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Alex Nem
Asked:2020-10-06 03:17:01 +0000 UTC2020-10-06 03:17:01 +0000 UTC

Vulkan Ray Tracing (VK_KHR_ray_tracing) - 访问顶点属性

  • 772

我正在尝试在 Vulkan 上掌握光线追踪，主要信息来源是本教程。我想出了如何构建 BLAS 和 TLAS，创建了一个 SBT 表，最后开始跟踪场景： 在此处输入图像描述

我正要继续简单照明的实现，然后出现了一个问题，我在教程中找不到答案..

如何获取顶点属性？

最让我困惑的是：

  1. 在我最初为光栅器制作的渲染器中，场景由一组网格描述，其中每个网格都有自己的顶点和索引缓冲区。
  2. 在光线追踪的情况下，这些缓冲区用作 BLAS（低级加速结构）的基础，但 BLAS 仅包含位置，并且无法访问 BLAS 中的属性。
  3. 有一个 TLAS（顶级加速结构），它基本上设置了光线追踪的场景。有一个实例这样的概念，它已经引用了 BLAS（也就是说，场景可以由许多不同的缓冲区来描述，而不仅仅是一个，正如它已经暗示的那样）
  4. 有了这一切，关于单个实例的顶点属性什么都没有说，并且着色器在相交期间可以获得的最大值是重心坐标和一些gl_PrimitiveID（据我了解，存储三角形的索引），以及作为gl_InstanceID（据我了解，TLAS 中的 instance'a 索引）

所有这些都引出了以下问题：

  1. 这一切是否意味着我需要将几何图形重新加载到某种 SSBO 中才能访问顶点属性。
  2. 如果是这样，那么如果我的场景是由不同的顶点缓冲区描述的，而不是一个大的，在这种情况下我该怎么办？事实证明，您需要创建某种将存储在 SSBO 中的二维数组，其键将是实例 ID？
  3. 如果是这样，并且如果制作了这样的数组，是否意味着除了顶点本身之外还需要存储变换，以便获得属性的实际值（例如，法线）？

我上面提到的教程显示了以下着色器代码：

layout(binding = 2, set = 1, scalar) buffer ScnDesc { sceneDesc i[]; } scnDesc;
layout(binding = 5, set = 1, scalar) buffer Vertices { Vertex v[]; } vertices[];
layout(binding = 6, set = 1) buffer Indices { uint i[]; } indices[];

// Object of this instance
uint objId = scnDesc.i[gl_InstanceID].objId;

// Indices of the triangle
ivec3 ind = ivec3(indices[nonuniformEXT(objId)].i[3 * gl_PrimitiveID + 0],   //
                indices[nonuniformEXT(objId)].i[3 * gl_PrimitiveID + 1],   //
                indices[nonuniformEXT(objId)].i[3 * gl_PrimitiveID + 2]);  //
// Vertex of the triangle
Vertex v0 = vertices[nonuniformEXT(objId)].v[ind.x];
Vertex v1 = vertices[nonuniformEXT(objId)].v[ind.y];
Vertex v2 = vertices[nonuniformEXT(objId)].v[ind.z];

但我不太明白这里发生了什么。什么是 nonuniformEXT，为什么会这样？还有一个顶点数组和一个索引数组作为描述符......一个一维数组......好像它包含场景的所有几何形状。

总的来说，我对此完全感到困惑，如果有人能阐明这一切，我将不胜感激。

c++

1 个回答

  1. Best Answer

    于是，一切都尘埃落定。

    确实没有办法从 BLAS 中提取顶点属性，但这并不意味着不能重用几何缓冲区（用于 BLAS）来提取这些相同的属性。

    在以下代码中突出显示

    layout(binding = 5, set = 1, scalar) buffer Vertices { Vertex v[]; } vertices[];
layout(binding = 6, set = 1) buffer Indices { uint i[]; } indices[];

    是这些不是一维数组。这些是描述符数组。也就是说，这样一个数组的每个元素对应一个缓冲区。

    您可以将多个缓冲区绑定为 SSBO 并访问它们。gl_InstanceID 可以用作这样的描述符数组的键。

    因此，例如，如果我们在舞台上显示 5 个对象，每个对象都有一个指向其自己的几何缓冲区（顶点和索引缓冲区）的链接 - 您可以简单地将 5 个描述符绑定为数组元素。

    gl_PrimitiveID 是射线相交的三角形的索引，可用于获取所需的索引。并在提取的索引的帮助下，访问所需的顶点。

    如何准备这个描述符数组？

    1. 确保设备扩展已连接VK_EXT_DESCRIPTOR_INDEXING_EXTENSION_NAME并且VK_EXT_SCALAR_BLOCK_LAYOUT_EXTENSION_NAME

    2. 我们确保启用了必要的物理功能。创建逻辑设备时的设备：

      vk::PhysicalDeviceVulkan12Features vulkan12Features{};
vulkan12Features.setDescriptorBindingVariableDescriptorCount(VK_TRUE);
vulkan12Features.setRuntimeDescriptorArray(VK_TRUE);
vulkan12Features.setDescriptorIndexing(VK_TRUE);
vulkan12Features.setShaderStorageBufferArrayNonUniformIndexing(VK_TRUE);

    3. 在创建描述符池时，我们指定描述符的类型 - eStorageBuffer 和数量，该数量应等于场景中单个对象（网格）的最大数量。

       // Создать пул для набора используемого в трассировке лучей
 {
     // Размеры пула для наборов типа "набор для трассировки лучей"
     std::vector<vk::DescriptorPoolSize> descriptorPoolSizes = {
             // Дескриптор структуры ускорения верхнего уровня
             {vk::DescriptorType::eAccelerationStructureKHR, 1},
             // Дескриптор структуры итогового изображения (результат трассировки)
             {vk::DescriptorType::eStorageImage, 1},

             // Дескрипторы storage-буферов хранящих индексы (массив дескрипторов),
             {vk::DescriptorType::eStorageBuffer, static_cast<uint32_t>(maxMeshes)},
             // Дескрипторы storage-буферов хранящих вершины (массив дескрипторов)
             {vk::DescriptorType::eStorageBuffer, static_cast<uint32_t>(maxMeshes)},
             // Дескрипторы uniform-бферов хранящих матрицы трансфомацияя (массив дескрипторов)
             {vk::DescriptorType::eStorageBuffer, static_cast<uint32_t>(maxMeshes)}

     };

     // Нам нужен один набор данного типа, он будет привязываться единожды за кадр
     vk::DescriptorPoolCreateInfo descriptorPoolCreateInfo{};
     descriptorPoolCreateInfo.poolSizeCount = descriptorPoolSizes.size();
     descriptorPoolCreateInfo.pPoolSizes = descriptorPoolSizes.data();
     descriptorPoolCreateInfo.maxSets = 1;
     descriptorPoolCreateInfo.flags = vk::DescriptorPoolCreateFlagBits::eFreeDescriptorSet;
     descriptorPoolRayTracing_ = device_.getLogicalDevice()->createDescriptorPoolUnique(descriptorPoolCreateInfo);
 }

    4. 不要忘记描述符集布局

       // Макет размещения набора используемого в трассировке лучей
 {
     // Описание привязок
     std::vector<vk::DescriptorSetLayoutBinding> bindings = {
             // Структура ускорения верхнего уровня
             {
                     0,
                     vk::DescriptorType::eAccelerationStructureKHR,
                     1,
                     vk::ShaderStageFlagBits::eRaygenKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eClosestHitKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eAnyHitKHR,
                     nullptr,
             },
             // Хранимое изображение, результат трассировки
             {
                     1,
                     vk::DescriptorType::eStorageImage,
                     1,
                     vk::ShaderStageFlagBits::eRaygenKHR,
                     nullptr,
             },
             // Харнимый буфер индексов (массив дескрипторов)
             {
                 2,
                 vk::DescriptorType::eStorageBuffer,
                 static_cast<uint32_t>(maxMeshes),
                 vk::ShaderStageFlagBits::eRaygenKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eClosestHitKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eAnyHitKHR,
                 nullptr
             },
             // Харнимый буфер вершин (массив дескрипторов)
             {
                 3,
                 vk::DescriptorType::eStorageBuffer,
                 static_cast<uint32_t>(maxMeshes),
                 vk::ShaderStageFlagBits::eRaygenKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eClosestHitKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eAnyHitKHR,
                 nullptr
             },
             // Хранимый буфер матриц модели (массив дескрипторов)
             {
                 4,
                 vk::DescriptorType::eStorageBuffer,
                 static_cast<uint32_t>(maxMeshes),
                 vk::ShaderStageFlagBits::eRaygenKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eClosestHitKHR|vk::ShaderStageFlagBits::eAnyHitKHR,
                 nullptr
             }
     };

     // Создать макет размещения дескрипторного набора
     vk::DescriptorSetLayoutCreateInfo descriptorSetLayoutCreateInfo{};
     descriptorSetLayoutCreateInfo.bindingCount = bindings.size();
     descriptorSetLayoutCreateInfo.pBindings = bindings.data();
     descriptorSetLayoutRayTracing_ = device_.getLogicalDevice()->createDescriptorSetLayoutUnique(descriptorSetLayoutCreateInfo);

    5. 在循环中更新（绑定）描述符和特定缓冲区（我们遍历场景的所有当前元素并将它们的索引、顶点和 UBO 缓冲区与必要的描述符连接）

      // Г е о м е т р и ч е с к и е  +  U B O  б у ф е р ы  м е ш е й

 std::vector<vk::DescriptorBufferInfo> indexBufferInfos;
 std::vector<vk::DescriptorBufferInfo> vertexBufferInfos;
 std::vector<vk::DescriptorBufferInfo> uboBufferInfos;

 for(auto & sceneMesh : sceneMeshes_)
 {
     indexBufferInfos.emplace_back(
             sceneMesh->getGeometryBuffer()->getIndexBuffer().getBuffer().get(),
             0,
             VK_WHOLE_SIZE);

     vertexBufferInfos.emplace_back(
             sceneMesh->getGeometryBuffer()->getVertexBuffer().getBuffer().get(),
             0,
             VK_WHOLE_SIZE);

     uboBufferInfos.emplace_back(
             sceneMesh->getModelMatrixUbo().getBuffer().get(),
             0,
             VK_WHOLE_SIZE);
 }

 vk::WriteDescriptorSet writeIndexBuffers{};
 writeIndexBuffers.setDstSet(rtDescriptorSet_.get());
 writeIndexBuffers.setDstBinding(2);
 writeIndexBuffers.setDstArrayElement(0);
 writeIndexBuffers.setDescriptorCount(static_cast<uint32_t>(indexBufferInfos.size()));
 writeIndexBuffers.setDescriptorType(vk::DescriptorType::eStorageBuffer);
 writeIndexBuffers.setPBufferInfo(indexBufferInfos.data());
 writes.push_back(writeIndexBuffers);

 vk::WriteDescriptorSet writeVertexBuffers{};
 writeVertexBuffers.setDstSet(rtDescriptorSet_.get());
 writeVertexBuffers.setDstBinding(3);
 writeVertexBuffers.setDstArrayElement(0);
 writeVertexBuffers.setDescriptorCount(static_cast<uint32_t>(vertexBufferInfos.size()));
 writeVertexBuffers.setDescriptorType(vk::DescriptorType::eStorageBuffer);
 writeVertexBuffers.setPBufferInfo(vertexBufferInfos.data());
 writes.push_back(writeVertexBuffers);

 vk::WriteDescriptorSet writeUboBuffers{};
 writeUboBuffers.setDstSet(rtDescriptorSet_.get());
 writeUboBuffers.setDstBinding(4);
 writeUboBuffers.setDstArrayElement(0);
 writeUboBuffers.setDescriptorCount(static_cast<uint32_t>(uboBufferInfos.size()));
 writeUboBuffers.setDescriptorType(vk::DescriptorType::eStorageBuffer);
 writeUboBuffers.setPBufferInfo(uboBufferInfos.data());
 writes.push_back(writeUboBuffers);


 // Связываем дескрипторы с ресурсами
 device_.getLogicalDevice()->updateDescriptorSets(writes.size(), writes.data(), 0, nullptr);

    6. 我们确保所有用作此类 SSBO 的缓冲区都有一个使用标志vk::BufferUsageFlagBits::eStorageBuffer

    因此，着色器将可以访问所有必要的数据，并且可以使用重心坐标插入必要的顶点属性。

    // ID текущего объекта
uint objId = gl_InstanceID;

// Матрица модели
mat4 modelMatrix = _matrices[objId].m;

// Матрица преобразования нормалей
mat3 normalMatrix = transpose(inverse(mat3(modelMatrix)));

// Индексы вершин в индексном буфере для треугольника, с которым произошло пересечение (gl_PrimitiveID - индекс треугольника)
ivec3 ind = ivec3(_indices[objId].i[3 * gl_PrimitiveID + 0],
                  _indices[objId].i[3 * gl_PrimitiveID + 1],
                  _indices[objId].i[3 * gl_PrimitiveID + 2]);

// Вершины треугольников в буфере вершин (достаем при помощи полученных индексов)
Vertex[3] vertices = Vertex[3](_vertices[objId].v[ind.x],
                               _vertices[objId].v[ind.y],
                               _vertices[objId].v[ind.z]);

// Интерполированное значение в точке пересечения
Vertex interpolated = interpolatedVertex(vertices, attribs);

// Перевести в глобальное пространство из пространства модели
interpolated.normal = normalize(normalMatrix * interpolated.normal);
interpolated.position = (modelMatrix * vec4(interpolated.position,1.0f)).xyz;

    也有这样一个时刻，验证层可以发誓调用没有更新的描述符。这一切都是因为在创建描述符集布局时，指定了描述符的最大数量，而不是实际使用的描述符。如果您指定将在那里使用的数量，那么一切都会好起来的。其实这个层警告可以忽略（或者创建一个描述符集布局，描述符个数对应场景元素个数）

    也许这对某人有用。

    • 2

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