操作系统:Windows8.1

显卡:Nivida GTX965M

开发工具:Visual Studio 2017


Selecting a physical device

通过VkInstance初始化Vulkan后,我们需要在系统中查找并选择一个支持我们所需功能的显卡。实际上,我们可以选择任意数量的显卡并同时使用他们,但在本小节中,我们简单的设定选择规则,即将查找到的第一个图形卡作为我们适合的物理设备。

我们添加函数pickPhysicalDevice并在initVulkan函数中调用。

void initVulkan() {
createInstance();
setupDebugCallback();
pickPhysicalDevice();
} void pickPhysicalDevice() { }

最终我们选择的图形显卡存储在类成员VkPhysicalDevice句柄中。当VkInstance销毁时,这个对象将会被隐式销毁,所以我们并不需要在cleanup函数中做任何操作。

VkPhysicalDevice physicalDevice = VK_NULL_HANDLE;

关于获取图形卡列表的方式与获得扩展列表的方式类似。

uint32_t deviceCount = ;
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, nullptr);

如果Vulkan支持的设备数为0,那么没有任何意义进行下一步,我们选择抛出异常。

if (deviceCount == ) {
throw std::runtime_error("failed to find GPUs with Vulkan support!");
}

否则我们分配数组存储所有VkPhysicalDevice的句柄。

std::vector<VkPhysicalDevice> devices(deviceCount);
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, devices.data());

现在我们需要对它们进行评估,检查它们是否适合我们要执行的操作,因为并不是所有的显卡功能一致。为此我们添加一个新的函数:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
return true;
}

我们将检查是否有任何物理设备符合我们的功能需求。

for (const auto& device : devices) {
if (isDeviceSuitable(device)) {
physicalDevice = device;
break;
}
} if (physicalDevice == VK_NULL_HANDLE) {
throw std::runtime_error("failed to find a suitable GPU!");
}

下一节我们介绍isDeviceSuitable函数,并检查第一个需要满足的功能。在后续的小节中,我们将开始使用更多的Vulkan功能,我们会扩展此功能函数以满足更多的检查条件。

Base device suitability checks


评估合适的设备我们可以通过遍历一些细节来完成。基本的设备属性像name, type以及Vulkan版本都可以通过vkGetPhysicalDeviceProperties来遍历得到。

VkPhysicalDeviceProperties deviceProperties;
vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProperties);

可以使用vkGetPhysicalDeviceFeatures查询对纹理压缩,64位浮点数和多视图渲染(VR非常有用)等可选功能的支持:

VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures;
vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures);

更多遍历物理设备细节的信息,诸如设备内存、队列簇我们将会在后续小节讨论。

例如,我们假设我们的应用程序仅适用于支持geometry shaders的专用显卡。那么isDeviceSuitable函数将如下所示:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
VkPhysicalDeviceProperties deviceProperties;
VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures;
vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProperties);
vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures); return deviceProperties.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU &&
deviceFeatures.geometryShader;
}

为了避免纯粹的单一的判断一个设备是否合适,尤其是当你发现多个设备都合适的条件下,你也可以给每一个设备做权值,选择最高的一个。这样,可以通过给予更高权值获取定制化的图形设备,但如果没有一个可用的设备,可以回滚到集成图形设备。你可以按照如下方式实现:

#include <map>

...

void pickPhysicalDevice() {
... // Use an ordered map to automatically sort candidates by increasing score
std::multimap<int, VkPhysicalDevice> candidates; for (const auto& device : devices) {
int score = rateDeviceSuitability(device);
candidates.insert(std::make_pair(score, device));
} // Check if the best candidate is suitable at all
if (candidates.rbegin()->first > ) {
physicalDevice = candidates.rbegin()->second;
} else {
throw std::runtime_error("failed to find a suitable GPU!");
}
} int rateDeviceSuitability(VkPhysicalDevice device) {
... int score = ; // Discrete GPUs have a significant performance advantage
if (deviceProperties.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU) {
score += ;
} // Maximum possible size of textures affects graphics quality
score += deviceProperties.limits.maxImageDimension2D; // Application can't function without geometry shaders
if (!deviceFeatures.geometryShader) {
return ;
} return score;
}

我们不需要在小节内实现所有内容,但我们可以了解如何选择图形设备的过程。当然,我们也可以显示图形设备的名称列表,让用户选择。

因为我们刚刚开始,Vulkan的支持是我们唯一需要的,在这里假设任何GPU都可以:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
return true;
}

在下一小节中,我们将会讨论第一个真正需要检查的设备功能。

Queue families


之前已经简要的介绍过,几乎所有的Vulkan操作,从绘图到上传纹理,都需要将命令提交到队列中。有不同类型的队列来源于不同的队列簇,每个队列簇只允许部分commands。例如,可以有一个队列簇,只允许处理计算commands或者只允许内存传输commands:

我们需要检测设备中支持的队列簇,其中哪一个队列簇支持我们想要的commands。为此我们添加一个新的函数findQueueFamilies来查找我们需要的队列簇。现在我们只会寻找一个支持图形commands队列簇,但是我们可以在稍后的小节中扩展更多的内容。

此函数返回满足某个属性的队列簇索引。定义结构体,其中索引-1表示"未找到":

struct QueueFamilyIndices {
int graphicsFamily = -; bool isComplete() {
return graphicsFamily >= ;
}
};

现在我们实现findQueueFamilies函数:

QueueFamilyIndices findQueueFamilies(VkPhysicalDevice device) {
QueueFamilyIndices indices; ... return indices;
}

获取队列簇的列表函数为vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties:

uint32_t queueFamilyCount = ;
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(device, &queueFamilyCount, nullptr); std::vector<VkQueueFamilyProperties> queueFamilies(queueFamilyCount);
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(device, &queueFamilyCount, queueFamilies.data());

有关队列簇,结构体VkQueueFamilyProperties包含了具体信息,包括支持的操作类型和基于当前队列簇可以创建的有效队列数。我们至少需要找到一个支持VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT的队列簇。

int i = ;
for (const auto& queueFamily : queueFamilies) {
if (queueFamily.queueCount > && queueFamily.queueFlags & VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT) {
indices.graphicsFamily = i;
} if (indices.isComplete()) {
break;
} i++;
}

现在我们有了比较理想的队列簇查询功能,我们可以在isDeviceSuitable函数中使用,确保物理设备可以处理我们需要的命令:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
QueueFamilyIndices indices = findQueueFamilies(device); return indices.isComplete();
}

很好,我们已经找到了我们需要的物理设备,在下一个小节我们会讨论逻辑设备。

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