});
+                    m.GetComponent<TransformComponent>().SetPosition(glm::vec3{(i - countSize * 0.5) * 2, 0, (j - countSize * 0.5) * 2});
+                    m_Spinners.push_back(m);
+                }
+            }
 
             // 地面：程序化纯色平面（半边长 15，中心 y=-2）
             const auto ground = GetAssets().CreatePlane(15.0f, 140, 140, 145);
@@ -134,6 +155,9 @@ namespace
 
         void OnUpdate(f32 deltaTime) override
         {
+            // 异步环境加载：每帧收割完成的解码结果
+            PollEnvironment();
+
             // 暂停时冻结动画时钟（帧历史验证：暂停后 Temporal Diff
             // 视图应在 2 帧内整屏变黑；相机移动同样会被 diff 捕捉到）
             if (!m_PauseAnim)
@@ -157,6 +181,61 @@ namespace
 
         // ---- 事件 ----
 
+        // ---- 异步环境加载（decode 后台线程 / GPU 生成主线程）----
+        // decode 占切换耗时大头（4k ≈ 130ms）；worker 只产出纯 CPU
+        // 像素数据，Vulkan 生成回主线程（设备非线程安全）。
+        // 同一时刻最多一个 in-flight，忙碌期的新请求记为 pending 接力。
+        void RequestEnvironment(int idx)
+        {
+            if (m_EnvLoadBusy)
+            {
+                m_EnvPending = idx;
+                return;
+            }
+            StartEnvDecode(idx);
+        }
+
+        void StartEnvDecode(int idx)
+        {
+            m_EnvLoadBusy = true;
+            m_EnvLoadDone.store(false);
+            m_EnvLoadingPath = kEnvPaths[idx];
+            m_EnvWorker = std::thread([this, idx]() {
+                m_EnvDecoded = IblGenerator::DecodeHdr(kEnvPaths[idx]);
+                m_EnvLoadDone.store(true);   // release：解码结果对主线程可见
+            });
+        }
+
+        void PollEnvironment()
+        {
+            if (!m_EnvLoadBusy || !m_EnvLoadDone.load())
+            {
+                return;
+            }
+
+            m_EnvWorker.join();   // join = 同步点，解码结果此后归主线程
+            m_EnvLoadBusy = false;
+
+            if (m_EnvDecoded.Valid())
+            {
+                const auto ref = GetAssets().LoadEnvironment(
+                    m_EnvLoadingPath, std::move(m_EnvDecoded));
+                if (ref.Valid())
+                {
+                    GetRenderer().SetEnvironment(GetAssets().GetEnvironment(ref));
+                }
+            }
+            m_EnvDecoded = {};
+
+            // 忙碌期间的最新请求接力（rapid switch 只保留最终意图）
+            if (m_EnvPending >= 0)
+            {
+                const int next = m_EnvPending;
+                m_EnvPending = -1;
+                StartEnvDecode(next);
+            }
+        }
+
         // ---- 叠加层 UI（唯一允许出现 ImGui 控件的地方）----
 
         void OnRenderOverlay() override
@@ -240,14 +319,12 @@ namespace
                 int envIdx = m_EnvIndex;
                 if (ImGui::Combo("env", &envIdx, kEnvNames, kEnvCount))
                 {
-                    const auto ref = GetAssets().LoadEnvironment(kEnvPaths[envIdx]);
+                    // 异步：解码后台线程，完成后 OnUpdate 里换绑
-                    if (ref.Valid())
+                    m_EnvIndex = envIdx;
-                    {
+                    RequestEnvironment(envIdx);
-                        renderer.SetEnvironment(GetAssets().GetEnvironment(ref));
-                        m_EnvIndex = envIdx;
-                    }
                 }
-                ImGui::Text("(switch = compute pre-integrate, ms-level)");
+                ImGui::Text(m_EnvLoadBusy ? "(decoding...)" :
+                            "(switch = compute pre-integrate, ms-level)");
 
                 // 调试视图：单看某个 pass 的中间输出（类 UE pass debug）
                 const auto& viewNames = renderer.GetDebugViewNames();
@@ -376,6 +453,14 @@ namespace
         f32 m_Time = 0.0f;
         bool m_PauseAnim = true;   // 冻结动画时钟（帧历史 diff 验证用）
         int m_EnvIndex = kDefaultEnv;
+
+        // ---- 异步环境加载状态（单 in-flight + pending 接力）----
+        std::thread m_EnvWorker;
+        std::string m_EnvLoadingPath;
+        DecodedEquirect m_EnvDecoded;          // worker 写 → join 后主线程读
+        std::atomic<bool> m_EnvLoadDone{false};
+        bool m_EnvLoadBusy = false;
+        int m_EnvPending = -1;
     };
 }
 

Engine/include/Engine/Assets/AssetManager.h

@@ -27,13 +27,15 @@
 #include <unordered_map>
 #include <vector>
 
-namespace Engine {
+namespace Engine
-    namespace Assets {
+{
-
+    namespace Assets
+    {
         // ---------- 通用资产缓存（不感知 Vulkan / 磁盘细节由 loader 决定） ----------
 
-        template<typename T>
+        template <typename T>
-        class AssetCache {
+        class AssetCache
+        {
         public:
             // loader：path → 资产实例（失败返回 nullptr）
             using LoaderFn = std::function<Scope<T>(const std::string&)>;
@@ -41,23 +43,28 @@ namespace Engine {
             // 加载（带路径去重）。失败返回无效句柄。
             AssetRef<T> Load(const std::string& path, const LoaderFn& loader)
             {
-                if (auto it = m_ByPath.find(path); it != m_ByPath.end()) {
+                if (auto it = m_ByPath.find(path); it != m_ByPath.end())
+                {
                     return it->second;
                 }
 
                 Scope<T> asset = loader(path);
-                if (!asset) {
+                if (!asset)
+                {
                     ENGINE_ERROR("AssetCache: failed to load '{}'", path);
                     return {};
                 }
 
                 AssetRef<T> h;
-                if (!m_Free.empty()) {
+                if (!m_Free.empty())
+                {
                     h.index = m_Free.back();
                     m_Free.pop_back();
                     h.generation = m_Entries[h.index].generation;
                     m_Entries[h.index] = Entry{path, h.generation, std::move(asset), true};
-                } else {
+                }
+                else
+                {
                     h.index = static_cast<u32>(m_Entries.size());
                     h.generation = 1;
                     m_Entries.push_back(Entry{path, h.generation, std::move(asset), true});
@@ -70,12 +77,14 @@ namespace Engine {
             // 句柄 → 资产指针。悬空句柄 FATAL（bug 信号）；已卸载返回 nullptr。
             T* Get(AssetRef<T> h) const
             {
-                if (!h.Valid() || h.index >= m_Entries.size()) {
+                if (!h.Valid() || h.index >= m_Entries.size())
+                {
                     ENGINE_FATAL("AssetCache::Get: invalid handle (index={}, gen={})",
                                  h.index, h.generation);
                 }
                 const Entry& e = m_Entries[h.index];
-                if (e.generation != h.generation) {
+                if (e.generation != h.generation)
+                {
                     ENGINE_FATAL("AssetCache::Get: stale handle for '{}' (gen {} != {})",
                                  e.path, h.generation, e.generation);
                 }
@@ -114,7 +123,8 @@ namespace Engine {
             }
 
         private:
-            struct Entry {
+            struct Entry
+            {
                 std::string path;
                 u32 generation = 1;
                 Scope<T> asset;
@@ -128,7 +138,8 @@ namespace Engine {
 
         // ---------- AssetManager：全引擎资产入口 ----------
 
-        class AssetManager {
+        class AssetManager
+        {
         public:
             // 上传服务由组合根（Application）注入：渲染层实现接口，
             // 资产层不感知 Vulkan 具体类
@@ -148,6 +159,10 @@ namespace Engine {
             // 环境资产（HDR → IBL 预积分四件套）。路径缓存去重，
             // 重复 Load 同一路径零成本（动态切换场景直接反复调用）
             EnvRef LoadEnvironment(const std::string& path);
+            // 异步路径：解码已在后台线程完成（若路径已缓存，解码产物被
+            // 丢弃去重——上层可先查缓存再起 worker，此处不做强约束）
+            EnvRef LoadEnvironment(const std::string& path,
+                                   DecodedEquirect&& decoded);
             Cubemap* GetEnvironment(EnvRef h) const { return m_Environments.Get(h); }
 
             AssetCache<Model>& Models() { return m_Models; }
@@ -161,7 +176,6 @@ namespace Engine {
             AssetCache<Model> m_Models;
             AssetCache<Cubemap> m_Environments;
         };
-
     } // namespace Assets
 } // namespace Engine
 

Engine/include/Engine/Assets/IAssetUploader.h

@@ -35,6 +35,10 @@ namespace Engine::Assets {
 
         // 环境 HDR → IBL 预积分四件套（compute 生成，毫秒级；失败返回 nullptr）
         virtual Scope<Cubemap> LoadEnvironment(const std::string& path) = 0;
+
+        // 异步加载路径：解码已在后台线程完成，此调用只做 GPU 生成（主线程）
+        virtual Scope<Cubemap> LoadEnvironment(const std::string& path,
+                                               DecodedEquirect&& decoded) = 0;
     };
 
 } // namespace Engine::Assets

Engine/include/Engine/Renderer/Cubemap.h

@@ -20,11 +20,23 @@
 #include <Engine/Core/Types.h>
 #include <Engine/Vulkan/MemoryAllocator.h>
 #include <vulkan/vulkan.hpp>
+#include <vector>
 
 namespace Engine {
 
     class Device;
 
+    // 环境的 CPU 源数据（等距柱状 HDR 解码产物，RGBA float 行优先）。
+    // 纯数据无线程状态：异步加载时由后台线程产出（DecodeHdr），
+    // 主线程消费（FromDecoded → GPU 生成）。decode 是切换耗时大头，
+    // 搬出主线程后运行时切换只剩 GPU 段（~40ms）。
+    struct DecodedEquirect {
+        std::vector<f32> pixels;
+        u32 w = 0;
+        u32 h = 0;
+        bool Valid() const { return !pixels.empty() && w > 0 && h > 0; }
+    };
+
     // GPU 纹理资源三元组（RHI 惯例）：image/view/显存分配同生共死，
     // 析构统一释放——杜绝"建了 image 丢了 view"类半套泄漏。
     // 上传 helper 直接以此为单位产出，消费端只拿引用计数语义的整单元

Engine/include/Engine/Renderer/IblGenerator.h

@@ -25,6 +25,7 @@
 #define HELLOVULKAN_IBLGENERATOR_H
 
 #include <Engine/Core/Types.h>
+#include <Engine/Renderer/Cubemap.h>   // DecodedEquirect（解码产物数据契约）
 #include <Engine/Vulkan/MemoryAllocator.h>
 #include <glm/glm.hpp>
 #include <vulkan/vulkan.hpp>
@@ -47,9 +48,18 @@ namespace Engine {
         IblGenerator(const IblGenerator&) = delete;
         IblGenerator& operator=(const IblGenerator&) = delete;
 
+        // ---- 同步便捷路径（等价 DecodeHdr + FromDecoded）----
         // 等距柱状 HDR → 环境四件套（失败返回 nullptr，上层走 Neutral 兜底）
         Scope<Cubemap> FromHdrEquirect(const std::string& path, u32 faceSize);
 
+        // ---- 异步加载两段式（decode 是切换耗时大头，可搬后台线程）----
+        // 纯 CPU：HDR 文件 → 像素数据。无线程状态，worker 线程可安全调用。
+        static DecodedEquirect DecodeHdr(const std::string& path);
+
+        // GPU 生成（必须主线程）：预解码数据 → 四件套。debugName 仅用于日志。
+        Scope<Cubemap> FromDecoded(const DecodedEquirect& decoded, u32 faceSize,
+                                   const std::string& debugName);
+
         // 中性兜底：常数色环境 + 真实 BRDF LUT（描述符恒有效）
         Scope<Cubemap> Neutral(const glm::vec3& rgb);
 

Engine/include/Engine/Renderer/VulkanAssetUploader.h

@@ -34,6 +34,8 @@ namespace Engine {
         Scope<Model> LoadModel(const std::string& path) override;
         Scope<Model> CreatePlane(f32 halfSize, u8 r, u8 g, u8 b) override;
         Scope<Cubemap> LoadEnvironment(const std::string& path) override;
+        Scope<Cubemap> LoadEnvironment(const std::string& path,
+                                       DecodedEquirect&& decoded) override;
 
     private:
         Device& m_Device;

Engine/src/Assets/AssetManager.cpp

@@ -37,4 +37,15 @@ namespace Engine::Assets {
             [this](const std::string& p) { return m_Uploader.LoadEnvironment(p); });
     }
 
+    EnvRef AssetManager::LoadEnvironment(const std::string& path,
+                                         DecodedEquirect&& decoded)
+    {
+        // 预解码数据移交 loader（Load 同步调用 lambda，引用捕获安全）；
+        // 路径已缓存则 loader 不执行，decoded 自然丢弃（去重）
+        return m_Environments.Load(path,
+            [this, &decoded](const std::string& p) {
+                return m_Uploader.LoadEnvironment(p, std::move(decoded));
+            });
+    }
+
 } // namespace Engine::Assets

Engine/src/Renderer/IblGenerator.cpp

@@ -197,26 +197,48 @@ namespace Engine
         }
     }
 
-    Scope<Cubemap> IblGenerator::FromHdrEquirect(const std::string& path,
+    DecodedEquirect IblGenerator::DecodeHdr(const std::string& path)
-                                                 u32 faceSize)
     {
-        const auto t0 = std::chrono::steady_clock::now();
+        // stbi_loadf 无共享可变状态（失败原因每次调用独立），可并发调用
-
         int w = 0, h = 0, channels = 0;
         f32* pixels = stbi_loadf(path.c_str(), &w, &h, &channels, STBI_rgb_alpha);
         if (!pixels) {
             ENGINE_ERROR("IblGenerator: failed to load HDR: {}", path);
-            return nullptr;
+            return {};
         }
 
-        const f32 decodeMs = MsSince(t0);
+        DecodedEquirect decoded;
-        auto cubemap = Generate(pixels, static_cast<u32>(w),
+        decoded.w = static_cast<u32>(w);
-                                static_cast<u32>(h), faceSize, path);
+        decoded.h = static_cast<u32>(h);
+        decoded.pixels.assign(pixels,
+                              pixels + static_cast<size_t>(w) * h * 4);
         stbi_image_free(pixels);
+        return decoded;
+    }
 
-        ENGINE_INFO("IblGenerator: HDR decode {:.2f} ms",
+    Scope<Cubemap> IblGenerator::FromDecoded(const DecodedEquirect& decoded,
-                    decodeMs);
+                                             u32 faceSize,
-        return cubemap;
+                                             const std::string& debugName)
+    {
+        if (!decoded.Valid()) {
+            ENGINE_ERROR("IblGenerator: invalid decoded equirect ({})",
+                         debugName);
+            return nullptr;
+        }
+        return Generate(decoded.pixels.data(), decoded.w, decoded.h,
+                        faceSize, debugName);
+    }
+
+    Scope<Cubemap> IblGenerator::FromHdrEquirect(const std::string& path,
+                                                 u32 faceSize)
+    {
+        const auto t0 = std::chrono::steady_clock::now();
+        DecodedEquirect decoded = DecodeHdr(path);
+        if (!decoded.Valid()) {
+            return nullptr;
+        }
+        ENGINE_INFO("IblGenerator: HDR decode {:.2f} ms", MsSince(t0));
+        return FromDecoded(decoded, faceSize, path);
     }
 
     Scope<Cubemap> IblGenerator::Neutral(const glm::vec3& rgb)

Engine/src/Renderer/VulkanAssetUploader.cpp

@@ -27,4 +27,11 @@ namespace Engine {
         return m_Ibl.FromHdrEquirect(path, 1024);
     }
 
+    Scope<Cubemap> VulkanAssetUploader::LoadEnvironment(
+        const std::string& path, DecodedEquirect&& decoded)
+    {
+        // 异步路径：decode 已在 worker 线程完成，此处只剩 GPU 段
+        return m_Ibl.FromDecoded(decoded, 1024, path);
+    }
+
 } // namespace Engine