Vulkan API 创建并渲染一个辐照度立方体贴图，用于 PBR 光照计算

我将为 generateIrradianceCube 函数提供逐行中文注释和分析。这个函数是用 C++ 编写的，使用 Vulkan API 生成用于物理基础渲染 (PBR) 的辐照度立方体贴图 (irradiance cube map)。该函数创建一个立方体贴图，设置离屏渲染管线，并将环境贴图渲染为具有多级渐进纹理 (mip levels) 的辐照度立方体贴图。以下是对每一行或逻辑块的详细分析和注释，解释其功能和作用。

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void generateIrradianceCube()
{// 开始计时，使用高精度时钟记录函数执行的开始时间。auto tStart = std::chrono::high_resolution_clock::now();

• 目的：记录函数开始时间，用于测量生成辐照度立方体贴图的总耗时。
• 细节：使用 std::chrono::high_resolution_clock 提供高精度的时间测量。

    const VkFormat format = VK_FORMAT_R32G32B32A32_SFLOAT;const int32_t dim = 64;const uint32_t numMips = static_cast<uint32_t>(floor(log2(dim))) + 1;

• 注释：
  • format：定义图像格式为 VK_FORMAT_R32G32B32A32_SFLOAT，表示每个像素使用 32 位浮点数存储 RGBA 四个通道，提供高精度颜色数据，适合辐照度计算。
  • dim：设置立方体贴图的尺寸为 64x64 像素。
  • numMips：计算mipmaps（多级渐进纹理）的数量。使用 log2(dim) 计算最大mip级别（例如，64 -> 6 级），并加 1 包含基础级别（0 级）。

    // 预过滤的立方体贴图// 图像VkImageCreateInfo imageCI = vks::initializers::imageCreateInfo();imageCI.imageType = VK_IMAGE_TYPE_2D;imageCI.format = format;imageCI.extent.width = dim;imageCI.extent.height = dim;imageCI.extent.depth = 1;imageCI.mipLevels = numMips;imageCI.arrayLayers = 6;imageCI.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT;imageCI.tiling = VK_IMAGE_TILING_OPTIMAL;imageCI.usage = VK_IMAGE_USAGE_SAMPLED_BIT | VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_DST_BIT;imageCI.flags = VK_IMAGE_CREATE_CUBE_COMPATIBLE_BIT;VK_CHECK_RESULT(vkCreateImage(device, &imageCI, nullptr, &textures.irradianceCube.image));

• 目的：创建用于存储辐照度立方体贴图的 Vulkan 图像对象。
• 逐行分析：
  • VkImageCreateInfo imageCI：初始化图像创建信息结构体。
  • imageType = VK_IMAGE_TYPE_2D：指定图像类型为 2D，尽管是立方体贴图，但 Vulkan 使用 2D 图像数组表示。
  • format：使用之前定义的浮点格式。
  • extent.width/height = dim：设置图像宽高为 64 像素，深度为 1。
  • mipLevels = numMips：设置mip级别数量。
  • arrayLayers = 6：立方体贴图有 6 个面（正负 X、Y、Z 方向）。
  • samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT：禁用多重采样，单次采样即可。
  • tiling = VK_IMAGE_TILING_OPTIMAL：使用最佳平铺模式，优化 GPU 访问。
  • usage：图像用于采样（VK_IMAGE_USAGE_SAMPLED_BIT）和作为传输目标（VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_DST_BIT）。
  • flags = VK_IMAGE_CREATE_CUBE_COMPATIBLE_BIT：标记图像为立方体贴图兼容。
  • vkCreateImage：调用 Vulkan API 创建图像对象，存储到 textures.irradianceCube.image。

    VkMemoryAllocateInfo memAlloc = vks::initializers::memoryAllocateInfo();VkMemoryRequirements memReqs;vkGetImageMemoryRequirements(device, textures.irradianceCube.image, &memReqs);memAlloc.allocationSize = memReqs.size;memAlloc.memoryTypeIndex = vulkanDevice->getMemoryType(memReqs.memoryTypeBits, VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT);VK_CHECK_RESULT(vkAllocateMemory(device, &memAlloc, nullptr, &textures.irradianceCube.deviceMemory));VK_CHECK_RESULT(vkBindImageMemory(device, textures.irradianceCube.image, textures.irradianceCube.deviceMemory, 0));

• 目的：为立方体贴图图像分配显存并绑定。
• 逐行分析：
  • VkMemoryAllocateInfo memAlloc：初始化显存分配信息。
  • vkGetImageMemoryRequirements：获取图像的显存需求（大小、对齐方式等）。
  • memAlloc.allocationSize = memReqs.size：设置分配的显存大小。
  • memAlloc.memoryTypeIndex：选择支持设备本地内存（VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT）的显存类型。
  • vkAllocateMemory：分配显存，存储到 textures.irradianceCube.deviceMemory。
  • vkBindImageMemory：将分配的显存绑定到图像对象。

    // 图像视图VkImageViewCreateInfo viewCI = vks::initializers::imageViewCreateInfo();viewCI.viewType = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_CUBE;viewCI.format = format;viewCI.subresourceRange = {};viewCI.subresourceRange.aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT;viewCI.subresourceRange.levelCount = numMips;viewCI.subresourceRange.layerCount = 6;viewCI.image = textures.irradianceCube.image;VK_CHECK_RESULT(vkCreateImageView(device, &viewCI, nullptr, &textures.irradianceCube.view));

• 目的：创建图像视图，用于访问立方体贴图的图像数据。
• 逐行分析：
  • VkImageViewCreateInfo viewCI：初始化图像视图创建信息。
  • viewType = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_CUBE：指定视图类型为立方体贴图。
  • format：使用与图像相同的格式。
  • subresourceRange.aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT：指定访问颜色数据。
  • subresourceRange.levelCount = numMips：包括所有mip级别。
  • subresourceRange.layerCount = 6：包括立方体贴图的 6 个面。
  • viewCI.image：关联到之前创建的图像。
  • vkCreateImageView：创建图像视图，存储到 textures.irradianceCube.view。

    // 采样器VkSamplerCreateInfo samplerCI = vks::initializers::samplerCreateInfo();samplerCI.magFilter = VK_FILTER_LINEAR;samplerCI.minFilter = VK_FILTER_LINEAR;samplerCI.mipmapMode = VK_SAMPLER_MIPMAP_MODE_LINEAR;samplerCI.addressModeU = VK_SAMPLER_ADDRESS_MODE_CLAMP_TO_EDGE;samplerCI.addressModeV = VK_SAMPLER_ADDRESS_MODE_CLAMP_TO_EDGE;samplerCI.addressModeW = VK_SAMPLER_ADDRESS_MODE_CLAMP_TO_EDGE;samplerCI.minLod = 0.0f;samplerCI.maxLod = static_cast<float>(numMips);samplerCI.borderColor = VK_BORDER_COLOR_FLOAT_OPAQUE_WHITE;VK_CHECK_RESULT(vkCreateSampler(device, &samplerCI, nullptr, &textures.irradianceCube.sampler));

• 目的：创建采样器，用于在着色器中采样立方体贴图。
• 逐行分析：
  • VkSamplerCreateInfo samplerCI：初始化采样器创建信息。
  • magFilter/minFilter = VK_FILTER_LINEAR：使用线性过滤进行放大和缩小，提供平滑的纹理采样。
  • mipmapMode = VK_SAMPLER_MIPMAP_MODE_LINEAR：启用线性 mip 过渡。
  • addressModeU/V/W = VK_SAMPLER_ADDRESS_MODE_CLAMP_TO_EDGE：纹理坐标超出范围时，钳位到边缘，避免重复或镜像。
  • minLod/maxLod：设置 mip 级别的范围，从 0 到最大 mip 级别。
  • borderColor = VK_BORDER_COLOR_FLOAT_OPAQUE_WHITE：设置边界颜色为不透明白色（当使用钳位时）。
  • vkCreateSampler：创建采样器，存储到 textures.irradianceCube.sampler。

    textures.irradianceCube.descriptor.imageView = textures.irradianceCube.view;textures.irradianceCube.descriptor.sampler = textures.irradianceCube.sampler;textures.irradianceCube.descriptor.imageLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL;textures.irradianceCube.device = vulkanDevice;

• 目的：设置描述符，用于在着色器中绑定立方体贴图资源。
• 逐行分析：
  • descriptor.imageView：绑定图像视图。
  • descriptor.sampler：绑定采样器。
  • descriptor.imageLayout：设置图像布局为只读最优，适合在着色器中采样。
  • device = vulkanDevice：记录 Vulkan 设备指针。

    // 帧缓冲、附件、渲染通道等VkAttachmentDescription attDesc = {};attDesc.format = format;attDesc.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT;attDesc.loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR;attDesc.storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE;attDesc.stencilLoadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE;attDesc.stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE;attDesc.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED;attDesc.finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL;VkAttachmentReference colorReference = { 0, VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL };

• 目的：定义渲染通道的颜色附件。
• 逐行分析：
  • VkAttachmentDescription attDesc：初始化附件描述结构体。
  • format：使用与立方体贴图相同的格式。
  • samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT：单次采样。
  • loadOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_CLEAR：加载时清除附件内容。
  • storeOp = VK_ATTACHMENT_STORE_OP_STORE：存储渲染结果。
  • stencilLoadOp/stencilStoreOp = VK_ATTACHMENT_LOAD_OP_DONT_CARE：不使用模板缓冲。
  • initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED：初始布局未定义。
  • finalLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL：最终布局为颜色附件最优。
  • VkAttachmentReference colorReference：定义颜色附件引用，索引为 0，布局为颜色附件最优。

    VkSubpassDescription subpassDescription = {};subpassDescription.pipelineBindPoint = VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS;subpassDescription.colorAttachmentCount = 1;subpassDescription.pColorAttachments = &colorReference;

• 目的：定义子通道，指定渲染管线类型和颜色附件。
• 逐行分析：
  • VkSubpassDescription subpassDescription：初始化子通道描述。
  • pipelineBindPoint = VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS：指定图形管线。
  • colorAttachmentCount = 1：一个颜色附件。
  • pColorAttachments = &colorReference：绑定颜色附件引用。

    // 使用子通道依赖来管理布局转换std::array<VkSubpassDependency, 2> dependencies;dependencies[0].srcSubpass = VK_SUBPASS_EXTERNAL;dependencies[0].dstSubpass = 0;dependencies[0].srcStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_BOTTOM_OF_PIPE_BIT;dependencies[0].dstStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT;dependencies[0].srcAccessMask = VK_ACCESS_MEMORY_READ_BIT;dependencies[0].dstAccessMask = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_READ_BIT | VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT;dependencies[0].dependencyFlags = VK_DEPENDENCY_BY_REGION_BIT;dependencies[1].srcSubpass = 0;dependencies[1].dstSubpass = VK_SUBPASS_EXTERNAL;dependencies[1].srcStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT;dependencies[1].dstStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_BOTTOM_OF_PIPE_BIT;dependencies[1].srcAccessMask = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_READ_BIT | VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT;dependencies[1].dstAccessMask = VK_ACCESS_MEMORY_READ_BIT;dependencies[1].dependencyFlags = VK_DEPENDENCY_BY_REGION_BIT;

• 目的：定义子通道依赖，确保正确的图像布局转换和同步。
• 逐行分析：
  • std::array<VkSubpassDependency, 2>：创建两个子通道依赖。
  • 第一个依赖（外部 -> 子通道 0）：
    • srcSubpass = VK_SUBPASS_EXTERNAL：来源是外部子通道。
    • dstSubpass = 0：目标是第一个子通道。
    • srcStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_BOTTOM_OF_PIPE_BIT：等待管线底部完成。
    • dstStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT：目标阶段为颜色附件输出。
    • srcAccessMask = VK_ACCESS_MEMORY_READ_BIT：来源访问为内存读取。
    • dstAccessMask = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_READ_BIT | VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT：目标访问为颜色附件读写。
    • dependencyFlags = VK_DEPENDENCY_BY_REGION_BIT：按区域依赖，优化性能。
  • 第二个依赖（子通道 0 -> 外部）：
    • 与第一个依赖相反，确保子通道完成后，数据可以被外部访问。

    // 渲染通道VkRenderPassCreateInfo renderPassCI = vks::initializers::renderPassCreateInfo();renderPassCI.attachmentCount = 1;renderPassCI.pAttachments = &attDesc;renderPassCI.subpassCount = 1;renderPassCI.pSubpasses = &subpassDescription;renderPassCI.dependencyCount = 2;renderPassCI.pDependencies = dependencies.data();VkRenderPass renderpass;VK_CHECK_RESULT(vkCreateRenderPass(device, &renderPassCI, nullptr, &renderpass));

• 目的：创建渲染通道，用于离屏渲染。
• 逐行分析：
  • VkRenderPassCreateInfo renderPassCI：初始化渲染通道创建信息。
  • attachmentCount = 1：一个附件（颜色附件）。
  • pAttachments = &attDesc：绑定附件描述。
  • subpassCount = 1：一个子通道。
  • pSubpasses = &subpassDescription：绑定子通道描述。
  • dependencyCount = 2：两个依赖。
  • pDependencies = dependencies.data()：绑定依赖数组。
  • vkCreateRenderPass：创建渲染通道，存储到 renderpass。

    struct {VkImage image;VkImageView view;VkDeviceMemory memory;VkFramebuffer framebuffer;} offscreen;

• 目的：定义离屏渲染的帧缓冲结构，包含图像、视图、显存和帧缓冲。
• 细节：offscreen 结构体用于临时存储离屏渲染的资源。

    // 离屏帧缓冲{VkImageCreateInfo imageCreateInfo = vks::initializers::imageCreateInfo();imageCreateInfo.imageType = VK_IMAGE_TYPE_2D;imageCreateInfo.format = format;imageCreateInfo.extent.width = dim;imageCreateInfo.extent.height = dim;imageCreateInfo.extent.depth = 1;imageCreateInfo.mipLevels = 1;imageCreateInfo.arrayLayers = 1;imageCreateInfo.samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT;imageCreateInfo.tiling = VK_IMAGE_TILING_OPTIMAL;imageCreateInfo.initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED;imageCreateInfo.usage = VK_IMAGE_USAGE_COLOR_ATTACHMENT_BIT | VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_SRC_BIT;imageCreateInfo.sharingMode = VK_SHARING_MODE_EXCLUSIVE;VK_CHECK_RESULT(vkCreateImage(device, &imageCreateInfo, nullptr, &offscreen.image));

• 目的：创建离屏渲染的颜色附件图像。
• 逐行分析：
  • imageCreateInfo：初始化图像创建信息。
  • imageType = VK_IMAGE_TYPE_2D：2D 图像。
  • format：使用相同的浮点格式。
  • extent.width/height = dim：尺寸为 64x64。
  • mipLevels = 1：离屏渲染不需要 mip 级别。
  • arrayLayers = 1：单层图像。
  • samples = VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT：单次采样。
  • tiling = VK_IMAGE_TILING_OPTIMAL：优化 GPU 访问。
  • initialLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED：初始布局未定义。
  • usage：用作颜色附件（VK_IMAGE_USAGE_COLOR_ATTACHMENT_BIT）和传输源（VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_SRC_BIT）。
  • sharingMode = VK_SHARING_MODE_EXCLUSIVE：独占模式。
  • vkCreateImage：创建图像，存储到 offscreen.image。

        VkMemoryAllocateInfo memAlloc = vks::initializers::memoryAllocateInfo();VkMemoryRequirements memReqs;vkGetImageMemoryRequirements(device, offscreen.image, &memReqs);memAlloc.allocationSize = memReqs.size;memAlloc.memoryTypeIndex = vulkanDevice->getMemoryType(memReqs.memoryTypeBits, VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT);VK_CHECK_RESULT(vkAllocateMemory(device, &memAlloc, nullptr, &offscreen.memory));VK_CHECK_RESULT(vkBindImageMemory(device, offscreen.image, offscreen.memory, 0));

• 目的：为离屏图像分配显存并绑定。
• 逐行分析：与之前立方体贴图的显存分配类似，分配设备本地显存并绑定到 offscreen.image。

        VkImageViewCreateInfo colorImageView = vks::initializers::imageViewCreateInfo();colorImageView.viewType = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D;colorImageView.format = format;colorImageView.flags = 0;colorImageView.subresourceRange = {};colorImageView.subresourceRange.aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT;colorImageView.subresourceRange.baseMipLevel = 0;colorImageView.subresourceRange.levelCount = 1;colorImageView.subresourceRange.baseArrayLayer = 0;colorImageView.subresourceRange.layerCount = 1;colorImageView.image = offscreen.image;VK_CHECK_RESULT(vkCreateImageView(device, &colorImageView, nullptr, &offscreen.view));

• 目的：创建离屏图像的视图。
• 逐行分析：
  • viewType = VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D：2D 视图。
  • format：与图像格式一致。
  • subresourceRange：访问颜色数据，单 mip 级别，单层。
  • image = offscreen.image：关联到离屏图像。
  • vkCreateImageView：创建视图，存储到 offscreen.view。

        VkFramebufferCreateInfo fbufCreateInfo = vks::initializers::framebufferCreateInfo();fbufCreateInfo.renderPass = renderpass;fbufCreateInfo.attachmentCount = 1;fbufCreateInfo.pAttachments = &offscreen.view;fbufCreateInfo.width = dim;fbufCreateInfo.height = dim;fbufCreateInfo.layers = 1;VK_CHECK_RESULT(vkCreateFramebuffer(device, &fbufCreateInfo, nullptr, &offscreen.framebuffer));

• 目的：创建离屏帧缓冲。
• 逐行分析：
  • renderPass = renderpass：关联到之前创建的渲染通道。
  • attachmentCount = 1：一个附件（颜色附件）。
  • pAttachments = &offscreen.view：绑定离屏图像视图。
  • width/height = dim：帧缓冲尺寸为 64x64。
  • layers = 1：单层。
  • vkCreateFramebuffer：创建帧缓冲，存储到 offscreen.framebuffer。

        VkCommandBuffer layoutCmd = vulkanDevice->createCommandBuffer(VK_COMMAND_BUFFER_LEVEL_PRIMARY, true);vks::tools::setImageLayout(layoutCmd,offscreen.image,VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT,VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED,VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL);vulkanDevice->flushCommandBuffer(layoutCmd, queue, true);

• 目的：将离屏图像的布局转换为颜色附件最优。
• 逐行分析：
  • createCommandBuffer：创建一个主命令缓冲区，开启录制。
  • setImageLayout：将 offscreen.image 的布局从未定义转换为颜色附件最优。
  • flushCommandBuffer：提交并执行命令缓冲区，完成布局转换。

    // 描述符VkDescriptorSetLayout irrdescriptorsetlayout;std::vector<VkDescriptorSetLayoutBinding> setLayoutBindings = {vks::initializers::descriptorSetLayoutBinding(VK_DESCRIPTOR_TYPE_COMBINED_IMAGE_SAMPLER, VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT, 0),};VkDescriptorSetLayoutCreateInfo irrdescriptorsetlayoutCI = vks::initializers::descriptorSetLayoutCreateInfo(setLayoutBindings);VK_CHECK_RESULT(vkCreateDescriptorSetLayout(device, &irrdescriptorsetlayoutCI, nullptr, &irrdescriptorsetlayout));

• 目的：创建描述符集布局，用于在着色器中绑定环境贴图。
• 逐行分析：
  • setLayoutBindings：定义一个绑定，类型为组合图像采样器（VK_DESCRIPTOR_TYPE_COMBINED_IMAGE_SAMPLER），用于片段着色器，绑定点为 0。
  • irrdescriptorsetlayoutCI：初始化描述符集布局创建信息。
  • vkCreateDescriptorSetLayout：创建描述符集布局，存储到 irrdescriptorsetlayout。

    // 描述符池std::vector<VkDescriptorPoolSize> poolSizes = { vks::initializers::descriptorPoolSize(VK_DESCRIPTOR_TYPE_COMBINED_IMAGE_SAMPLER, 1) };VkDescriptorPoolCreateInfo irrdescriptorPoolCI = vks::initializers::descriptorPoolCreateInfo(poolSizes, 2);VkDescriptorPool irrdescriptorpool;VK_CHECK_RESULT(vkCreateDescriptorPool(device, &irrdescriptorPoolCI, nullptr, &irrdescriptorpool));

• 目的：创建描述符池，用于分配描述符集。
• 逐行分析：
  • poolSizes：指定池支持一个组合图像采样器。
  • irrdescriptorPoolCI：初始化描述符池创建信息，最大支持 2 个描述符集。
  • vkCreateDescriptorPool：创建描述符池，存储到 irrdescriptorpool。

    // 描述符集VkDescriptorSet irrdescriptorset;VkDescriptorSetAllocateInfo allocInfo = vks::initializers::descriptorSetAllocateInfo(irrdescriptorpool, &irrdescriptorsetlayout, 1);VK_CHECK_RESULT(vkAllocateDescriptorSets(device, &allocInfo, &irrdescriptorset));VkWriteDescriptorSet writeDescriptorSet = vks::initializers::writeDescriptorSet(irrdescriptorset, VK_DESCRIPTOR_TYPE_COMBINED_IMAGE_SAMPLER, 0, &textures.environmentCube.descriptor);vkUpdateDescriptorSets(device, 1, &writeDescriptorSet, 0, nullptr);

• 目的：分配并更新描述符集，绑定环境立方体贴图。
• 逐行分析：
  • allocInfo：初始化描述符集分配信息，关联到描述符池和布局。
  • vkAllocateDescriptorSets：分配描述符集，存储到 irrdescriptorset。
  • writeDescriptorSet：定义描述符写入操作，绑定环境立方体贴图的描述符（textures.environmentCube.descriptor）。
  • vkUpdateDescriptorSets：更新描述符集，完成绑定。

    // 管线布局struct PushBlock {glm::mat4 mvp;float deltaPhi = (2.0f * float(M_PI)) / 180.0f;float deltaTheta = (0.5f * float(M_PI)) / 64.0f;} pushBlock;

• 目的：定义推送常量块，包含 MVP 矩阵和采样角度增量。
• 逐行分析：
  • PushBlock：结构体包含：
    • mvp：模型-视图-投影矩阵，用于变换。
    • deltaPhi：水平采样角度增量 (2π/180，约 2 度)。
    • deltaTheta：垂直采样角度增量 (π/2 / 64，约 1.4 度)。

    VkPipelineLayout irrpipelinelayout;std::vector<VkPushConstantRange> pushConstantRanges = {vks::initializers::pushConstantRange(VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT | VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT, sizeof(PushBlock), 0),};VkPipelineLayoutCreateInfo irrpipelineLayoutCI = vks::initializers::pipelineLayoutCreateInfo(&irrdescriptorsetlayout, 1);irrpipelineLayoutCI.pushConstantRangeCount = 1;irrpipelineLayoutCI.pPushConstantRanges = pushConstantRanges.data();VK_CHECK_RESULT(vkCreatePipelineLayout(device, &irrpipelineLayoutCI, nullptr, &irrpipelinelayout));

• 目的：创建管线布局，包含描述符集布局和推送常量。
• 逐行分析：
  • pushConstantRanges：定义推送常量范围，适用于顶点和片段着色器，大小为 PushBlock。
  • irrpipelineLayoutCI：初始化管线布局创建信息，绑定描述符集布局。
  • pushConstantRangeCount = 1：一个推送常量范围。
  • pPushConstantRanges：绑定推送常量范围。
  • vkCreatePipelineLayout：创建管线布局，存储到 irrpipelinelayout。

    // 管线VkPipelineInputAssemblyStateCreateInfo inputAssemblyState = vks::initializers::pipelineInputAssemblyStateCreateInfo(VK_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLE_LIST, 0, VK_FALSE);VkPipelineRasterizationStateCreateInfo rasterizationState = vks::initializers::pipelineRasterizationStateCreateInfo(VK_POLYGON_MODE_FILL, VK_CULL_MODE_NONE, VK_FRONT_FACE_COUNTER_CLOCKWISE);VkPipelineColorBlendAttachmentState blendAttachmentState = vks::initializers::pipelineColorBlendAttachmentState(0xf, VK_FALSE);VkPipelineColorBlendStateCreateInfo colorBlendState = vks::initializers::pipelineColorBlendStateCreateInfo(1, &blendAttachmentState);VkPipelineDepthStencilStateCreateInfo depthStencilState = vks::initializers::pipelineDepthStencilStateCreateInfo(VK_FALSE, VK_FALSE, VK_COMPARE_OP_LESS_OR_EQUAL);VkPipelineViewportStateCreateInfo viewportState = vks::initializers::pipelineViewportStateCreateInfo(1, 1);VkPipelineMultisampleStateCreateInfo multisampleState = vks::initializers::pipelineMultisampleStateCreateInfo(VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT);std::vector<VkDynamicState> dynamicStateEnables = { VK_DYNAMIC_STATE_VIEWPORT, VK_DYNAMIC_STATE_SCISSOR };VkPipelineDynamicStateCreateInfo dynamicState = vks::initializers::pipelineDynamicStateCreateInfo(dynamicStateEnables);std::array<VkPipelineShaderStageCreateInfo, 2> shaderStages;

• 目的：定义图形管线的各个状态。
• 逐行分析：
  • inputAssemblyState：使用三角形列表拓扑，无原始重启。
  • rasterizationState：填充多边形，无背面剔除，逆时针为正面。
  • blendAttachmentState：禁用颜色混合。
  • colorBlendState：绑定一个颜色混合附件状态。
  • depthStencilState：禁用深度和模板测试。
  • viewportState：支持一个视口和裁剪矩形。
  • multisampleState：禁用多重采样。
  • dynamicStateEnables：启用动态视口和裁剪矩形。
  • shaderStages：定义两个着色器阶段（顶点和片段）。

    VkGraphicsPipelineCreateInfo pipelineCI = vks::initializers::pipelineCreateInfo(irrpipelinelayout, renderpass);pipelineCI.pInputAssemblyState = &inputAssemblyState;pipelineCI.pRasterizationState = &rasterizationState;pipelineCI.pColorBlendState = &colorBlendState;pipelineCI.pMultisampleState = &multisampleState;pipelineCI.pViewportState = &viewportState;pipelineCI.pDepthStencilState = &depthStencilState;pipelineCI.pDynamicState = &dynamicState;pipelineCI.stageCount = 2;pipelineCI.pStages = shaderStages.data();pipelineCI.renderPass = renderpass;pipelineCI.pVertexInputState = vkglTF::Vertex::getPipelineVertexInputState({ vkglTF::VertexComponent::Position, vkglTF::VertexComponent::Normal, vkglTF::VertexComponent::UV });

• 目的：初始化图形管线创建信息。
• 逐行分析：
  • pipelineCI：绑定管线布局和渲染通道。
  • 绑定各个管线状态（输入装配、光栅化、颜色混合等）。
  • stageCount = 2：两个着色器阶段。
  • pStages = shaderStages.data()：绑定着色器阶段数组。
  • pVertexInputState：定义顶点输入状态，包含位置、法线和 UV 坐标。

    shaderStages[0] = loadShader(getShadersPath() + "lightprobesh/filtercube.vert.spv", VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT);shaderStages[1] = loadShader(getShadersPath() + "lightprobesh/irradiancecube.frag.spv", VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT);VkPipeline pipeline;VK_CHECK_RESULT(vkCreateGraphicsPipelines(device, pipelineCache, 1, &pipelineCI, nullptr, &pipeline));

• 目的：加载着色器并创建图形管线。
• 逐行分析：
  • shaderStages[0]：加载顶点着色器 (filtercube.vert.spv)。
  • shaderStages[1]：加载片段着色器 (irradiancecube.frag.spv)，用于辐照度计算。
  • vkCreateGraphicsPipelines：创建图形管线，存储到 pipeline。

    // 渲染VkClearValue clearValues[1];clearValues[0].color = { { 0.0f, 0.0f, 0.2f, 0.0f } };

• 目的：定义清除颜色，用于渲染开始时清除帧缓冲。
• 细节：清除颜色为深蓝色 (RGB: 0, 0, 0.2, Alpha: 0)。

    VkRenderPassBeginInfo renderPassBeginInfo = vks::initializers::renderPassBeginInfo();renderPassBeginInfo.renderPass = renderpass;renderPassBeginInfo.framebuffer = offscreen.framebuffer;renderPassBeginInfo.renderArea.extent.width = dim;renderPassBeginInfo.renderArea.extent.height = dim;renderPassBeginInfo.clearValueCount = 1;renderPassBeginInfo.pClearValues = clearValues;

• 目的：初始化渲染通道开始信息。
• 逐行分析：
  • renderPass = renderpass：绑定离屏渲染通道。
  • framebuffer = offscreen.framebuffer：绑定离屏帧缓冲。
  • renderArea.extent：渲染区域为 64x64。
  • clearValueCount = 1：一个清除值。
  • pClearValues = clearValues：绑定清除颜色。

    std::vector<glm::mat4> matrices = {glm::rotate(glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(90.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f)), glm::radians(180.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f)),glm::rotate(glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(-90.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f)), glm::radians(180.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f)),glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(-90.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f)),glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(90.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f)),glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(180.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f)),glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(180.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f)),};

• 目的：定义立方体贴图六个面的视图矩阵。
• 细节：每个矩阵对应一个面（+X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z），通过旋转矩阵调整视角方向。

    VkCommandBuffer cmdBuf = vulkanDevice->createCommandBuffer(VK_COMMAND_BUFFER_LEVEL_PRIMARY, true);VkViewport viewport = vks::initializers::viewport((float)dim, (float)dim, 0.0f, 1.0f);VkRect2D scissor = vks::initializers::rect2D(dim, dim, 0, 0);vkCmdSetViewport(cmdBuf, 0, 1, &viewport);vkCmdSetScissor(cmdBuf, 0, 1, &scissor);

• 目的：创建命令缓冲区并设置初始视口和裁剪矩形。
• 逐行分析：
  • createCommandBuffer：创建主命令缓冲区并开始录制。
  • viewport：设置视口为 64x64。
  • scissor：设置裁剪矩形为 64x64。
  • vkCmdSetViewport/Scissor：应用视口和裁剪设置。

    VkImageSubresourceRange subresourceRange = {};subresourceRange.aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT;subresourceRange.baseMipLevel = 0;subresourceRange.levelCount = numMips;subresourceRange.layerCount = 6;vks::tools::setImageLayout(cmdBuf,textures.irradianceCube.image,VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED,VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL,subresourceRange);

• 目的：将立方体贴图的布局转换为传输目标。
• 逐行分析：
  • subresourceRange：指定颜色数据，所有 mip 级别和 6 个面。
  • setImageLayout：将图像布局从未定义转换为传输目标最优，准备接收渲染数据。

    for (uint32_t m = 0; m < numMips; m++) {for (uint32_t f = 0; f < 6; f++) {viewport.width = static_cast<float>(dim * std::pow(0.5f, m));viewport.height = static_cast<float>(dim * std::pow(0.5f, m));vkCmdSetViewport(cmdBuf, 0, 1, &viewport);

• 目的：为每个 mip 级别和每个面进行渲染，动态调整视口大小。
• 逐行分析：
  • 双重循环遍历所有 mip 级别和 6 个面。
  • viewport.width/height：根据 mip 级别缩小尺寸（每级减半）。
  • vkCmdSetViewport：更新视口大小。

            vkCmdBeginRenderPass(cmdBuf, &renderPassBeginInfo, VK_SUBPASS_CONTENTS_INLINE);pushBlock.mvp = glm::perspective((float)(M_PI / 2.0), 1.0f, 0.1f, 512.0f) * matrices[f];vkCmdPushConstants(cmdBuf, irrpipelinelayout, VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT | VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT, 0, sizeof(PushBlock), &pushBlock);vkCmdBindPipeline(cmdBuf, VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS, pipeline);vkCmdBindDescriptorSets(cmdBuf, VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS, irrpipelinelayout, 0, 1, &irrdescriptorset, 0, NULL);models.skybox.draw(cmdBuf);vkCmdEndRenderPass(cmdBuf);

• 目的：执行渲染，生成每个面的辐照度贴图。
• 逐行分析：
  • vkCmdBeginRenderPass：开始渲染通道，内联执行子通道内容。
  • pushBlock.mvp：计算投影矩阵（90 度 FOV，1:1 宽高比，近裁剪 0.1，远裁剪 512）与视图矩阵的乘积。
  • vkCmdPushConstants：推送常量数据到着色器。
  • vkCmdBindPipeline：绑定图形管线。
  • vkCmdBindDescriptorSets：绑定描述符集，包含环境贴图。
  • models.skybox.draw：绘制天空盒，执行辐照度计算。
  • vkCmdEndRenderPass：结束渲染通道。

            vks::tools::setImageLayout(cmdBuf,offscreen.image,VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT,VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL,VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL);

• 目的：将离屏图像布局转换为传输源，准备复制数据。

            VkImageCopy copyRegion = {};copyRegion.srcSubresource.aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT;copyRegion.srcSubresource.baseArrayLayer = 0;copyRegion.srcSubresource.mipLevel = 0;copyRegion.srcSubresource.layerCount = 1;copyRegion.srcOffset = { 0, 0, 0 };copyRegion.dstSubresource.aspectMask = VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT;copyRegion.dstSubresource.baseArrayLayer = f;copyRegion.dstSubresource.mipLevel = m;copyRegion.dstSubresource.layerCount = 1;copyRegion.dstOffset = { 0, 0, 0 };copyRegion.extent.width = static_cast<uint32_t>(viewport.width);copyRegion.extent.height = static_cast<uint32_t>(viewport.height);copyRegion.extent.depth = 1;vkCmdCopyImage(cmdBuf,offscreen.image,VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL,textures.irradianceCube.image,VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL,1,&copyRegion);

• 目的：将离屏渲染结果复制到立方体贴图的对应面和 mip 级别。
• 逐行分析：
  • copyRegion：定义图像复制区域。
  • srcSubresource：源为离屏图像，单 mip 级别，单层。
  • dstSubresource：目标为立方体贴图的第 f 面，第 m 个 mip 级别。
  • extent：复制区域大小与当前视口一致。
  • vkCmdCopyImage：执行图像复制操作。

            vks::tools::setImageLayout(cmdBuf,offscreen.image,VK_IMAGE_ASPECT_COLOR_BIT,VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL,VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL);

• 目的：将离屏图像布局转换回颜色附件最优，为下一次渲染做准备。

    vks::tools::setImageLayout(cmdBuf,textures.irradianceCube.image,VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL,VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL,subresourceRange);

• 目的：将立方体贴图的布局转换为着色器只读最优，完成渲染。

    vulkanDevice->flushCommandBuffer(cmdBuf, queue);

• 目的：提交并执行命令缓冲区，完成所有渲染和复制操作。

    vkDestroyRenderPass(device, renderpass, nullptr);vkDestroyFramebuffer(device, offscreen.framebuffer, nullptr);vkFreeMemory(device, offscreen.memory, nullptr);vkDestroyImageView(device, offscreen.view, nullptr);vkDestroyImage(device, offscreen.image, nullptr);vkDestroyDescriptorPool(device, irrdescriptorpool, nullptr);vkDestroyDescriptorSetLayout(device, irrdescriptorsetlayout, nullptr);vkDestroyPipeline(device, pipeline, nullptr);vkDestroyPipelineLayout(device, irrpipelinelayout, nullptr);

• 目的：清理所有临时 Vulkan 资源。
• 逐行分析：销毁渲染通道、帧缓冲、显存、图像视图、图像、描述符池、描述符集布局、管线和管线布局，释放资源。

    auto tEnd = std::chrono::high_resolution_clock::now();auto tDiff = std::chrono::duration<double, std::milli>(tEnd - tStart).count();std::cout << "Generating irradiance cube with " << numMips << " mip levels took " << tDiff << " ms" << std::endl;
}

• 目的：记录结束时间，计算并输出生成辐照度立方体贴图的耗时。
• 逐行分析：
  • tEnd：记录结束时间。
  • tDiff：计算时间差（毫秒）。
  • std::cout：输出 mip 级别数量和总耗时。

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总结

generateIrradianceCube 函数通过 Vulkan API 创建并渲染一个辐照度立方体贴图，用于 PBR 光照计算。主要步骤包括：

1. 创建立方体贴图图像、视图和采样器。
2. 设置离屏渲染的帧缓冲和渲染通道。
3. 配置描述符和管线，加载着色器。
4. 为每个 mip 级别和每个面渲染天空盒，生成辐照度数据。
5. 将渲染结果复制到立方体贴图。
6. 清理临时资源并输出执行时间。

每个步骤都通过 Vulkan 的资源管理和渲染管线精心组织，确保高效生成高质量的辐照度贴图。