atdunbg
d55f644b68
- RenderGraph 声明 ShadowMap 虚拟资源（D32，2048²固定分辨率，独立于 swapchain 尺寸），Shadow pass 写深度 → Forward 声明 ShaderRead 采样， barrier/layout（DepthAttachment→ShaderReadOnly）全部由图自动预算 - Shadow pass：空 fragment shader + 深度偏移（斜率缩放）抗 shadow acne - Forward：UBO 增加 lightSpace 矩阵；Set 2 采样阴影图，手动对比 + 斜率缩放偏差；clamp-to-border 白色边界（光视锥外 = 全亮） - 光空间矩阵：主光方向反推 30 单位正交盒；深度重映射 [-1,1]→[0,1] - GetPhysicalView(slot)：物理镜像按帧槽位隔离，描述符 Compile 后一次性写入 - 修复 RG 隐蔽 bug：ShaderStage 与 PipelineStage2 位值不同 （eFragment=0x10 vs eFragmentShader=0x80），位值直转会撞出 TESSELLATION_CONTROL stage；改为逐位显式映射 - 修复 Camera 投影深度未重映射到 [0,1] 的潜在裁剪问题 validation 零错误零警告（3 passes / 5 barriers / 4 gpu images）
304 lines
11 KiB
C++
304 lines
11 KiB
C++
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// Created by atdunbg on 2026/9/22.
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// RenderGraph：声明式帧图内核。
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// 设计原则（面向引擎，非 demo）：
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// 1. 声明与执行分离：图结构（pass + 虚拟资源）只声明一次并 Compile，
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// 每帧 Execute 零图结构开销、零堆分配（barrier 列表全部编译期预算）。
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// 2. 虚拟资源 + 生成号句柄：上层永远不持有裸 vulkan 句柄，
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// 生命周期、layout、物理内存全部由图管理。
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// 3. 物理资源池：真实 GpuImage 按 (format, extent, usage) 池化复用，
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// 每个虚拟资源按帧槽位拥有 kMaxFramesInFlight 个物理实例，
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// 从根上避免帧间读写竞争，同时杜绝每帧重建 GPU 资源。
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// 4. 自动同步：layout/访问状态链在 Compile 期解算，产出批量
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// vk::ImageMemoryBarrier2（Synchronization2），上层不再手写 barrier。
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// 已知边界（后续演进点）：
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// - 暂不支持异步 compute queue / 跨队列信号量
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// - 暂不支持内存别名（需 VMA）与帧历史资源（TAA 等）
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// - 同一 pass 内对同一资源"读+写"（input attachment / RWM）未建模
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#ifndef HELLOVULKAN_RENDERGRAPH_H
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#define HELLOVULKAN_RENDERGRAPH_H
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#include <Engine/Core/Types.h>
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#include <Engine/Core/FrameContext.h>
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#include <Engine/Vulkan/MemoryAllocator.h>
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#include <vulkan/vulkan.hpp>
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#include <functional>
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#include <string>
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#include <unordered_map>
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#include <vector>
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namespace Engine::RG {
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// ---------- 句柄 ----------
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// 带生成号的索引句柄：图永远不会删除条目（只追加），
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// 生成号用于上层误持过期句柄时的校验，防止 use-after-free 式错误。
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inline constexpr u32 kInvalidHandle = 0xFFFFFFFF;
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template<typename Tag>
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struct Handle {
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u32 index = kInvalidHandle;
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u32 generation = 0;
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bool Valid() const { return index != kInvalidHandle; }
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explicit operator bool() const { return Valid(); }
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};
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struct TextureTag;
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using TextureHandle = Handle<TextureTag>;
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// ---------- 资源使用方式 ----------
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// 声明 pass 怎么用资源；layout/access/stage 映射和 image usage
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// 都由这里推导，上层不需要（也不允许）手写。
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enum class ResourceUse : u8 {
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ColorAttachment,
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DepthAttachment,
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ShaderRead,
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TransferSrc,
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TransferDst,
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Present, // 仅用于 swapchain 导入资源：transition 到 ePresentSrcKHR
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};
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// ---------- 虚拟纹理描述 ----------
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struct TextureDesc {
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vk::Format format = vk::Format::eUndefined;
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u32 width = 0; // 0 = 跟随目标（swapchain）尺寸
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u32 height = 0;
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};
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// ---------- 物理镜像 ----------
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struct PhysicalImage {
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vk::Image image{};
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vk::ImageView view{};
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vk::Extent2D extent{};
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vk::Format format{};
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vk::ImageUsageFlags usage{};
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MemoryAllocator::Allocation allocation{};
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bool valid = false;
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};
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// ---------- Pass 上下文（Execute 回调收到的） ----------
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struct RenderGraphContext {
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vk::CommandBuffer cmd;
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FrameContext frame;
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vk::Extent2D extent{};
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// 按句柄取当前帧槽位的物理资源（image/view）
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vk::ImageView View(TextureHandle h) const;
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vk::Image Image(TextureHandle h) const;
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class RenderGraph* graph = nullptr;
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};
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using ExecuteFn = std::function<void(RenderGraphContext&)>;
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// ---------- 图内部结构 ----------
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struct TextureEntry {
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std::string name;
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u32 index = 0; // 自身在 m_Textures 中的下标
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TextureDesc desc;
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bool imported = false; // swapchain 导入资源无物理实例
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u32 generation = 1;
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// Compile 期推导
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vk::ImageUsageFlags usage{};
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vk::ImageAspectFlagBits aspect = vk::ImageAspectFlagBits::eColor;
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i32 firstPass = -1;
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i32 lastPass = -1;
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// 物理实例：每个帧槽位一个，created 资源才拥有
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std::vector<PhysicalImage*> physical;
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// 导入资源每帧绑定
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vk::Image importedImage{};
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vk::ImageView importedView{};
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// 帧槽位状态：物理镜像是否已被使用过（决定 entry barrier 变体）
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struct SlotState {
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bool used = false;
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};
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std::vector<SlotState> slots;
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// Compile 期状态链解算用（执行序上的"当前"状态）
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vk::ImageLayout chainLayout = vk::ImageLayout::eUndefined;
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vk::PipelineStageFlags2 chainStage{};
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vk::AccessFlags2 chainAccess{};
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bool chainWasWrite = false;
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// 稳态：上一轮执行结束时（lastPass 之后）的状态。
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// 同一帧槽位再次进入图时，entry barrier 从这里出发。
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vk::ImageLayout restingLayout = vk::ImageLayout::eUndefined;
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vk::PipelineStageFlags2 restingStage{};
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vk::AccessFlags2 restingAccess{};
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};
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struct PassNode {
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std::string name;
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struct Use {
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u32 resIndex;
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ResourceUse use;
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vk::ShaderStageFlags readStage; // ShaderRead 时的消费 stage
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};
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std::vector<Use> uses;
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ExecuteFn exec;
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bool sideEffect = false; // 无读写但必须执行（compute 写 buffer 等）
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bool culled = false;
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// Compile 期预算好的 barrier：每个资源两个变体
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// steady = 该槽位已被使用过（从 resting 状态出发）
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// first = 该槽位首次使用（从 Undefined 出发）
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// imported 资源恒用 first（acquire 后 layout 语义上为 Undefined）
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struct BarrierPair {
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u32 resIndex;
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vk::ImageMemoryBarrier2 steady;
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vk::ImageMemoryBarrier2 first;
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};
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std::vector<BarrierPair> barriers;
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};
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// ---------- RenderGraph ----------
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class RenderGraph {
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public:
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RenderGraph(Device& device, MemoryAllocator& allocator, u32 framesInFlight);
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~RenderGraph();
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RenderGraph(const RenderGraph&) = delete;
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RenderGraph& operator=(const RenderGraph&) = delete;
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// ---- 声明阶段（AddPass 之后不得再声明资源；全部声明完成后 Compile）----
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// 声明一张图拥有的瞬时纹理（此时不分配任何 GPU 内存）
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TextureHandle CreateTexture(std::string name, const TextureDesc& desc);
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// 导入 swapchain 颜色附件（每帧通过 SetImportedImage 绑定物理 image）
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TextureHandle ImportSwapchain(std::string name, vk::Format format);
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// 每帧 acquire 后调用，把当帧 swapchain image 绑到导入资源
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void SetImportedImage(TextureHandle h, vk::Image image, vk::ImageView view);
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// ---- Pass 声明 ----
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class PassBuilder {
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public:
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PassBuilder& Write(TextureHandle h, ResourceUse use);
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PassBuilder& Read(TextureHandle h, ResourceUse use,
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vk::ShaderStageFlags stage = vk::ShaderStageFlagBits::eFragment);
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PassBuilder& SideEffect();
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private:
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friend class RenderGraph;
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PassBuilder(RenderGraph& graph, u32 passIndex)
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: m_Graph(graph), m_PassIndex(passIndex) {}
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RenderGraph& m_Graph;
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u32 m_PassIndex;
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};
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[[nodiscard]] PassBuilder AddPass(std::string name, ExecuteFn exec);
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// ---- 编译与执行 ----
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// 编译：死 pass 剔除 → 拓扑排序 → 生命周期 → barrier 预算 → 物理分配。
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// 目标尺寸变化时调用 SetTargetExtent 会自动重编译并轮换物理资源。
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void Compile();
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void SetTargetExtent(vk::Extent2D extent);
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vk::Extent2D GetTargetExtent() const { return m_TargetExtent; }
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// 每帧执行：按编译好的顺序录命令。要求 cmd 处于 recording 状态。
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void Execute(const FrameContext& frame);
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// 物理镜像访问器：给"按帧槽位预写描述符"的场景用（如阴影深度图采样）。
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// 仅 created 资源有效；imported 资源（swapchain）每帧才绑定，无物理视图。
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vk::ImageView GetPhysicalView(TextureHandle h, u32 frameSlot) const;
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// ---- 统计 ----
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u32 GetPassCount() const;
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u32 GetActivePassCount() const;
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u32 GetTextureCount() const;
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u32 GetBarrierCount() const;
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u32 GetPooledImageCount() const;
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private:
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friend struct RenderGraphContext;
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// 编译子步骤
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void ResolveUsage(TextureEntry& entry);
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void CullPasses();
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void Toposort();
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void ComputeLifetimes();
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void PrecomputeBarriers();
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void AllocatePhysical();
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void ReleasePhysical();
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void PurgePool(vk::Extent2D target);
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PhysicalImage* AcquirePhysical(vk::Format format, vk::Extent2D extent,
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vk::ImageUsageFlags usage,
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vk::ImageAspectFlagBits aspect);
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TextureEntry& GetEntry(TextureHandle h);
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const TextureEntry& GetEntry(TextureHandle h) const;
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void CheckHandle(TextureHandle h) const;
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void CheckMutable() const; // 声明期校验：Compile 后禁止再改图
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static vk::ImageLayout UseLayout(ResourceUse use);
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static vk::PipelineStageFlags2 UseDstStage(const PassNode::Use& use);
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static vk::PipelineStageFlags2 UseSrcStage(ResourceUse use);
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static vk::AccessFlags2 UseDstAccess(const PassNode::Use& use);
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static vk::AccessFlags2 UseSrcAccess(ResourceUse use);
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Device& m_Device;
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MemoryAllocator& m_Allocator;
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u32 m_FramesInFlight;
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bool m_Compiled = false;
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std::vector<TextureEntry> m_Textures;
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std::vector<PassNode> m_Passes;
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u32 m_ActivePassCount = 0;
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vk::Extent2D m_TargetExtent{};
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// 拓扑排序后的执行序（存 pass 下标）
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std::vector<u32> m_ExecutionOrder;
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// 物理资源池：key = (format, extent, usage)，value = 空闲镜像列表
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struct PoolKey {
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u32 format;
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||
u32 width;
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||
u32 height;
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||
u32 usage;
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||
bool operator==(const PoolKey& o) const {
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||
return format == o.format && width == o.width &&
|
||
height == o.height && usage == o.usage;
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||
}
|
||
};
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||
struct PoolKeyHash {
|
||
size_t operator()(const PoolKey& k) const {
|
||
size_t h = std::hash<u64>{}(
|
||
(static_cast<u64>(k.format) << 32) ^ k.usage);
|
||
h ^= std::hash<u64>{}((static_cast<u64>(k.width) << 32) ^ k.height) << 1;
|
||
return h;
|
||
}
|
||
};
|
||
std::unordered_map<PoolKey, std::vector<Scope<PhysicalImage>>, PoolKeyHash> m_Pool;
|
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||
// Execute 用的 barrier 暂存（成员变量，避免每帧堆分配）
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std::vector<vk::ImageMemoryBarrier2> m_ScratchBarriers;
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||
};
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|
||
} // namespace Engine::RG
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||
#endif //HELLOVULKAN_RENDERGRAPH_H
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