操作系統:Windows8.1

顯卡:Nivida GTX965M

開發工具：Visual Studio 2017

Introduction

在實際產品的運行環境中3D模型的數據往往共享多個三角形之間的頂點數據。即使繪制一些簡單的圖形也是如此，比如矩形：

繪制矩形需要兩個三角形，通常意味著我們需要6個頂點數據。問題是其中的兩個頂點會重復，導致數據會有50%的冗余。如果更復雜的模型，該問題會更加嚴重，平均每三個三角形就會發生重復頂點使用的情況。解決問題的方法是使用index buffer，即索引緩沖區。

索引緩沖區純粹是一個指向頂點緩沖區的指針數組。它允許我們重排列頂點數據，並復用多個已經存在的頂點數據。上圖顯示了有一個包含四個不重復頂點數據的頂點緩沖區，通過索引緩沖區將如何顯示矩形的情況。前三個索引定義右上角的三角形，最後三個索引定義了左下角的三角形。

Index buffer creation

在本章節中，為了繪制如上圖所示的矩形，我們需要修改頂點數據並添加索引數據。修改後的頂點數據分別代表矩形四個角：

const std::vector<Vertex> vertices = {
    {{-0.5f, -0.5f}, {1.0f, 0.0f, 0.0f}},
    {{0.5f, -0.5f}, {0.0f, 1.0f, 0.0f}},
    {{0.5f, 0.5f}, {0.0f, 0.0f, 1.0f}},
    {{-0.5f, 0.5f}, {1.0f, 1.0f, 1.0f}}
};

左上角是紅色，右上角是綠色，右下角是藍色，左下角是白色。我們添加一個新的索引數組indices

const std::vector<uint16_t> indices = {
    0, 1, 2, 2, 3, 0
};

根據vertices中的條目個數，我們可以使用uint16_t或uint32_t作為索引緩沖區類型。現在我們可以使用uint16_t，因為我們使用的獨立頂點數量小於65535。

如頂點數據，為了使GPU可以訪問到它們，需要將索引數據上傳到緩沖區VkBuffer。定義兩個類成員保存索引緩沖區的資源：

VkBuffer vertexBuffer;
VkDeviceMemory vertexBufferMemory;
VkBuffer indexBuffer;
VkDeviceMemory indexBufferMemory;
 

createIndexBuffer函數與之前的createVertexBuffer函數非常類似：

void initVulkan() {
    ...
    createVertexBuffer();
    createIndexBuffer();
    ...
}

void createIndexBuffer() {
    VkDeviceSize bufferSize = sizeof(indices[0]) * indices.size();

    VkBuffer stagingBuffer;
    VkDeviceMemory stagingBufferMemory;
    createBuffer(bufferSize, VK_BUFFER_USAGE_TRANSFER_SRC_BIT, VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_VISIBLE_BIT | VK_MEMORY_PROPERTY_HOST_COHERENT_BIT, stagingBuffer, stagingBufferMemory);

    void* data;
    vkMapMemory(device, stagingBufferMemory, 0, bufferSize, 0, &data);
    memcpy(data, indices.data(), (size_t) bufferSize);
    vkUnmapMemory(device, stagingBufferMemory);

    createBuffer(bufferSize, VK_BUFFER_USAGE_TRANSFER_DST_BIT | VK_BUFFER_USAGE_INDEX_BUFFER_BIT, VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT, indexBuffer, indexBufferMemory);

    copyBuffer(stagingBuffer, indexBuffer, bufferSize);

    vkDestroyBuffer(device, stagingBuffer, nullptr);
    vkFreeMemory(device, stagingBufferMemory, nullptr);
}

僅有的兩個差異。bufferSize現在等於索引數量乘以索引類型的大小，該類型或者是uint16_t，或者是uint32_t。indexBuffer的用法需改用VK_BUFFER_USAGE_INDEX_BUFFER_BIT代替VK_BUFFER_USAGE_VERTEX_BUFFER_BIT。其他的過程是一致的。我們創建暫存緩沖區拷貝頂點數據的內容，並最終拷貝到設備本地索引緩沖區。

索引緩沖區在程序退出的時候需要清理，與頂點緩沖區類似：

void cleanup() {
    cleanupSwapChain();

    vkDestroyBuffer(device, indexBuffer, nullptr);
    vkFreeMemory(device, indexBufferMemory, nullptr);

    vkDestroyBuffer(device, vertexBuffer, nullptr);
    vkFreeMemory(device, vertexBufferMemory, nullptr);

    ...
}

Using an index buffer

使用索引緩沖區繪制需要修改createCommandBuffers函數兩個地方。首先需要綁定索引緩沖區，就像之前的頂點緩沖區一樣。區別是現在僅使用一個索引緩沖區。不幸的是，不可能對每個頂點屬性使用不同的索引，所以即使只有一個屬性不同，我們仍然必須完全復制頂點數據。

vkCmdBindVertexBuffers(commandBuffers[i], 0, 1, vertexBuffers, offsets);

vkCmdBindIndexBuffer(commandBuffers[i], indexBuffer, 0, VK_INDEX_TYPE_UINT16);

索引緩沖區使用vkCmdBindIndexBuffer綁定，它持有索引緩沖區作為參數，還需要偏移量和索引數據的類型。如前所述，可能的類型是VK_INDEX_TYPE_UINT16和VK_INDEX_TYPE_UINT32。

僅僅綁定索引緩沖區不會發生任何改變，我們還需要告知Vulkan在使用索引緩沖區後，對應的繪制命令的變化。移除vkCmdDraw函數，並用vkCmdDrawIndexed替換：

vkCmdDrawIndexed(commandBuffers[i], static_cast<uint32_t>(indices.size()), 1, 0, 0, 0);

該函數的調用與vkCmdDraw非常類似。前兩個參數指定索引的數量和幾何instance數量。我們沒有使用instancing，所以指定1。索引數表示被傳遞到頂點緩沖區中的頂點數量。下一個參數指定索引緩沖區的偏移量，使用1將會導致圖形卡在第二個索引處開始讀取。倒數第二個參數指定索引緩沖區中添加的索引的偏移。最後一個參數指定instancing偏移量，我們沒有使用該特性。

現在運行程序如下所示：

現在我們已經通過索引緩沖區復用了頂點數據。在未來的加載復雜的3D模型數據中，該技術會非常的重要。

在前一章提到，為了更優的分配使用資源，推薦在單個內存中分配多個資源，如緩沖區，但是實際上，我們應該更進一步細化。來自Nvidia的驅動程序開發者建議將多個緩沖區(頂點緩沖區、索引緩沖區)存儲到單個VkBuffer中。並在諸如vkCmdBindVertexBuffers之類的命令中使用偏移量。優點在於，在這種情況下，數據會更加充分的利用緩存，因為它們排列在一塊區域。甚至在同一個渲染操作中可以復用來自相同內存塊的多個資源塊，只要刷新數據即可。該技巧稱為稱為aliasing，一些Vulkan函數有明確的標誌指定這樣做的意圖。

項目代碼 GitHub 地址。

Vulkan Tutorial 22 Index buffer