この節ではステージングバッファという概念についてやります。これはVulkanの機能としてそういう名前のものがあるという話ではなく、GPUの扱い方として一般に行った方が良いテクニックの話になります。
また見た目に変化の無い内容ですが、重要な内容です。
これまでの章において、デバイス(GPU)にデータを与える際はホスト可視なデバイスメモリにデータを置いていました。 これでも一応デバイスにデータを送れるのですが、実はこれは筋の良い方法ではありません。
デバイスメモリにはそれぞれ色々な特性があります。ホストから見えるものと見えないものがあることは既に学びました。それに加えてデバイスから効率的にアクセスできるものとそうでないものという区別があるのです。デバイスから高速にアクセスできるメモリをデバイスローカルなメモリと呼びます。
そして多くの場合、ホスト可視なデバイスメモリはデバイスローカルではないのです。
今までホスト可視なメモリにデータを置いていましたが、これはできればデバイスローカルなメモリにデータを移した方が処理が速くなります。その処理を実装していこうというのがこの節の趣旨です。
大雑把な流れは以下のようになります。
- 一時的なバッファ(ステージングバッファ)を作成
- ホスト可視なデバイスメモリを確保して割り当て
- 確保したデバイスメモリへデータをコピー
- 本使用のためのバッファを作成
- デバイスローカルなデバイスメモリを確保して割り当て
- GPUに命令してステージングバッファからデータをコピーさせる
ホスト可視ではないメモリにホストからデータを送る場合、ホスト可視なデバイスメモリを経由するしかないのでこのような形になります。
この時、途中で経由するホスト可視なデバイスメモリおよびバッファのことを通称「ステージングバッファ」と呼びます。
頂点バッファをデバイスローカルにする
ここでは頂点バッファをデバイスローカルなメモリに移す処理を書いてみます。内容的にほぼ同じなので省略しますが、インデックスバッファも同様に行えるはずです。
ステージングバッファの作成
すでに説明した通り、ホスト可視でないデバイスメモリに直接データを移すことは出来ないので、まずは中間項としてホスト可視なデバイスメモリによるステージングバッファを作成します。
注意点として、usageにvk::BufferUsageFlagBits::eTransferSrcを指定する必要があります。データの転送元という意味です。あとで頂点バッファへデータを転送するためこれを指定します。
vk::BufferCreateInfo stagingBufferCreateInfo;
stagingBufferCreateInfo.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
stagingBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eTransferSrc; // ここだけ注意
stagingBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer stagingBuf = device->createBufferUnique(stagingBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements stagingBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(stagingBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo stagingBufMemAllocInfo;
stagingBufMemAllocInfo.allocationSize = stagingBufMemReq.size;
suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (stagingBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) &&
(memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eHostVisible)) {
stagingBufMemAllocInfo.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
ステージングバッファの方に今まで通り、メモリマッピングでデータを書き込みます。
vk::UniqueDeviceMemory stagingBufMemory = device->allocateMemoryUnique(stagingBufMemAllocInfo);
device->bindBufferMemory(stagingBuf.get(), stagingBufMemory.get(), 0);
void* pStagingBufMem = device->mapMemory(stagingBufMemory.get(), 0, sizeof(Vertex) * vertices.size());
std::memcpy(pStagingBufMem, vertices.data(), sizeof(Vertex) * vertices.size());
vk::MappedMemoryRange flushMemoryRange;
flushMemoryRange.memory = stagingBufMemory.get();
flushMemoryRange.offset = 0;
flushMemoryRange.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
device->flushMappedMemoryRanges({ flushMemoryRange });
device->unmapMemory(stagingBufMemory.get());
頂点バッファの作成
次は実際に使われる頂点バッファの作成です。今までと違い、メモリの確保時にvk::MemoryPropertyFlagBits::eDeviceLocalフラグを持ったメモリを使うようにします。 逆にeHostVisibleは要りません。
また、usageにvk::BufferUsageFlagBits::eTransferDstを追加で指定しましょう。データの転送先を意味します。あとでステージングバッファからデータを転送してくるからです。
vk::BufferCreateInfo stagingBufferCreateInfo;
stagingBufferCreateInfo.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
stagingBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eVertexBuffer | vk::BufferUsageFlagBits::eTransferDst; // eTransferDstを追加
stagingBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer stagingBuf = device->createBufferUnique(stagingBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements stagingBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(stagingBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo stagingBufMemAllocInfo;
stagingBufMemAllocInfo.allocationSize = stagingBufMemReq.size;
suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (stagingBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) &&
(memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eDeviceLocal)) { // eDeviceLocalに変更
stagingBufMemReq.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
データの転送
こちらはメモリマッピングではデータを入れられません。ホスト可視でないからです。
ホスト可視でないメモリはCPUからは触れません。ということでGPUにコピーさせる訳ですが、GPUに命令するということは例によってコマンドバッファとキューを使います。 データの転送用に、コマンドバッファを作成するコードを別途追加しましょう。
vk::CommandPoolCreateInfo tmpCmdPoolCreateInfo;
tmpCmdPoolCreateInfo.queueFamilyIndex = graphicsQueueFamilyIndex;
tmpCmdPoolCreateInfo.flags = vk::CommandPoolCreateFlagBits::eTransient;
vk::UniqueCommandPool tmpCmdPool = device->createCommandPoolUnique(tmpCmdPoolCreateInfo);
vk::CommandBufferAllocateInfo tmpCmdBufAllocInfo;
tmpCmdBufAllocInfo.commandPool = tmpCmdPool.get();
tmpCmdBufAllocInfo.commandBufferCount = 1;
tmpCmdBufAllocInfo.level = vk::CommandBufferLevel::ePrimary;
std::vector<vk::UniqueCommandBuffer> tmpCmdBufs = device->allocateCommandBuffersUnique(tmpCmdBufAllocInfo);
今までのコードと違う点として、コマンドプールにvk::CommandPoolCreateFlagBits::eTransientフラグを指定しています。これは比較的すぐに使ってすぐに役目を終えるコマンドバッファ用であることを意味するフラグで、必須ではないですが指定しておくと内部的に最適化が起きる可能性があるようです。
このコマンドバッファを使ってデータ転送の命令を飛ばしましょう。
vk::BufferCopy bufCopy;
bufCopy.srcOffset = 0;
bufCopy.dstOffset = 0;
bufCopy.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
vk::CommandBufferBeginInfo cmdBeginInfo;
cmdBeginInfo.flags = vk::CommandBufferUsageFlagBits::eOneTimeSubmit;
tmpCmdBufs[0]->begin(cmdBeginInfo);
tmpCmdBufs[0]->copyBuffer(stagingBuf.get(), vertexBuf.get(), {bufCopy});
tmpCmdBufs[0]->end();
バッファ間でデータをコピーするには copyBuffer を使います。そしてコピーするバッファやコピーする領域を指定するために vk::BufferCopy 構造体を使います。
srcOffsetは転送元バッファの先頭から何バイト目を読み込むというデータ位置、dstOffsetは転送先バッファの先頭から何バイト目に書き込むというデータ位置、sizeはデータサイズを表します。memcpyの引数と似たような感じだと理解すると分かりやすいかもしれません。
あとはキューに投げるだけです。
vk::CommandBuffer submitCmdBuf[1] = {tmpCmdBufs[0].get()};
vk::SubmitInfo submitInfo;
submitInfo.commandBufferCount = 1;
submitInfo.pCommandBuffers = submitCmdBuf;
graphicsQueue.submit({submitInfo});
graphicsQueue.waitIdle();
ここはもう見慣れたようなコードですね。
これで実行してみましょう。特に見た目は変わりませんが、デバイスローカルを指定した上でちゃんと動いていることが分かるかと思います。
インデックスバッファをデバイスローカルにする
基本的に頂点バッファと同じなので詳しい説明は省きます。
vk::BufferCreateInfo indexBufferCreateInfo;
indexBufferCreateInfo.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
indexBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eIndexBuffer | vk::BufferUsageFlagBits::eTransferDst;
indexBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer indexBuf = device->createBufferUnique(indexBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements indexBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(indexBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo indexBufMemAllocInfo;
indexBufMemAllocInfo.allocationSize = indexBufMemReq.size;
suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (indexBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) && (memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eDeviceLocal)) {
indexBufMemAllocInfo.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
vk::UniqueDeviceMemory indexBufMemory = device->allocateMemoryUnique(indexBufMemAllocInfo);
device->bindBufferMemory(indexBuf.get(), indexBufMemory.get(), 0);
{
vk::BufferCreateInfo stagingBufferCreateInfo;
stagingBufferCreateInfo.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
stagingBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eTransferSrc;
stagingBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer stagingBuf = device->createBufferUnique(stagingBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements stagingBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(stagingBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo stagingBufMemAllocInfo;
stagingBufMemAllocInfo.allocationSize = stagingBufMemReq.size;
suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (stagingBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) && (memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eHostVisible)) {
stagingBufMemAllocInfo.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
vk::UniqueDeviceMemory stagingBufMemory = device->allocateMemoryUnique(stagingBufMemAllocInfo);
device->bindBufferMemory(stagingBuf.get(), stagingBufMemory.get(), 0);
void *pStagingBufMem = device->mapMemory(stagingBufMemory.get(), 0, sizeof(uint16_t) * indices.size());
std::memcpy(pStagingBufMem, indices.data(), sizeof(uint16_t) * indices.size());
vk::MappedMemoryRange flushMemoryRange;
flushMemoryRange.memory = stagingBufMemory.get();
flushMemoryRange.offset = 0;
flushMemoryRange.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
device->flushMappedMemoryRanges({flushMemoryRange});
device->unmapMemory(stagingBufMemory.get());
vk::CommandPoolCreateInfo tmpCmdPoolCreateInfo;
tmpCmdPoolCreateInfo.queueFamilyIndex = graphicsQueueFamilyIndex;
tmpCmdPoolCreateInfo.flags = vk::CommandPoolCreateFlagBits::eTransient;
vk::UniqueCommandPool tmpCmdPool = device->createCommandPoolUnique(tmpCmdPoolCreateInfo);
vk::CommandBufferAllocateInfo tmpCmdBufAllocInfo;
tmpCmdBufAllocInfo.commandPool = tmpCmdPool.get();
tmpCmdBufAllocInfo.commandBufferCount = 1;
tmpCmdBufAllocInfo.level = vk::CommandBufferLevel::ePrimary;
std::vector<vk::UniqueCommandBuffer> tmpCmdBufs = device->allocateCommandBuffersUnique(tmpCmdBufAllocInfo);
vk::BufferCopy bufCopy;
bufCopy.srcOffset = 0;
bufCopy.dstOffset = 0;
bufCopy.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
vk::CommandBufferBeginInfo cmdBeginInfo;
cmdBeginInfo.flags = vk::CommandBufferUsageFlagBits::eOneTimeSubmit;
tmpCmdBufs[0]->begin(cmdBeginInfo);
tmpCmdBufs[0]->copyBuffer(stagingBuf.get(), indexBuf.get(), {bufCopy});
tmpCmdBufs[0]->end();
vk::CommandBuffer submitCmdBuf[1] = {tmpCmdBufs[0].get()};
vk::SubmitInfo submitInfo;
submitInfo.commandBufferCount = 1;
submitInfo.pCommandBuffers = submitCmdBuf;
graphicsQueue.submit({submitInfo});
graphicsQueue.waitIdle();
}
補足: メモリタイプについて
人によっては混乱しそうな部分について少し補足します。
今回はデータをGPUからアクセスしやすいようにデバイスローカルなメモリに移すこと、そしてCPUから直接触れられないメモリに移すために「ステージングバッファ」と呼ばれるテクニックを使うことを説明しました。
- 元のデータ: 通常メモリ
- ステージングバッファ: デバイスメモリ、ホスト可視
- 頂点バッファ: デバイスメモリ、デバイスローカル
ここで一部の人は「ステージングバッファはホストから見えるという以外に、デバイスから見えるみたいなフラグを必要としなくて良いのか？」「なぜこれでデバイスからも見えるのか？」と疑問に思ったかもしれません。
答えは単純で、デバイスメモリである時点でそれはデバイスから見えるメモリだからです。
デバイスローカルなメモリとそうでないメモリという区別はありますが、デバイスローカルだとアクセスが効率的というだけです。デバイスローカルでないメモリでも、デバイスメモリである時点でデバイスからは見えるメモリです。
この節ではステージングバッファというものについて学びました。ホスト可視だとかデバイスローカルだとか、なんだか雲をつかむような話で腑に落ちないかもしれませんが、この辺り実際に内部で何が起きているかを補講5. デバイスメモリと内部的な挙動にまとめました。
からくりを知っておいて損はないので、気になる方は是非目を通しておいてください。この節のコード
#include <vulkan/vulkan.hpp>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <filesystem>
#include <fstream>
#include <iostream>
const uint32_t screenWidth = 640;
const uint32_t screenHeight = 480;
struct Vec2 {
float x, y;
};
struct Vec3 {
float x, y, z;
};
struct Vertex {
Vec2 pos;
Vec3 color;
};
std::vector<Vertex> vertices = {
Vertex{Vec2{-0.5f, -0.5f}, Vec3{0.0, 0.0, 1.0}},
Vertex{Vec2{0.5f, 0.5f}, Vec3{0.0, 1.0, 0.0}},
Vertex{Vec2{-0.5f, 0.5f}, Vec3{1.0, 0.0, 0.0}},
Vertex{Vec2{0.5f, -0.5f}, Vec3{1.0, 1.0, 1.0}},
};
std::vector<uint16_t> indices = {0, 1, 2, 1, 0, 3};
int main() {
if (!glfwInit())
return -1;
uint32_t requiredExtensionsCount;
const char **requiredExtensions = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&requiredExtensionsCount);
vk::InstanceCreateInfo createInfo;
createInfo.enabledExtensionCount = requiredExtensionsCount;
createInfo.ppEnabledExtensionNames = requiredExtensions;
vk::UniqueInstance instance;
instance = vk::createInstanceUnique(createInfo);
glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);
GLFWwindow *window;
window = glfwCreateWindow(screenWidth, screenHeight, "GLFW Test Window", NULL, NULL);
if (!window) {
const char *err;
glfwGetError(&err);
std::cout << err << std::endl;
glfwTerminate();
return -1;
}
VkSurfaceKHR c_surface;
auto result = glfwCreateWindowSurface(instance.get(), window, nullptr, &c_surface);
if (result != VK_SUCCESS) {
const char *err;
glfwGetError(&err);
std::cout << err << std::endl;
glfwTerminate();
return -1;
}
vk::UniqueSurfaceKHR surface{c_surface, instance.get()};
std::vector<vk::PhysicalDevice> physicalDevices = instance->enumeratePhysicalDevices();
vk::PhysicalDevice physicalDevice;
bool existsSuitablePhysicalDevice = false;
uint32_t graphicsQueueFamilyIndex;
for (size_t i = 0; i < physicalDevices.size(); i++) {
std::vector<vk::QueueFamilyProperties> queueProps = physicalDevices[i].getQueueFamilyProperties();
bool existsGraphicsQueue = false;
for (size_t j = 0; j < queueProps.size(); j++) {
if (queueProps[j].queueFlags & vk::QueueFlagBits::eGraphics && physicalDevices[i].getSurfaceSupportKHR(j, surface.get())) {
existsGraphicsQueue = true;
graphicsQueueFamilyIndex = j;
break;
}
}
std::vector<vk::ExtensionProperties> extProps = physicalDevices[i].enumerateDeviceExtensionProperties();
bool supportsSwapchainExtension = false;
for (size_t j = 0; j < extProps.size(); j++) {
if (std::string_view(extProps[j].extensionName.data()) == VK_KHR_SWAPCHAIN_EXTENSION_NAME) {
supportsSwapchainExtension = true;
break;
}
}
if (existsGraphicsQueue && supportsSwapchainExtension) {
physicalDevice = physicalDevices[i];
existsSuitablePhysicalDevice = true;
break;
}
}
if (!existsSuitablePhysicalDevice) {
std::cerr << "使用可能な物理デバイスがありません。" << std::endl;
return -1;
}
vk::DeviceCreateInfo devCreateInfo;
auto devRequiredExtensions = {VK_KHR_SWAPCHAIN_EXTENSION_NAME};
devCreateInfo.enabledExtensionCount = devRequiredExtensions.size();
devCreateInfo.ppEnabledExtensionNames = devRequiredExtensions.begin();
vk::DeviceQueueCreateInfo queueCreateInfo[1];
queueCreateInfo[0].queueFamilyIndex = graphicsQueueFamilyIndex;
queueCreateInfo[0].queueCount = 1;
float queuePriorities[1] = {1.0};
queueCreateInfo[0].pQueuePriorities = queuePriorities;
devCreateInfo.pQueueCreateInfos = queueCreateInfo;
devCreateInfo.queueCreateInfoCount = 1;
vk::UniqueDevice device = physicalDevice.createDeviceUnique(devCreateInfo);
vk::Queue graphicsQueue = device->getQueue(graphicsQueueFamilyIndex, 0);
vk::PhysicalDeviceMemoryProperties memProps = physicalDevice.getMemoryProperties();
vk::BufferCreateInfo vertBufferCreateInfo;
vertBufferCreateInfo.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
vertBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eVertexBuffer | vk::BufferUsageFlagBits::eTransferDst;
vertBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer vertexBuf = device->createBufferUnique(vertBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements vertexBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(vertexBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo vertexBufMemAllocInfo;
vertexBufMemAllocInfo.allocationSize = vertexBufMemReq.size;
bool suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (vertexBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) && (memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eDeviceLocal)) {
vertexBufMemAllocInfo.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
vk::UniqueDeviceMemory vertexBufMemory = device->allocateMemoryUnique(vertexBufMemAllocInfo);
device->bindBufferMemory(vertexBuf.get(), vertexBufMemory.get(), 0);
{
vk::BufferCreateInfo stagingBufferCreateInfo;
stagingBufferCreateInfo.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
stagingBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eTransferSrc;
stagingBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer stagingBuf = device->createBufferUnique(stagingBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements stagingBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(stagingBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo stagingBufMemAllocInfo;
stagingBufMemAllocInfo.allocationSize = stagingBufMemReq.size;
suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (stagingBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) && (memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eHostVisible)) {
stagingBufMemAllocInfo.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
vk::UniqueDeviceMemory stagingBufMemory = device->allocateMemoryUnique(stagingBufMemAllocInfo);
device->bindBufferMemory(stagingBuf.get(), stagingBufMemory.get(), 0);
void *pStagingBufMem = device->mapMemory(stagingBufMemory.get(), 0, sizeof(Vertex) * vertices.size());
std::memcpy(pStagingBufMem, vertices.data(), sizeof(Vertex) * vertices.size());
vk::MappedMemoryRange flushMemoryRange;
flushMemoryRange.memory = stagingBufMemory.get();
flushMemoryRange.offset = 0;
flushMemoryRange.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
device->flushMappedMemoryRanges({flushMemoryRange});
device->unmapMemory(stagingBufMemory.get());
vk::CommandPoolCreateInfo tmpCmdPoolCreateInfo;
tmpCmdPoolCreateInfo.queueFamilyIndex = graphicsQueueFamilyIndex;
tmpCmdPoolCreateInfo.flags = vk::CommandPoolCreateFlagBits::eTransient;
vk::UniqueCommandPool tmpCmdPool = device->createCommandPoolUnique(tmpCmdPoolCreateInfo);
vk::CommandBufferAllocateInfo tmpCmdBufAllocInfo;
tmpCmdBufAllocInfo.commandPool = tmpCmdPool.get();
tmpCmdBufAllocInfo.commandBufferCount = 1;
tmpCmdBufAllocInfo.level = vk::CommandBufferLevel::ePrimary;
std::vector<vk::UniqueCommandBuffer> tmpCmdBufs = device->allocateCommandBuffersUnique(tmpCmdBufAllocInfo);
vk::BufferCopy bufCopy;
bufCopy.srcOffset = 0;
bufCopy.dstOffset = 0;
bufCopy.size = sizeof(Vertex) * vertices.size();
vk::CommandBufferBeginInfo cmdBeginInfo;
cmdBeginInfo.flags = vk::CommandBufferUsageFlagBits::eOneTimeSubmit;
tmpCmdBufs[0]->begin(cmdBeginInfo);
tmpCmdBufs[0]->copyBuffer(stagingBuf.get(), vertexBuf.get(), {bufCopy});
tmpCmdBufs[0]->end();
vk::CommandBuffer submitCmdBuf[1] = {tmpCmdBufs[0].get()};
vk::SubmitInfo submitInfo;
submitInfo.commandBufferCount = 1;
submitInfo.pCommandBuffers = submitCmdBuf;
graphicsQueue.submit({submitInfo});
graphicsQueue.waitIdle();
}
vk::BufferCreateInfo indexBufferCreateInfo;
indexBufferCreateInfo.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
indexBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eIndexBuffer | vk::BufferUsageFlagBits::eTransferDst;
indexBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer indexBuf = device->createBufferUnique(indexBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements indexBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(indexBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo indexBufMemAllocInfo;
indexBufMemAllocInfo.allocationSize = indexBufMemReq.size;
suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (indexBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) && (memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eDeviceLocal)) {
indexBufMemAllocInfo.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
vk::UniqueDeviceMemory indexBufMemory = device->allocateMemoryUnique(indexBufMemAllocInfo);
device->bindBufferMemory(indexBuf.get(), indexBufMemory.get(), 0);
{
vk::BufferCreateInfo stagingBufferCreateInfo;
stagingBufferCreateInfo.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
stagingBufferCreateInfo.usage = vk::BufferUsageFlagBits::eTransferSrc;
stagingBufferCreateInfo.sharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
vk::UniqueBuffer stagingBuf = device->createBufferUnique(stagingBufferCreateInfo);
vk::MemoryRequirements stagingBufMemReq = device->getBufferMemoryRequirements(stagingBuf.get());
vk::MemoryAllocateInfo stagingBufMemAllocInfo;
stagingBufMemAllocInfo.allocationSize = stagingBufMemReq.size;
suitableMemoryTypeFound = false;
for (uint32_t i = 0; i < memProps.memoryTypeCount; i++) {
if (stagingBufMemReq.memoryTypeBits & (1 << i) && (memProps.memoryTypes[i].propertyFlags & vk::MemoryPropertyFlagBits::eHostVisible)) {
stagingBufMemAllocInfo.memoryTypeIndex = i;
suitableMemoryTypeFound = true;
break;
}
}
if (!suitableMemoryTypeFound) {
std::cerr << "適切なメモリタイプが存在しません。" << std::endl;
return -1;
}
vk::UniqueDeviceMemory stagingBufMemory = device->allocateMemoryUnique(stagingBufMemAllocInfo);
device->bindBufferMemory(stagingBuf.get(), stagingBufMemory.get(), 0);
void *pStagingBufMem = device->mapMemory(stagingBufMemory.get(), 0, sizeof(uint16_t) * indices.size());
std::memcpy(pStagingBufMem, indices.data(), sizeof(uint16_t) * indices.size());
vk::MappedMemoryRange flushMemoryRange;
flushMemoryRange.memory = stagingBufMemory.get();
flushMemoryRange.offset = 0;
flushMemoryRange.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
device->flushMappedMemoryRanges({flushMemoryRange});
device->unmapMemory(stagingBufMemory.get());
vk::CommandPoolCreateInfo tmpCmdPoolCreateInfo;
tmpCmdPoolCreateInfo.queueFamilyIndex = graphicsQueueFamilyIndex;
tmpCmdPoolCreateInfo.flags = vk::CommandPoolCreateFlagBits::eTransient;
vk::UniqueCommandPool tmpCmdPool = device->createCommandPoolUnique(tmpCmdPoolCreateInfo);
vk::CommandBufferAllocateInfo tmpCmdBufAllocInfo;
tmpCmdBufAllocInfo.commandPool = tmpCmdPool.get();
tmpCmdBufAllocInfo.commandBufferCount = 1;
tmpCmdBufAllocInfo.level = vk::CommandBufferLevel::ePrimary;
std::vector<vk::UniqueCommandBuffer> tmpCmdBufs = device->allocateCommandBuffersUnique(tmpCmdBufAllocInfo);
vk::BufferCopy bufCopy;
bufCopy.srcOffset = 0;
bufCopy.dstOffset = 0;
bufCopy.size = sizeof(uint16_t) * indices.size();
vk::CommandBufferBeginInfo cmdBeginInfo;
cmdBeginInfo.flags = vk::CommandBufferUsageFlagBits::eOneTimeSubmit;
tmpCmdBufs[0]->begin(cmdBeginInfo);
tmpCmdBufs[0]->copyBuffer(stagingBuf.get(), indexBuf.get(), {bufCopy});
tmpCmdBufs[0]->end();
vk::CommandBuffer submitCmdBuf[1] = {tmpCmdBufs[0].get()};
vk::SubmitInfo submitInfo;
submitInfo.commandBufferCount = 1;
submitInfo.pCommandBuffers = submitCmdBuf;
graphicsQueue.submit({submitInfo});
graphicsQueue.waitIdle();
}
std::vector<vk::SurfaceFormatKHR> surfaceFormats = physicalDevice.getSurfaceFormatsKHR(surface.get());
std::vector<vk::PresentModeKHR> surfacePresentModes = physicalDevice.getSurfacePresentModesKHR(surface.get());
vk::SurfaceFormatKHR swapchainFormat = surfaceFormats[0];
vk::PresentModeKHR swapchainPresentMode = surfacePresentModes[0];
vk::AttachmentDescription attachments[1];
attachments[0].format = swapchainFormat.format;
attachments[0].samples = vk::SampleCountFlagBits::e1;
attachments[0].loadOp = vk::AttachmentLoadOp::eClear;
attachments[0].storeOp = vk::AttachmentStoreOp::eStore;
attachments[0].stencilLoadOp = vk::AttachmentLoadOp::eDontCare;
attachments[0].stencilStoreOp = vk::AttachmentStoreOp::eDontCare;
attachments[0].initialLayout = vk::ImageLayout::eUndefined;
attachments[0].finalLayout = vk::ImageLayout::ePresentSrcKHR;
vk::AttachmentReference subpass0_attachmentRefs[1];
subpass0_attachmentRefs[0].attachment = 0;
subpass0_attachmentRefs[0].layout = vk::ImageLayout::eColorAttachmentOptimal;
vk::SubpassDescription subpasses[1];
subpasses[0].pipelineBindPoint = vk::PipelineBindPoint::eGraphics;
subpasses[0].colorAttachmentCount = 1;
subpasses[0].pColorAttachments = subpass0_attachmentRefs;
vk::RenderPassCreateInfo renderpassCreateInfo;
renderpassCreateInfo.attachmentCount = 1;
renderpassCreateInfo.pAttachments = attachments;
renderpassCreateInfo.subpassCount = 1;
renderpassCreateInfo.pSubpasses = subpasses;
renderpassCreateInfo.dependencyCount = 0;
renderpassCreateInfo.pDependencies = nullptr;
vk::UniqueRenderPass renderpass = device->createRenderPassUnique(renderpassCreateInfo);
vk::Viewport viewports[1];
viewports[0].x = 0.0;
viewports[0].y = 0.0;
viewports[0].minDepth = 0.0;
viewports[0].maxDepth = 1.0;
viewports[0].width = screenWidth;
viewports[0].height = screenHeight;
vk::Rect2D scissors[1];
scissors[0].offset = vk::Offset2D{0, 0};
scissors[0].extent = vk::Extent2D{screenWidth, screenHeight};
vk::PipelineViewportStateCreateInfo viewportState;
viewportState.viewportCount = 1;
viewportState.pViewports = viewports;
viewportState.scissorCount = 1;
viewportState.pScissors = scissors;
vk::VertexInputBindingDescription vertexBindingDescription[1];
vertexBindingDescription[0].binding = 0;
vertexBindingDescription[0].stride = sizeof(Vertex);
vertexBindingDescription[0].inputRate = vk::VertexInputRate::eVertex;
vk::VertexInputAttributeDescription vertexInputDescription[2];
vertexInputDescription[0].binding = 0;
vertexInputDescription[0].location = 0;
vertexInputDescription[0].format = vk::Format::eR32G32Sfloat;
vertexInputDescription[0].offset = offsetof(Vertex, pos);
vertexInputDescription[1].binding = 0;
vertexInputDescription[1].location = 1;
vertexInputDescription[1].format = vk::Format::eR32G32B32Sfloat;
vertexInputDescription[1].offset = offsetof(Vertex, color);
vk::PipelineVertexInputStateCreateInfo vertexInputInfo;
vertexInputInfo.vertexBindingDescriptionCount = std::size(vertexBindingDescription);
vertexInputInfo.pVertexBindingDescriptions = vertexBindingDescription;
vertexInputInfo.vertexAttributeDescriptionCount = std::size(vertexInputDescription);
vertexInputInfo.pVertexAttributeDescriptions = vertexInputDescription;
vk::PipelineInputAssemblyStateCreateInfo inputAssembly;
inputAssembly.topology = vk::PrimitiveTopology::eTriangleList;
inputAssembly.primitiveRestartEnable = false;
vk::PipelineRasterizationStateCreateInfo rasterizer;
rasterizer.depthClampEnable = false;
rasterizer.rasterizerDiscardEnable = false;
rasterizer.polygonMode = vk::PolygonMode::eFill;
rasterizer.lineWidth = 1.0f;
rasterizer.cullMode = vk::CullModeFlagBits::eBack;
rasterizer.frontFace = vk::FrontFace::eClockwise;
rasterizer.depthBiasEnable = false;
vk::PipelineMultisampleStateCreateInfo multisample;
multisample.sampleShadingEnable = false;
multisample.rasterizationSamples = vk::SampleCountFlagBits::e1;
vk::PipelineColorBlendAttachmentState blendattachment[1];
blendattachment[0].colorWriteMask = vk::ColorComponentFlagBits::eA | vk::ColorComponentFlagBits::eR | vk::ColorComponentFlagBits::eG | vk::ColorComponentFlagBits::eB;
blendattachment[0].blendEnable = false;
vk::PipelineColorBlendStateCreateInfo blend;
blend.logicOpEnable = false;
blend.attachmentCount = 1;
blend.pAttachments = blendattachment;
vk::PipelineLayoutCreateInfo layoutCreateInfo;
layoutCreateInfo.setLayoutCount = 0;
layoutCreateInfo.pSetLayouts = nullptr;
vk::UniquePipelineLayout pipelineLayout = device->createPipelineLayoutUnique(layoutCreateInfo);
size_t vertSpvFileSz = std::filesystem::file_size("shader.vert.spv");
std::ifstream vertSpvFile("shader.vert.spv", std::ios_base::binary);
std::vector<char> vertSpvFileData(vertSpvFileSz);
vertSpvFile.read(vertSpvFileData.data(), vertSpvFileSz);
vk::ShaderModuleCreateInfo vertShaderCreateInfo;
vertShaderCreateInfo.codeSize = vertSpvFileSz;
vertShaderCreateInfo.pCode = reinterpret_cast<const uint32_t *>(vertSpvFileData.data());
vk::UniqueShaderModule vertShader = device->createShaderModuleUnique(vertShaderCreateInfo);
size_t fragSpvFileSz = std::filesystem::file_size("shader.frag.spv");
std::ifstream fragSpvFile("shader.frag.spv", std::ios_base::binary);
std::vector<char> fragSpvFileData(fragSpvFileSz);
fragSpvFile.read(fragSpvFileData.data(), fragSpvFileSz);
vk::ShaderModuleCreateInfo fragShaderCreateInfo;
fragShaderCreateInfo.codeSize = fragSpvFileSz;
fragShaderCreateInfo.pCode = reinterpret_cast<const uint32_t *>(fragSpvFileData.data());
vk::UniqueShaderModule fragShader = device->createShaderModuleUnique(fragShaderCreateInfo);
vk::PipelineShaderStageCreateInfo shaderStage[2];
shaderStage[0].stage = vk::ShaderStageFlagBits::eVertex;
shaderStage[0].module = vertShader.get();
shaderStage[0].pName = "main";
shaderStage[1].stage = vk::ShaderStageFlagBits::eFragment;
shaderStage[1].module = fragShader.get();
shaderStage[1].pName = "main";
vk::GraphicsPipelineCreateInfo pipelineCreateInfo;
pipelineCreateInfo.pViewportState = &viewportState;
pipelineCreateInfo.pVertexInputState = &vertexInputInfo;
pipelineCreateInfo.pInputAssemblyState = &inputAssembly;
pipelineCreateInfo.pRasterizationState = &rasterizer;
pipelineCreateInfo.pMultisampleState = &multisample;
pipelineCreateInfo.pColorBlendState = &blend;
pipelineCreateInfo.layout = pipelineLayout.get();
pipelineCreateInfo.renderPass = renderpass.get();
pipelineCreateInfo.subpass = 0;
pipelineCreateInfo.stageCount = 2;
pipelineCreateInfo.pStages = shaderStage;
vk::UniquePipeline pipeline = device->createGraphicsPipelineUnique(nullptr, pipelineCreateInfo).value;
vk::UniqueSwapchainKHR swapchain;
std::vector<vk::Image> swapchainImages;
std::vector<vk::UniqueImageView> swapchainImageViews;
std::vector<vk::UniqueFramebuffer> swapchainFramebufs;
auto recreateSwapchain = [&]() {
swapchainFramebufs.clear();
swapchainImageViews.clear();
swapchainImages.clear();
swapchain.reset();
vk::SurfaceCapabilitiesKHR surfaceCapabilities = physicalDevice.getSurfaceCapabilitiesKHR(surface.get());
vk::SwapchainCreateInfoKHR swapchainCreateInfo;
swapchainCreateInfo.surface = surface.get();
swapchainCreateInfo.minImageCount = surfaceCapabilities.minImageCount + 1;
swapchainCreateInfo.imageFormat = swapchainFormat.format;
swapchainCreateInfo.imageColorSpace = swapchainFormat.colorSpace;
swapchainCreateInfo.imageExtent = surfaceCapabilities.currentExtent;
swapchainCreateInfo.imageArrayLayers = 1;
swapchainCreateInfo.imageUsage = vk::ImageUsageFlagBits::eColorAttachment;
swapchainCreateInfo.imageSharingMode = vk::SharingMode::eExclusive;
swapchainCreateInfo.preTransform = surfaceCapabilities.currentTransform;
swapchainCreateInfo.presentMode = swapchainPresentMode;
swapchainCreateInfo.clipped = VK_TRUE;
swapchain = device->createSwapchainKHRUnique(swapchainCreateInfo);
swapchainImages = device->getSwapchainImagesKHR(swapchain.get());
swapchainImageViews.resize(swapchainImages.size());
for (size_t i = 0; i < swapchainImages.size(); i++) {
vk::ImageViewCreateInfo imgViewCreateInfo;
imgViewCreateInfo.image = swapchainImages[i];
imgViewCreateInfo.viewType = vk::ImageViewType::e2D;
imgViewCreateInfo.format = swapchainFormat.format;
imgViewCreateInfo.components.r = vk::ComponentSwizzle::eIdentity;
imgViewCreateInfo.components.g = vk::ComponentSwizzle::eIdentity;
imgViewCreateInfo.components.b = vk::ComponentSwizzle::eIdentity;
imgViewCreateInfo.components.a = vk::ComponentSwizzle::eIdentity;
imgViewCreateInfo.subresourceRange.aspectMask = vk::ImageAspectFlagBits::eColor;
imgViewCreateInfo.subresourceRange.baseMipLevel = 0;
imgViewCreateInfo.subresourceRange.levelCount = 1;
imgViewCreateInfo.subresourceRange.baseArrayLayer = 0;
imgViewCreateInfo.subresourceRange.layerCount = 1;
swapchainImageViews[i] = device->createImageViewUnique(imgViewCreateInfo);
}
swapchainFramebufs.resize(swapchainImages.size());
for (size_t i = 0; i < swapchainImages.size(); i++) {
vk::ImageView frameBufAttachments[1];
frameBufAttachments[0] = swapchainImageViews[i].get();
vk::FramebufferCreateInfo frameBufCreateInfo;
frameBufCreateInfo.width = surfaceCapabilities.currentExtent.width;
frameBufCreateInfo.height = surfaceCapabilities.currentExtent.height;
frameBufCreateInfo.layers = 1;
frameBufCreateInfo.renderPass = renderpass.get();
frameBufCreateInfo.attachmentCount = 1;
frameBufCreateInfo.pAttachments = frameBufAttachments;
swapchainFramebufs[i] = device->createFramebufferUnique(frameBufCreateInfo);
}
};
recreateSwapchain();
vk::CommandPoolCreateInfo cmdPoolCreateInfo;
cmdPoolCreateInfo.queueFamilyIndex = graphicsQueueFamilyIndex;
cmdPoolCreateInfo.flags = vk::CommandPoolCreateFlagBits::eResetCommandBuffer;
vk::UniqueCommandPool cmdPool = device->createCommandPoolUnique(cmdPoolCreateInfo);
vk::CommandBufferAllocateInfo cmdBufAllocInfo;
cmdBufAllocInfo.commandPool = cmdPool.get();
cmdBufAllocInfo.commandBufferCount = 1;
cmdBufAllocInfo.level = vk::CommandBufferLevel::ePrimary;
std::vector<vk::UniqueCommandBuffer> cmdBufs = device->allocateCommandBuffersUnique(cmdBufAllocInfo);
vk::SemaphoreCreateInfo semaphoreCreateInfo;
vk::UniqueSemaphore swapchainImgSemaphore, imgRenderedSemaphore;
swapchainImgSemaphore = device->createSemaphoreUnique(semaphoreCreateInfo);
imgRenderedSemaphore = device->createSemaphoreUnique(semaphoreCreateInfo);
vk::FenceCreateInfo fenceCreateInfo;
fenceCreateInfo.flags = vk::FenceCreateFlagBits::eSignaled;
vk::UniqueFence imgRenderedFence = device->createFenceUnique(fenceCreateInfo);
while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
glfwPollEvents();
device->waitForFences({imgRenderedFence.get()}, VK_TRUE, UINT64_MAX);
vk::ResultValue acquireImgResult = device->acquireNextImageKHR(swapchain.get(), 1'000'000'000, swapchainImgSemaphore.get());
if (acquireImgResult.result == vk::Result::eSuboptimalKHR || acquireImgResult.result == vk::Result::eErrorOutOfDateKHR) {
std::cerr << "スワップチェーンを再作成します。" << std::endl;
recreateSwapchain();
continue;
}
if (acquireImgResult.result != vk::Result::eSuccess) {
std::cerr << "次フレームの取得に失敗しました。" << std::endl;
return -1;
}
device->resetFences({imgRenderedFence.get()});
uint32_t imgIndex = acquireImgResult.value;
cmdBufs[0]->reset();
vk::CommandBufferBeginInfo cmdBeginInfo;
cmdBufs[0]->begin(cmdBeginInfo);
vk::ClearValue clearVal[1];
clearVal[0].color.float32[0] = 0.0f;
clearVal[0].color.float32[1] = 0.0f;
clearVal[0].color.float32[2] = 0.0f;
clearVal[0].color.float32[3] = 1.0f;
vk::RenderPassBeginInfo renderpassBeginInfo;
renderpassBeginInfo.renderPass = renderpass.get();
renderpassBeginInfo.framebuffer = swapchainFramebufs[imgIndex].get();
renderpassBeginInfo.renderArea = vk::Rect2D({0, 0}, {screenWidth, screenHeight});
renderpassBeginInfo.clearValueCount = 1;
renderpassBeginInfo.pClearValues = clearVal;
cmdBufs[0]->beginRenderPass(renderpassBeginInfo, vk::SubpassContents::eInline);
cmdBufs[0]->bindPipeline(vk::PipelineBindPoint::eGraphics, pipeline.get());
cmdBufs[0]->bindVertexBuffers(0, {vertexBuf.get()}, {0});
cmdBufs[0]->bindIndexBuffer(indexBuf.get(), 0, vk::IndexType::eUint16);
cmdBufs[0]->drawIndexed(indices.size(), 1, 0, 0, 0);
cmdBufs[0]->endRenderPass();
cmdBufs[0]->end();
vk::CommandBuffer submitCmdBuf[1] = {cmdBufs[0].get()};
vk::SubmitInfo submitInfo;
submitInfo.commandBufferCount = 1;
submitInfo.pCommandBuffers = submitCmdBuf;
vk::Semaphore renderwaitSemaphores[] = {swapchainImgSemaphore.get()};
vk::PipelineStageFlags renderwaitStages[] = {vk::PipelineStageFlagBits::eColorAttachmentOutput};
submitInfo.waitSemaphoreCount = 1;
submitInfo.pWaitSemaphores = renderwaitSemaphores;
submitInfo.pWaitDstStageMask = renderwaitStages;
vk::Semaphore renderSignalSemaphores[] = {imgRenderedSemaphore.get()};
submitInfo.signalSemaphoreCount = 1;
submitInfo.pSignalSemaphores = renderSignalSemaphores;
graphicsQueue.submit({submitInfo}, imgRenderedFence.get());
vk::PresentInfoKHR presentInfo;
auto presentSwapchains = {swapchain.get()};
auto imgIndices = {imgIndex};
presentInfo.swapchainCount = presentSwapchains.size();
presentInfo.pSwapchains = presentSwapchains.begin();
presentInfo.pImageIndices = imgIndices.begin();
vk::Semaphore presenWaitSemaphores[] = {imgRenderedSemaphore.get()};
presentInfo.waitSemaphoreCount = 1;
presentInfo.pWaitSemaphores = presenWaitSemaphores;
graphicsQueue.presentKHR(presentInfo);
}
graphicsQueue.waitIdle();
glfwTerminate();
return 0;
}
#version 450
#extension GL_ARB_separate_shader_objects : enable
layout(location = 0) in vec2 inPos;
layout(location = 1) in vec3 inColor;
layout(location = 0) out vec3 fragmentColor;
void main() {
gl_Position = vec4(inPos, 0.0, 1.0);
fragmentColor = inColor;
}
#version 450
#extension GL_ARB_separate_shader_objects : enable
layout(location = 0) in vec3 fragmentColor;
layout(location = 0) out vec4 outColor;
void main() {
outColor = vec4(fragmentColor, 1.0);
}
cmake_minimum_required(VERSION 3.22)
project(vulkan-test)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
add_executable(app main.cpp)
find_package(Vulkan REQUIRED)
target_include_directories(app PRIVATE ${Vulkan_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(app PRIVATE ${Vulkan_LIBRARIES})
find_package(glfw3 CONFIG REQUIRED)
target_link_libraries(app PRIVATE glfw)
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