[Vulkan教程]绘制一个三角形/呈现/窗口表面（Window surface）

因为Vulkan是一个平台无关的API，它不能直接和窗口系统交互。为了建立Vulkan和窗口系统之间的连接以将渲染结果呈现到屏幕上，我们需要使用窗口系统接口（WSI）扩展。本章我们讨论第一个扩展VK_KHR_surface。它生成一个VkSurfaceKHR对象代表一个抽象的表面来呈现渲染好的图像。我们程序中的表面由我们用GLFW打开的窗口来支持。

VK_KHR_surface扩展是一个实例级别的扩展，实际上我们已经启用它了，因为它已经被包含在glfwGetRequiredInstanceExtensions函数返回的列表中了。这个列表中同时包含一些其它的窗口系统接口扩展，我们会在之后的章节中用到它们。

窗口表面需要在实例创建之后就被创建，因为它会影响物理设备的选择。原因我们之后在介绍，因为窗口表面实际上算是渲染和呈现相关的内容，在这里解释会使我们基本设置的内容不好理解。还应该注意的是，窗口表面在Vulkan是一个可选的组件，离屏渲染就用不到它。Vulkan允许你这样做，不需要像OpenGL一样必须创建一个不可见的窗口。

创建窗口表面

首先我们在调试回调下面添加一个surface成员变量。

  1. VkSurfaceKHR surface;
  2. 1

虽然VkSurfaceKHR对象和它的使用是平台无关的，但它的创建并不是，因为它取决于窗口系统（细节）。例如，在Windows上它需要HWND和HMODULE句柄，在X11（Linux上一个常见的窗口系统）上它需要xcb_window_t和xcb_connection_t*。因此，这里需要一个平台特定的附加扩展，在Windows上是VK_KHR_win32_surface，在X11上是VK_KHR_xcb_surface，它也会被自动包含在glfwGetRequiredInstanceExtensions函数返回的列表中。

我会演示一下在Windows上如何使用这个平台特定的扩展来创建一个表面，但在本教程中我们不会使用这种方式。既然用了GLFW，就没必要用平台特定的代码了。GLFW提供了glfwCreateWindowSurface函数来帮我们处理平台的差异性。我们用它之前了解一下它在幕后做了什么还是很好的。

为了访问平台方法，你需要在包含头文件时定义一些宏：

  1. #define VK_USE_PLATFORM_WIN32_KHR
  2. #define GLFW_INCLUDE_VULKAN
  3. #include <GLFW/glfw3.h>
  4. #define GLFW_EXPOSE_NATIVE_WIN32
  5. #include <GLFW/glfw3native.h>
  6. 12345

窗口表面是一个Vulkan对象，所以他也需要通过VkWind32SurfaceCreateInfoKHR来创建。它有两个重要的参数hwnd和hinstance。分别是窗口句柄和进程。

  1. VkWin32SurfaceCreateInfoKHR createInfo{};
  2. createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_WIN32_SURFACE_CREATE_INFO_KHR;
  3. createInfo.hwnd = glfwGetWin32Window(window);
  4. createInfo.hinstance = GetModuleHandle(nullptr);
  5. 1234

glfwGetWin32Window函数用来通过GLFW窗口对象获取HWND。GetModuleHandle函数用来获取当前进程的句柄。

这之后，可以通过vkCreateWin32SurfaceKHR函数创建表面。参数分别是实例、表面创建信息、自定义分配器和用来存储表面句柄的变量。从技术上来讲，创建表面算一个WSI扩展功能，但它太常用了，以至于标准Vulkan加载器都会包含它，不需要像其它扩展一样需要显式加载它。

  1. if (vkCreateWin32SurfaceKHR(instance, &createInfo, nullptr, &surface) != VK_SUCCESS) {
  2.     throw std::runtime_error("failed to create window surface!");
  3. }
  4. 123

其它平台上创建表面的过程是相似的，像Linux的X11，vkCreateXcbSurfaceKHR需要的参数是一个XCB连接和窗口句柄。

glfwCreateWindowSurface函数在不同平台上有不同的实现来完成正确的操作。我们把它集成到我们的程序中。我们在setupDebugMessenger函数下面创建一个函数createSurface，然后在initVulkan中调用。

  1. void initVulkan() {
  2.     createInstance();
  3.     setupDebugMessenger();
  4.     createSurface();
  5.     pickPhysicalDevice();
  6.     createLogicalDevice();
  7. }
  9. void createSurface() {
  11. }
  12. 1234567891011

GLFW调用不适用结构体形式的参数，这使得createSurface函数的实现非常简单：

  1. void createSurface() {
  2.     if (glfwCreateWindowSurface(instance, window, nullptr, &surface) != VK_SUCCESS) {
  3.         throw std::runtime_error("failed to create window surface!");
  4.     }
  5. }
  6. 12345

参数分别是VkInstance、GLFW窗口指针、自定义分配器和指向VkSurfaceKHR变量的指针。它返回来自平台相关调用的结果。GLFW并没有提供专用的函数来销毁表面，但可以简单地通过原本的API来完成：

  1. void cleanup() {
  2.     ...
  3.     vkDestroySurfaceKHR(instance, surface, nullptr);
  4.     vkDestroyInstance(instance, nullptr);
  5.     ...
  6. }
  7. 123456

注意要在实例销毁前销毁表面。

查询呈现支持

虽然Vulkan的实现可能支持对窗口系统的集成，但这并不意味着系统中的所有设备都支持它。所以我们需要扩展isDeviceSuitable函数，来确保设备可以将图像呈现到我们创建的表面。因为呈现是一个队列相关的特性，主要问题是找到一个支持我们呈现图像到我们创建的表面的队列簇。

支持绘图命令的队列和支持呈现的队列不一定是同一个。因此，我们需要修改一下QueueFamilyIndices结构体，加一个呈现队列的下标。

  1. struct QueueFamilyIndices {
  2.     std::optional<uint32_t> graphicsFamily;
  3.     std::optional<uint32_t> presentFamily;
  5.     bool isComplete() {
  6.         return graphicsFamily.has_value() && presentFamily.has_value();
  7.     }
  8. };
  9. 12345678

然后，我们修改一下findQurueFamilies函数，来查找一个具有呈现能力的队列簇。函数vkGetPhysicalDeviceSurfaceSupportKHR可以用来检查是否具有，它的参数分别是物理设备、队列簇下标和表面。在VK_QURUE_GRAPHICS_BIT循环中同时调用它：

  1. VkBool32 presentSupport = false;
  2. vkGetPhysicalDeviceSurfaceSupportKHR(device, i, surface, &presentSupport);
  3. 12

然后检查bool值，如果支持就保存队列簇索引：

  1. if (presentSupport) {
  2.     indices.presentFamily = i;
  3. }
  4. 123

其实，绘制队列和呈现队列可能是同一个，但在程序中，我们将它们视为单独的队列，以实现统一的方法。当然，你可以添加一些逻辑，首选拥有同时支持绘制和呈现的队列簇的物理设备以提高性能。

创建呈现队列

最后一件事就是修改逻辑设备的创建过程，创建呈现队列，并获取VkQueue句柄。为此句柄添加一个成员变量：

  1. VkQueue presentQueue;
  2. 1

然后，我们可能需要两个VkDeviceQueueCreateInfo来从不同的簇创建队列。一个比较优雅的方式是：对于相同的队列簇我们创建相同的队列：

  1. #include <set>
  3. ...
  5. QueueFamilyIndices indices = findQueueFamilies(physicalDevice);
  7. std::vector<VkDeviceQueueCreateInfo> queueCreateInfos;
  8. std::set<uint32_t> uniqueQueueFamilies = {indices.graphicsFamily.value(), indices.presentFamily.value()};
  10. float queuePriority = 1.0f;
  11. for (uint32_t queueFamily : uniqueQueueFamilies) {
  12.     VkDeviceQueueCreateInfo queueCreateInfo{};
  13.     queueCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO;
  14.     queueCreateInfo.queueFamilyIndex = queueFamily;
  15.     queueCreateInfo.queueCount = 1;
  16.     queueCreateInfo.pQueuePriorities = &queuePriority;
  17.     queueCreateInfos.push_back(queueCreateInfo);
  18. }
  19. 123456789101112131415161718

然后修改VkDeviceCreateInfo指向数组：

  1. createInfo.queueCreateInfoCount = static_cast<uint32_t>(queueCreateInfos.size());
  2. createInfo.pQueueCreateInfos = queueCreateInfos.data();
  3. 12

如果队列簇相同，我们只需要传递一次它的索引。最后，我们添加一个调用来取回队列句柄：

  1. vkGetDeviceQueue(device, indices.presentFamily.value(), 0, &presentQueue);
  2. 1

如果队列簇相同，那两个句柄现在很可能有相同的值。下一章，我们会研究交换链，看它如何让我们可以将图像呈现到表面。