VKD3D-Proton测试套件在Adreno GPU上的流输出测试失败分析

背景介绍

在图形渲染管线中，流输出(Stream Output)是一种将几何着色器处理后的顶点数据输出到缓冲区而非屏幕的技术。VKD3D-Proton作为Direct3D 12到Vulkan的兼容层实现，其测试套件中包含了对流输出功能的严格验证。

问题现象

在Adreno A750 GPU上运行VKD3D-Proton测试套件时，发现两个与流输出相关的测试用例失败：

1. test_primitive_restart_list_topology_stream_output测试
2. test_index_buffer_edge_case_stream_output测试

技术分析

测试用例1：三角形列表拓扑中的原始重启测试

这个测试的核心是验证在三角形列表拓扑中使用原始重启(primitive restart)时流输出的正确性。测试过程中：

1. 使用索引缓冲区绘制三角形
2. 第二个三角形使用了特殊的索引值组合：9, UINT32_MAX, UINT32_MAX

在Adreno硬件上，这种索引组合会导致三角形被识别为退化(degenerate)图元而被硬件优化掉，从而没有产生预期的流输出数据。

技术细节：虽然原始重启在D3D12的条带(strip)拓扑中是标准功能，但在列表(list)拓扑中并不适用。此处的失败实际上是由于索引值形成的三角形退化为了线或点，触发了硬件的早期剔除优化。

测试用例2：索引缓冲区边界条件测试

这个测试验证了在特殊边界条件下索引缓冲区的行为：

1. 绘制三个三角形
2. 其中第二和第四个三角形使用空索引缓冲区进行索引绘制
3. 按照D3D12规范，此时应使用三个零索引顶点构建三角形

Adreno硬件对这种特殊情况进行了优化，直接丢弃了这些绘制调用，导致没有产生预期的流输出。

技术细节：当索引缓冲区为空时，规范要求使用零索引顶点。但某些硬件会认为这种情况属于无效绘制而提前终止，这实际上违反了D3D12关于流输出的规范要求。

解决方案

VKD3D-Proton团队针对此问题采取了以下措施：

1. 对于退化图元的情况，添加了特定于硬件的条件判断(bug_if)
2. 对于空索引缓冲区的情况，同样通过条件判断标记为已知硬件限制
3. 在测试中考虑使用点(POINT)图元替代三角形作为可能的变通方案

技术启示

这一案例揭示了几个重要的图形编程实践要点：

1. 硬件优化差异：不同GPU厂商对无效或低效绘制调用的优化策略可能存在差异
2. 规范一致性：即使行为看似合理(如丢弃无效绘制)，也必须严格遵循API规范要求
3. 测试覆盖：边界条件测试对于确保跨平台兼容性至关重要
4. 流输出特殊性：流输出路径需要特殊处理，不能简单套用常规渲染的优化策略

结论

Adreno GPU的激进优化策略虽然提高了常规渲染场景的效率，但在流输出等特殊场景下可能导致与D3D12规范不一致的行为。VKD3D-Proton通过条件判断和测试调整解决了这一问题，同时也为开发者提供了处理类似硬件差异的参考方案。