一、Mipmap 生成總結

一、Mipmap 基礎概念

• 定義：Mipmap 是圖像預先計算的縮小版本，每個層級寬高為前一層的一半，用作細節級別（LOD）。
• 作用：
  • 遠離相機的對象使用較小層級采樣，提升渲染速度。
  • 避免莫爾條紋等偽影。
• 存儲方式：在 Vulkan 中存儲于 VkImage 的不同 mip 級別，級別 0 為原始圖像，后續層級構成 mip 鏈。

二、圖像創建與 mip 級別計算

1. 計算 mip 級別數：

   mipLevels = static_cast<uint32_t>(std::floor(std::log2(std::max(texWidth, texHeight)))) + 1;
   

   • 原理：通過最大維度的對數計算可被 2 整除的次數，加 1 包含原始圖像。

2. 修改關鍵函數：

   • createImage：添加 mipLevels 參數，設置 imageInfo.mipLevels。
   • createImageView：設置 viewInfo.subresourceRange.levelCount 為 mipLevels。
   • transitionImageLayout：設置 barrier.subresourceRange.levelCount 為 mipLevels。

3. 函數調用更新示例：

   // 紋理圖像創建（含 mipLevels）
   createImage(texWidth, texHeight, mipLevels, VK_FORMAT_R8G8B8A8_SRGB, ...);
   // 紋理圖像視圖創建
   textureImageView = createImageView(textureImage, ..., mipLevels);
   

三、Mipmap 生成流程

1. 準備工作：

   • 為紋理圖像添加 VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_SRC_BIT 使用標志。
   • 確保圖像布局為 VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL。

2. 核心函數 generateMipmaps：

   • 循環處理每個 mip 級別（從 1 開始）：
     1. 轉換源層級布局：將 i-1 層級轉為 VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL。
     2. 設置 blit 操作：

        VkImageBlit blit{};
        blit.srcSubresource.mipLevel = i - 1;  // 源層級
        blit.dstSubresource.mipLevel = i;      // 目標層級
        blit.dstOffsets[1] = {mipWidth/2, mipHeight/2, 1};  // 目標尺寸減半
        

     3. 執行 blit 命令：使用 vkCmdBlitImage 復制并縮放數據，過濾方式為 VK_FILTER_LINEAR。
     4. 轉換源層級為渲染可用：轉為 VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL。
   • 處理最后一個層級：單獨轉換為渲染布局。

3. 關鍵代碼邏輯：

   for (uint32_t i = 1; i < mipLevels; i++) {// 布局轉換與 blit 操作...if (mipWidth > 1) mipWidth /= 2;if (mipHeight > 1) mipHeight /= 2;
   }
   

四、線性濾波支持檢查

1. 硬件支持驗證：

   VkFormatProperties formatProperties;
   vkGetPhysicalDeviceFormatProperties(physicalDevice, imageFormat, &formatProperties);
   if (!(formatProperties.optimalTilingFeatures & VK_FORMAT_FEATURE_SAMPLED_IMAGE_FILTER_LINEAR_BIT)) {throw std::runtime_error("不支持線性濾波！");
   }
   

2. 備選方案：

   • 搜索支持線性濾波的格式。
   • 使用 stb_image_resize 等庫在軟件中生成 mipmap。

五、采樣器配置

1. 關鍵參數：

   • mipmapMode：
     • VK_SAMPLER_MIPMAP_MODE_NEAREST：直接選擇層級采樣。
     • VK_SAMPLER_MIPMAP_MODE_LINEAR：混合相鄰層級采樣。
   • minLod/maxLod：控制采樣的 lod 范圍，VK_LOD_CLAMP_NONE 表示使用所有層級。
   • mipLodBias：偏移 lod 值，調整采樣層級。

2. 典型配置示例：

   VkSamplerCreateInfo samplerInfo{};
   samplerInfo.mipmapMode = VK_SAMPLER_MIPMAP_MODE_LINEAR;
   samplerInfo.minLod = 0.0f;
   samplerInfo.maxLod = VK_LOD_CLAMP_NONE;
   samplerInfo.mipLodBias = 0.0f;
   

六、效果與實踐建議

• 視覺效果：消除莫爾條紋，文字邊緣更平滑。
• 性能優化：預先生成 mipmap 可避免運行時計算，通常存儲于紋理文件中。
• 調試建議：修改 minLod 可強制使用特定層級，觀察不同 LOD 效果。
  • 設置samplerInfo.minLod = static_cast<float>(texture.mipLevels / 2);效果：
    
  • 設置samplerInfo.minLod = static_cast<float>(texture.mipLevels / 4);效果：
    
  • 默認samplerInfo.minLod = 0.0f;效果：
    

多重采樣抗鋸齒(MSAA)總結

一、MSAA基礎概念

• 作用：解決幾何圖形邊緣鋸齒狀走樣問題，通過每個像素使用多個采樣點計算最終顏色。
• 原理：普通渲染使用單個采樣點，MSAA使用多個采樣點（如2/4/8倍），采樣數越多效果越好但性能開銷越大。
• 核心流程：在屏幕外多重采樣緩沖中渲染，再解析到常規幀緩沖。

二、獲取硬件支持的采樣計數

1. 實現函數：

   VkSampleCountFlagBits getMaxUsableSampleCount() {VkPhysicalDeviceProperties props;vkGetPhysicalDeviceProperties(physicalDevice, &props);// 取顏色和深度采樣計數的交集VkSampleCountFlags counts = props.limits.framebufferColorSampleCounts & props.limits.framebufferDepthSampleCounts;// 按優先級返回最高支持的采樣數if (counts & VK_SAMPLE_COUNT_64_BIT) return VK_SAMPLE_COUNT_64_BIT;// 依次檢查32/16/8/4/2/1位采樣return VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT;
   }
   

2. 應用場景：在物理設備選擇時調用，設置類成員msaaSamples。

三、渲染目標設置

1. 創建多重采樣顏色緩沖：

   void createColorResources() {VkFormat format = swapChainImageFormat;// 關鍵參數：采樣數msaaSamples，禁用mipmap（1級）createImage(swapChainExtent.width, swapChainExtent.height, 1, msaaSamples, format, VK_IMAGE_TILING_OPTIMAL, VK_IMAGE_USAGE_TRANSIENT_ATTACHMENT_BIT | VK_IMAGE_USAGE_COLOR_ATTACHMENT_BIT,VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT, colorImage, colorImageMemory);colorImageView = createImageView(colorImage, format, VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT, 1);
   }
   

2. 深度緩沖同步修改：

   void createDepthResources() {// 同步更新深度緩沖的采樣數createImage(swapChainExtent.width, swapChainExtent.height, 1, msaaSamples, ...);
   }
   

3. 資源清理與重建：
   • 在cleanupSwapChain中釋放colorImage相關資源。
   • 在recreateSwapChain中重新創建顏色和深度資源。

四、渲染通道與附件配置

1. 修改顏色/深度附件：

   colorAttachment.samples = msaaSamples;
   colorAttachment.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL; // 不再直接呈現
   depthAttachment.samples = msaaSamples;
   

2. 添加解析附件：

   VkAttachmentDescription colorAttachmentResolve{};
   colorAttachmentResolve.format = swapChainImageFormat;
   colorAttachmentResolve.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT; // 解析到單采樣常規圖像
   colorAttachmentResolve.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR; // 用于呈現
   

3. 子通道與依賴關系：

   VkAttachmentReference colorAttachmentResolveRef{2, VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL};
   subpass.pResolveAttachments = &colorAttachmentResolveRef; // 啟用解析操作
   // 更新依賴關系以確保寫入完成
   dependency.srcAccessMask = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT | VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_WRITE_BIT;
   

4. 幀緩沖與管線配置：

   // 幀緩沖附件包含多重采樣顏色、深度和解析目標
   std::array<VkImageView, 3> attachments = {colorImageView, depthImageView, swapChainImageViews[i]};
   // 管線啟用多重采樣
   multisampling.rasterizationSamples = msaaSamples;
   

五、質量優化：采樣著色(Sample Shading)

1. 作用：解決紋理內部著色混疊，補充MSAA僅平滑邊緣的不足。
2. 實現步驟：
   • 設備功能啟用：

     deviceFeatures.sampleRateShading = VK_TRUE;
     

   • 管線配置：

     multisampling.sampleShadingEnable = VK_TRUE;
     multisampling.minSampleShading = 0.2f; // 采樣著色閾值，越接近1越平滑
     

六、關鍵注意事項

• 性能權衡：高采樣數（如64x）對性能影響顯著，建議根據設備能力動態調整。
• 解析必要性：多重采樣圖像無法直接呈現，必須通過解析附件轉換為單采樣圖像。
• 兼容性檢查：部分舊設備可能不支持高采樣數，需做好降級處理。
• 視覺效果：MSAA主要改善幾何邊緣平滑度，紋理混疊需結合采樣著色或紋理過濾處理。

效果

• MSAA = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT
  

• MSAA = getMaxUsableSampleCount()
  
  當前代碼分支：13_mipmap_msaa