Vulkan API – VRS
Vulkan API – VRS Vulkan API是一种低阶绘图API，用于开发高性能应用程序和游戏，具有特定的扩展 (extension) 可让开发人员使用VRS。这个扩展称为VK_KHR_fragment_shading_rate，它允许开发人员对每个绘制调用 (draw-call)、图形单元 (primitive)、或屏幕区域 (screen region) 设置着色率。 VRS扩展受到现代GPU的广泛支持，包括ARM Mali GPU，使其为开发人员创建先进和优化的图形应用程序的有用技术。
以下图片描述了Vulkan API的VRS扩展的高层次概述。开发人员可以通过管线对象 (pipeline objects)、动态状态 (dynamic state)、着色器和帧缓存对象 (framebuffer objects) 指定着色率和结合器运算子 (combiner ops)操作。
Vulkan VRS API – 程式码模型
查询VRS功能
在正确使用VRS之前，开发人员需要了解相关的硬体能力。该扩展提供了API结构和函数，允许开发人员查询与VRS相关的设备特性。
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最佳实践建议：
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要检查VRS是否可用于该硬件，开发人员必须执行以下检查
使用vkEnumerateDeviceExtensionProperties检查以下扩充功能的可用性
VK_KHR_fragment_shading_rate
VK_KHR_get_physical_device_properties2 (适配到 Vulkan 1.1)
VK_KHR_create_renderpass2 (适配到 Vulkan 1.2)
用于附件着色率（每个区域） (必需)
用于管线或图元着色率 (非必需)
使用vkGetPhysicalDeviceFeatures2查询可用的VRS功能
透过VkPhysicalDeviceFeatures2结构的pNext 指标，设定VkPhysicalDeviceFragmentShadingRateFeaturesKHR
查询后的VkPhysicalDeviceFragmentShadingRateFeaturesKHR可以传递给VkDeviceCreateInfo以创建支持VRS的设备
要检查硬件的VRS功能，开发人员必须通过vkGetPhysicalDeviceProperties2获取VkPhysicalDeviceFragmentShadingRatePropertiesKHR。
返回的结构包含在应用程序/游戏中使用VRS的重要信息。
尽管返回的VkPhysicalDeviceFragmentShadingRatePropertiesKHR结构包含可用的着色率，但不是精确的。开发人员必须通过vkGetPhysicalDeviceFragmentShadingRatesKHR查询可用的着色率和采样率组合。
该函数应该被调用两次
获取可用着色率的数量
根据数量，获取可用着色率的数组
返回数组的每个元素都是结构类型
sampleCounts是兼容采样率的位集 （例如：0b00000101 => 着色率可以与NoAA 1x或MSAA 4x一起使用）
fragmentSize是着色率的大小 （例如：2x1代表着色率的宽度为2，高度为1）
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最佳实践建议：
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启用 VRS 功能
建立设备时启用 VRS 功能
启用 3 个扩展：
VK_KHR_fragment_shading_rate
VK_KHR_create_renderpass2 (适配到 Vulkan 1.2)
VK_KHR_get_physical_device_properties2 (适配到 Vulkan 1.1)
填充 VkPhysicalDeviceFragmentShadingRateFeaturesKHR 以启用 VRS 功能：
pipelineFragmentShadingRate = true 或 false
primitiveFragmentShadingRate = true 或 false
attachmentFragmentShadingRate = true 或 false
将 VkPhysicalDeviceFragmentShadingRateFeaturesKHR 添加到 VkPhysicalDeviceFeatures2 或 VkDeviceCreateInfo 的 pNext 中
开发人员可以以下列两种方式之一指定管线着色率和结合器操作（第 錯誤! 找不到參照來源。 节）：
管线状态对象 (Pipeline State Object)
在创建图形管线状态对象时，使用 VkPipelineFragmentShadingRateStateCreateInfoKHR 扩展 VkGraphicsPipelineCreateInfo 参见第 2.3.1 节
动态状态(Dynamic State)
在录制命令时调用 vkCmdSetFragmentShadingRateKHR 以更改当前图形管线的动态状态 参见第 錯誤! 找不到參照來源。 节
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最佳实践建议：
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开发人员可以通过使用 VkPipelineFragmentShadingRateStateCreateInfo 结构将 VkGraphicsPipelineCreateInfo 结构扩展，以指定管线着色率和结合器操作：
fragmentSize：指定片段着色的宽度和高度
combinerOps：两个结合器运算符描述如何合并三种着色率（将在第 錯誤! 找不到參照來源。 节中说明）
如果开发人员想要通过指令缓冲 (command buffer) 来控制管线着色率和结合器运算符，他们必须将 VK_DYNAMIC_STATE_FRAGMENT_SHADING_RATE_KHR 添加到 VkGraphicsPipelineCreateInfo 中的 VkPipelineDynamicStateCreateInfo 结构中。
然后，开发人员可以通过调用以下 API来控制管线着色率和结合器操作：
fragmentSize：指定片段着色的宽度和高度的大小
combinerOps：两个结合器运算符描述如何将三种着色率合并（将在第錯誤! 找不到參照來源。节中说明）
根据 Figure 2‑1: 所描述的，GPU会从三种着色率（管线、图元和附件着色率）和两个指定的结合器运算符获取有效着色率。第一个结合器会将管线着色率和图元着色率结合在一起，然后第二个结合器会将第一个结合器的结果和附件着色率结合在一起。开发者可以从以下列表中选择两个结合器的结合运算：
VK_FRAGMENT_SHADING_RATE_COMBINER_OP_KEEP_KHR => 选择A
VK_FRAGMENT_SHADING_RATE_COMBINER_OP_REPLACE_KHR => 选择 B
VK_FRAGMENT_SHADING_RATE_COMBINER_OP_MIN_KHR => A与B的片段宽/高，各别取元素最小值者
VK_FRAGMENT_SHADING_RATE_COMBINER_OP_MAX_KHR => A与B的片段宽/高，各别取元素最大值者
VK_FRAGMENT_SHADING_RATE_COMBINER_OP_MUL_KHR => A与B的片段宽/高，各别元素相乘
举例来说，若管线、图元和附件的着色率分别为1x2、2x1和4x4，结合器的运算分别为MAX和MIN。第一个结合器会将管线着色率（A）和图元着色率（B）用MAX运算结合，所以第一个结果为2x2。然后，第二个结合器会将第一个结果（A）和附件着色率（B）用MIN运算结合，所以最终着色率为2x2。
如果最终着色率不受GPU支持，GPU将会从受支持的着色率列表中自动选择一个着色率替代。
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最佳实践建议：
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开发者可以在光栅化 (rasterization) 之前的最后一个激活着色器中指定每个图元的着色率。 GLSL语言定义了一个内建的输出变量gl_PrimitiveShadingRateEXT来储存当前着色器呼叫该图元的图元着色率。
以下顶点着色器示例将一个整数值写入内建输出变量gl_PrimitiveShadingRateEXT中，以指定当前顶点的图元着色率：
#version 310 es
#extension GL_EXT_fragment_shading_rate : require
// ...
void main() {
// ...
gl_Position = pos;
gl_PrimitiveShadingRateEXT = 0x5; // 2x2 shading rate
}
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片段大小 |
二进制值 |
十六进制值 |
D9200 是否支持 |
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1x1 |
0000 |
0 |
是 |
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1x2 |
0001 |
1 |
是 |
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1x4 |
0010 |
2 |
否 |
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2x1 |
0100 |
4 |
是 |
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2x2 |
0101 |
5 |
是 |
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2x4 |
0110 |
6 |
是 |
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4x1 |
1000 |
8 |
否 |
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4x2 |
1001 |
9 |
是 |
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4x4 |
1010 |
A |
是 |
gl_PrimitiveShadingRateEXT 的有效值
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最佳实践建议：
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要指定附件着色率，开发人员必须创建一个特殊的附件贴图并将其附加到帧缓冲器。根据以下原则，着色率附件中对应的纹理元素，对帧缓冲器中的每个像素指定附件着色率：
x’ = Floor (x / TexelSize.width)
y’ = Floor (y / TexelSize.width)
其中，x’和y’是着色率附件中的纹理元素的坐标，x和y是帧缓冲器中像素的坐标，TexelSize是每个纹理元素对应的区域大小
值得注意的是，开发人员必须首先选择TexelSize。具体而言，开发人员可以检查结构VkPhysicalDeviceFragmentShadingRateProperites的三个成员：
VkExtent2D minFragmentShadingRateAttachmentTexelSize
VkExtent2D maxFragmentShadingRateAttachmentTexelSize
uint32_t maxFragmentShadingRateAttachmentTexelSizeAspectRatio
从这三个成员数组中，开发人员可以根据以下规则选择有效的纹理元素大小：
texelSize.width >= minFragmentShadingRateAttachmentTexelSize.width
texelSize.width <= maxFragmentShadingRateAttachmentTexelSize.width
texelSize.width 必须是二的幂次方 (i.e., 2n)
texelSize.height >= minFragmentShadingRateAttachmentTexelSize.height
texelSize.height <= maxFragmentShadingRateAttachmentTexelSize.height
texelSize.height 必须是二的幂次方 (i.e., 2n)
(texelSize.width / texelSize.height) <= maxFragmentShadingRateAttachmentTexelSizeAspectRatio
(texelSize.height / texelSize.width) <= maxFragmentShadingRateAttachmentTexelSizeAspectRatio
附件着色率将编码为纹理元素值，如 Table 2‑2: 所述：
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片段大小 |
二進制值 |
十六進制值 |
D9200 是否支持 |
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1x1 |
0000 |
0 |
是 |
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1x2 |
0001 |
1 |
是 |
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1x4 |
0010 |
2 |
否 |
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2x1 |
0100 |
4 |
是 |
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2x2 |
0101 |
5 |
是 |
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2x4 |
0110 |
6 |
是 |
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4x1 |
1000 |
8 |
否 |
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4x2 |
1001 |
9 |
是 |
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4x4 |
1010 |
A |
是 |
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最佳实践建议：
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若要建立将会用于着色率附件的 VkImage，开发人员必须正确地指定 VkImageCreateInfo 结构的成员值：
imageType: 必须为 VK_IMAGE_TYPE_2D
samples: 必须为 VK_SAMPLE_COUNT_1_BIT
format: 格式必须支持 VK_FORMAT_FEATURE_FRAGMENT_SHADING_RATE_ATTACHMENT_BIT_KHR
（请参阅 vkGetPhysicalDeviceFormatProperties）
D9200仅支持VK_FORMAT_R8_UINT
width: ceil(framebuffer width / texelSize.width)
height: ceil(framebuffer height / texelSize.height)
usage: 位元标签必须包含 VK_IMAGE_USAGE_FRAGMENT_SHADING_RATE_ATTACHMENT_BIT_KHR
tiling: 排列方式 + 格式必须支持 VK_FORMAT_FEATURE_FRAGMENT_SHADING_RATE_ATTACHMENT_BIT_KHR
（请参阅vkGetPhysicalDeviceFormatProperties）
D9200仅支持VK_TILING_OPTIMAL
另外，VkImageView 必须使用正确的 VkImageViewCreateInfo 结构成员值建立：
viewType: 必须为 VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D or VK_IMAGE_VIEW_TYPE_2D_ARRAY
format: 必须与 VkImageCreateInfo 结构的格式成员相同
设置渲染通道 (renderpass) 和帧缓冲 (framebuffer)
（重要提示：为了将着色率附加到渲染通道，开发人员必须使用vkCreateRenderPass2，而不是vkCreateRenderPass）
开发人员必须扩展VkRenderPassCreateInfo2中的VkSubpassDescription2，使用新结构VkFragmentShadingRateAttachmentInfoKHR指定着色率附件。
VkAttachmentReference2 pFragmentShadingRateAttachment
layout 必须为 VK_IMAGE_LAYOUT_GENERAL 或 VK_IMAGE_LAYOUT_FRAGMENT_SHADING_RATE_ATTACHMENT_OPTIMAL_KHR
VkExtent2D shadingRateAttachmentTexelSize: 着色率附件的像素大小
开发人员可以每帧更新著色率附件贴图来动态控制基于区域的VRS。如果这样做，开发人员必须意识到着色率附件贴图的资源同步问题。
通过计算着色器 (compute shader) 更新贴图，然后作为着色率附件使用：
需要在两个指令之间，透过调用vkCmdPipelineBarrier插入屏障：
vkCmdDispatch(...); // command 0
vkCmdPipelineBarrier(...); // <== the inserted pipeline barrier
vkCmdBeginRenderPass(...);
vkCmdDraw(...); // command 1
vkCmdEndRenderPass(...);
示例：子通道 (Subpass) 依赖关系
另一个示例是，贴图是由同一渲染通道中的第一个子通道更新，并由第二个子通道使用：
为了解决同步问题，开发人员必须正确指定子通道依赖关系：
为了要获取GPU在片段着色器中使用的有效着色率，开发人员可以在片段着色器中读取一个内建变量gl_ShadingRateEXT。该变量的资料表示与gl_PrimitiveShadingRateEXT相同。开发人员可以使用这些值来视觉化实际的着色率，以便进行调试。
#version 310 es
#extension GL_EXT_fragment_shading_rate : require
// ...
void main() {
// ...
if (gl_ShadingRateEXT != 0) { // VRS is on
// ...
} else { // VRS is off
// ...
}
}
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最佳实践建议：
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