Vulkan多帧飞行模式下画面顺序错乱的同步实现问题

你的画面顺序错乱问题根源在于同步逻辑的两个关键错误：

1. acquireNextImage中错误等待了所有飞行帧的fence，这不仅浪费了多帧并行的性能，还可能导致帧的执行顺序被打乱；
2. 没有跟踪每个交换链图像的使用状态，当多帧飞行时，可能出现后渲染的帧先完成present，或者同一图像被多个帧同时占用的情况，最终引发画面显示顺序混乱。

当MAX_FRAMES_IN_FLIGHT=1时，所有操作串行执行，自然不会出现乱序，但也失去了多帧并行的性能优势。

需要修正fence等待逻辑，并为每个交换链图像添加专属的同步跟踪，确保图像的使用和显示严格遵循渲染顺序：

1. 添加交换链图像的同步跟踪变量 #

在FwSwapChain类中新增成员变量，用于记录每个交换链图像当前被哪个飞行帧的fence关联：

// 大小等于交换链图像数量，初始化为VK_NULL_HANDLE
std::vector<VkFence> imageInFlightFences;

初始化时，创建与交换链图像数量相同的fence，初始状态设置为已触发（VK_TRUE），表示初始时所有图像都可用：

// 初始化示例（交换链创建完成后执行）
imageInFlightFences.resize(swapChainImages.size());
for (size_t i = 0; i < swapChainImages.size(); i++) {
    VkFenceCreateInfo fenceInfo = {};
    fenceInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_FENCE_CREATE_INFO;
    fenceInfo.flags = VK_FENCE_CREATE_SIGNALED_BIT; // 初始已触发
    if (vkCreateFence(device.getDevice(), &fenceInfo, nullptr, &imageInFlightFences[i]) != VK_SUCCESS) {
        throw std::runtime_error("failed to create image in-flight fence!");
    }
}

2. 修正acquireNextImage的同步逻辑 #

将等待所有fence改为仅等待当前帧的fence，并新增图像占用状态检查，确保获取的图像未被正在执行的帧占用：

VkResult FwSwapChain::acquireNextImage(uint32_t* imageIndex) {
    // 仅等待当前飞行帧的fence，确保该帧的资源可复用
    vkWaitForFences(device.getDevice(), 1, &frameInFlightFences[currentFrame], VK_TRUE, UINT64_MAX);

    VkResult result = vkAcquireNextImageKHR(device.getDevice(), vkSwapChain, UINT64_MAX, imageAvailableSemaphores[currentFrame], VK_NULL_HANDLE, imageIndex);

    // 如果当前获取的图像被之前的帧占用，等待该帧完成
    if (imageInFlightFences[*imageIndex] != VK_NULL_HANDLE) {
        vkWaitForFences(device.getDevice(), 1, &imageInFlightFences[*imageIndex], VK_TRUE, UINT64_MAX);
    }

    // 将当前帧的fence与该图像绑定，表示图像正在被当前帧使用
    imageInFlightFences[*imageIndex] = frameInFlightFences[currentFrame];

    return result;
}

3. 保持submitCommandBuffers的现有逻辑（仅需注意销毁时的清理） #

原submitCommandBuffers中的信号量使用、fence重置和currentFrame更新逻辑是正确的，只需要在交换链销毁时，同步清理imageInFlightFences：

// 销毁示例
for (auto fence : imageInFlightFences) {
    vkDestroyFence(device.getDevice(), fence, nullptr);
}

• 每个飞行帧有独立的fence和信号量，确保帧的渲染操作可以并行执行；
• 每个交换链图像绑定到当前使用它的帧的fence，避免同一图像被多个帧同时修改；
• 获取图像时先检查其是否被占用，确保只有完成渲染的图像才会被重新使用，从根本上保证了画面的显示顺序与渲染顺序一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Fabrice R