Vulkan之ImageLayout

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图像的布局实际上就是vulkan内部的图像的存储方式。也就是不同的布局，对应着图像的不同的使用场景，因此多数场景下，我们在使用图像前，都要关注下它的布局，如果布局不对的话，是要做布局转换的。

布局定义了数据在内存中的排列方式。图像的初始布局在创建时指定，在其生命周期内可以改变，有两种方式可以改变，一种是用barrier，一种是在renderpass中隐式的改变。

新创建的图像只能是VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED或者VK_IMAGE_LAYOUT_PREINITIALIZED布局，因此在使用前要做布局转换。

在vulkan中定义了如下的布局格式

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typedef enum VkImageLayout {
    VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED = 0,
    VK_IMAGE_LAYOUT_GENERAL = 1,
    VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL = 2,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL = 3,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL = 4,
    VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL = 5,
    VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL = 6,
    VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL = 7,
    VK_IMAGE_LAYOUT_PREINITIALIZED = 8,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_READ_ONLY_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL = 1000117000,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_ATTACHMENT_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL = 1000117001,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_ATTACHMENT_OPTIMAL = 1000241000,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_READ_ONLY_OPTIMAL = 1000241001,
    VK_IMAGE_LAYOUT_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL = 1000241002,
    VK_IMAGE_LAYOUT_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL = 1000241003,
    VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR = 1000001002,
    VK_IMAGE_LAYOUT_SHARED_PRESENT_KHR = 1000111000,
    VK_IMAGE_LAYOUT_SHADING_RATE_OPTIMAL_NV = 1000164003,
    VK_IMAGE_LAYOUT_FRAGMENT_DENSITY_MAP_OPTIMAL_EXT = 1000218000,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_READ_ONLY_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL_KHR = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_READ_ONLY_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_ATTACHMENT_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL_KHR = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_ATTACHMENT_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_ATTACHMENT_OPTIMAL_KHR = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_ATTACHMENT_OPTIMAL,
    VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_READ_ONLY_OPTIMAL_KHR = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_READ_ONLY_OPTIMAL,
    VK_IMAGE_LAYOUT_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL_KHR = VK_IMAGE_LAYOUT_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL,
    VK_IMAGE_LAYOUT_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL_KHR = VK_IMAGE_LAYOUT_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL,
    VK_IMAGE_LAYOUT_MAX_ENUM = 0x7FFFFFFF
} VkImageLayout;

常用的图像布局有以下的几种
VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED这个状态是未定义的，图像在使用前要转换为另外的一个布局
VK_IMAGE_LAYOUT_GENERAL 通用布局，那都可以用，但是通用必然导致效率不高
VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL 图像在管线中作为attachment使用
VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL 图像在管线中作为DEPTH/STENCIL attachment使用
VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_READ_ONLY_OPTIMAL DEPTH/STENCIL只读布局，这个用在深度测试
VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL shader读取用，这个就是用作纹理了。
VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL 传输操作的源
VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL 传输操作的目的
VK_IMAGE_LAYOUT_PRESENT_SRC_KHR 用作显示

我们在创建纹理图像的时候，创建出来的图像布局是VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED，而随后我们需要动用vkCmdCopyBufferToImage命令将stagingBuffer的内容transfer到Image中，因此我们首先要对Image做布局变换，将其布局变换为VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL。transfer完成后，图像会作为纹理来使用，因此需要将其布局再从VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL变换为VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL。

因此在我们创建纹理图像的时候，做了两次布局变换
transitionImageLayout(textureImage, VK_FORMAT_R8G8B8A8_SRGB, VK_IMAGE_LAYOUT_UNDEFINED, VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL);
copyBufferToImage(stagingBuffer, textureImage, static_cast(texWidth), static_cast(texHeight));
transitionImageLayout(textureImage, VK_FORMAT_R8G8B8A8_SRGB, VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_DST_OPTIMAL, VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL);

图像的布局变换，用的是vkCmdPipelineBarrier命令，这个命令是用来触发屏蔽操作的，Barrier也是一块非常非常复杂困难的东西，我们后续会讲到。

函数transitionImageLayout在实现上主要就是调用vkCmdPipelineBarrier命令来实现的布局变换

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VKAPI_ATTR void VKAPI_CALL vkCmdPipelineBarrier(
    VkCommandBuffer                             commandBuffer,
    VkPipelineStageFlags                        srcStageMask,
    VkPipelineStageFlags                        dstStageMask,
    VkDependencyFlags                           dependencyFlags,
    uint32_t                                    memoryBarrierCount,
    const VkMemoryBarrier*                      pMemoryBarriers,
    uint32_t                                    bufferMemoryBarrierCount,
    const VkBufferMemoryBarrier*                pBufferMemoryBarriers,
    uint32_t                                    imageMemoryBarrierCount,
    const VkImageMemoryBarrier*                 pImageMemoryBarriers);

这里我们只关心图像，因此最关键的就是pImageMemoryBarriers

srcStageMask 管线的那个阶段最后写入的资源
dstStageMask 管线的那个阶段要从资源读取数据

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VkImageMemoryBarrier的结构如下：
typedef struct VkImageMemoryBarrier {
    VkStructureType            sType;  // VK_STRUCTURE_TYPE_IMAGE_MEMORY_BARRIER
    const void*                pNext;
    VkAccessFlags              srcAccessMask;  // srcStage对图像的操作
    VkAccessFlags              dstAccessMask;  // dstStage对图像的操作
    VkImageLayout              oldLayout;  // 旧的布局
    VkImageLayout              newLayout;  // 新的布局
    uint32_t                   srcQueueFamilyIndex;  // 跨队列访问的时候才会用，值为队列的index，否则设置为VK_QUEUE_FAMILY_IGNORED
    uint32_t                   dstQueueFamilyIndex;  // 
    VkImage                    image; // 要装换布局的图像
    VkImageSubresourceRange    subresourceRange; // barrier影响到图像的部分
} VkImageMemoryBarrier;

VkImageSubresourceRange 定义了barrier影响到了图像的哪些部分

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typedef struct VkImageSubresourceRange {
    VkImageAspectFlags    aspectMask;
    uint32_t              baseMipLevel;
    uint32_t              levelCount;
    uint32_t              baseArrayLayer;
    uint32_t              layerCount;
} VkImageSubresourceRange;

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