推送常量
前言
在上一节中，我们使用实例化渲染成功绘制了多个兔子模型。
由于实例数据位于顶点输入缓冲中（实例缓冲和顶点缓冲作为顶点着色器的输入），我们必须在顶点着色器获取 enableTexture 字段的输入然后输出至片段着色器。
显然此字段只在片段着色器中使用，有没有办法让它直接输入到片段着色器而不经过顶点着色器呢？
我们曾学过 Uniform 缓冲，可以将此字段放在UBO中，将UBO直接绑定到片段着色器，然后在绘制房屋或兔子之前修改标志位的值。
在这一节内容，我们将介绍一种更简单的方法 -- 推送常量（Push Constants）。
推送常量是一种在 GPU 着色器中传递少量数据的高效机制，直接将数据嵌入命令缓冲区，适合传递频繁变化但体积小的数据（例如少量变换矩阵、颜色、标志位等）。
| 特性 | 推送常量 | Uniform 缓冲区 | 顶点输入缓冲 |
|---|---|---|---|
| 适用场景 | 极小数据量、频繁变化 | 中小数据量、变化不频繁 | 静态或半静态的顶点/实例数据 |
| 典型用途 | 每物体模型矩阵、标志位等 | 全局参数、灯光、投影矩阵等 | 顶点位置、法线、UV、实例参数 |
| 最大容量 | 通常 128-256 字节 | 通常 64KB-16MB | 仅受 GPU 内存限制 |
| 更新方式 | 直接直接写入命令缓冲区 | 常用过指针映射修改内存 | 常用暂存缓冲更新 |
| 访问速度 | 最快（直接嵌入命令缓冲） | 中等 | 快 |
| 资源管理 | 无需显式分配 | 需管理缓冲区与描述符 | 需管理缓冲区 |
使用推送常量
1. 管线布局
现在需要修改管线布局，加入推送常量的信息。修改 createGraphicsPipeline 函数：
vk::PushConstantRange pushConstantRange;
pushConstantRange.stageFlags = vk::ShaderStageFlagBits::eFragment;
pushConstantRange.offset = 0;
pushConstantRange.size = sizeof(uint32_t);
vk::PipelineLayoutCreateInfo pipelineLayoutInfo;
pipelineLayoutInfo.setPushConstantRanges( pushConstantRange );
推送常量的数据直接嵌入命令缓冲，所有数据共享一块数据区，但可以通过 PushConstantRange 分割出小的数据段。
可以为每个数据段指定大小，起始位置的偏移量和着色器阶段。
我们需要在片段着色器中使用它控制模型是否进行纹理采样，所以设置为 eFragment 。
2. 命令记录
现在回到 recordCommandBuffer 函数，在两次绘制之前进行推送常量命令即可：
uint32_t enableTexture = 1; // 启用纹理映射
commandBuffer.pushConstants<uint32_t>(
m_pipelineLayout,
vk::ShaderStageFlagBits::eFragment,
0, // offset
enableTexture // value
);
commandBuffer.drawIndexed( // 绘制房屋
m_firstIndices[1],
1,
0,
0,
0
);
enableTexture = 0; // 关闭纹理映射
commandBuffer.pushConstants<uint32_t>(
m_pipelineLayout,
vk::ShaderStageFlagBits::eFragment,
0, // offset
enableTexture // value
);
commandBuffer.drawIndexed( // 绘制兔子
static_cast<uint32_t>(m_indices.size() - m_firstIndices[1]),
BUNNY_NUMBER,
m_firstIndices[1],
0,
1
);
使用 pushConstants 函数向命令缓冲中写入推送常量数据，模版函数可以简化代码。
由于最后一个参数是代理数组，无法输入字面量，需要创建一个变量 enableTexture 。
在绘制房屋时推送常量的内容为 1 ，绘制兔子时为 0 。
3. 着色器代码
我们可以在片段着色中直接读取推送常量的值：
layout(push_constant) uniform PushConstants {
uint enableTexture;
} pc;
......
void main() {
if (pc.enableTexture > 0) {
outColor = texture(texSampler, fragTexCoord);
} else {
outColor = vec4(fragColor, 1);
}
}
因为推送常量只有一个数据区，直接使用 push_constant 标记即可。
PushConstants是自定义的类型名。
之前提到可以使用 Range 和 offset 划分数据段，假设某个数据段的起始偏移是 64 字节，那么可以这样读取：
layout(push_constant) uniform PushConstants {
layout(offset = 64) typeName varName;
} pc;
4. 测试
推送常量的使用就这么简单，设置管线布局 + 推送命令 + 着色器读取。 现在可以重新构建和运行程序，你看到的画面和上一章没有什么区别：
删除冗余代码
我们使用推送常量设置纹理标志位，实例缓冲中就不需要设置了。
首先修改 InstanceData 结构体，删除 enableTexture 成员变量：
struct alignas(16) InstanceData {
glm::mat4 model;
// uint32_t enableTexture;
......
};
然后修改 getAttributeDescriptions 函数，现在只需要四个 location 了：
static std::array<vk::VertexInputAttributeDescription, 4> getAttributeDescriptions() {
std::array<vk::VertexInputAttributeDescription, 4> attributeDescriptions;
for(uint32_t i = 0; i < 4; ++i) {
attributeDescriptions[i].binding = 1;
attributeDescriptions[i].location = 3 + i;
attributeDescriptions[i].format = vk::Format::eR32G32B32A32Sfloat;
attributeDescriptions[i].offset = sizeof(glm::vec4) * i;
}
return attributeDescriptions;
}
还有 initInstanceDatas 函数，不需要再初始化纹理控制字段：
void initInstanceDatas() {
......
// instanceData.enableTexture = 1;
......
// instanceData.enableTexture = 0;
......
}
最后一件事，修改两个顶点着色器代码，删除输入输出的纹理控制字段内容：
顶点着色器：
...
// layout(location = 7) in uint inEnableTexture;
...
// layout(location = 2) flat out uint enableTexture;
...
// enableTexture = inEnableTexture;
片段着色器：
// layout(location = 2) flat in uint enableTexture;
然后重新构建和运行，依然能看到之前的内容，且没有报错。