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# Vulkan 设备丢失恢复机制
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## 问题描述
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当系统从休眠/睡眠状态唤醒时，Vulkan 渲染会失败并报错：
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Failed to submit draw command buffer! Error code = -4
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错误码 `-4` 对应 `VK_ERROR_DEVICE_LOST`，表示 Vulkan 逻辑设备已丢失。这是因为：
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1. 系统休眠时 GPU 驱动会被挂起或重置
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2. 唤醒后 GPU 物理设备重新初始化
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3. 之前创建的 Vulkan 逻辑设备和资源变为无效状态
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4. 任何 Vulkan 命令调用都会返回 `VK_ERROR_DEVICE_LOST`
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## 解决方案
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实现了一个完整的设备丢失检测和恢复机制，包括以下几个关键步骤：
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### 1. 添加设备丢失状态标志
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在 `VulkanWidget` 类中添加了 `m_deviceLost` 布尔标志来跟踪设备状态：
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```cpp
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bool m_deviceLost; // 标记设备是否丢失（如休眠后唤醒）
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```
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### 2. 在关键 Vulkan 调用点检测设备丢失
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在三个可能返回 `VK_ERROR_DEVICE_LOST` 的关键位置添加了检测：
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#### a) `vkAcquireNextImageKHR` - 获取交换链图像
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```cpp
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VkResult result = vkAcquireNextImageKHR(...);
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if (result == VK_ERROR_DEVICE_LOST || result == -4) {
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qDebug() << "VK_ERROR_DEVICE_LOST detected in vkAcquireNextImageKHR!";
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m_deviceLost = true;
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if (handleDeviceLost()) {
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qDebug() << "Device recovery successful";
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} else {
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qDebug() << "Device recovery failed!";
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setError("Failed to recover from device lost error");
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}
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return;
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}
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```
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#### b) `vkQueueSubmit` - 提交命令缓冲
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```cpp
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result = vkQueueSubmit(m_queue, 1, &submitInfo, m_inFlightFences[m_currentFrame]);
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if (result != VK_SUCCESS) {
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if (result == VK_ERROR_DEVICE_LOST || result == -4) {
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qDebug() << "VK_ERROR_DEVICE_LOST detected! Attempting to recover device...";
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m_deviceLost = true;
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if (handleDeviceLost()) {
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qDebug() << "Device recovery successful";
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} else {
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qDebug() << "Device recovery failed!";
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setError("Failed to recover from device lost error");
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}
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}
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return;
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}
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```
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#### c) `vkQueuePresentKHR` - 呈现图像
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```cpp
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result = vkQueuePresentKHR(m_queue, &presentInfo);
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if (result == VK_ERROR_DEVICE_LOST || result == -4) {
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qDebug() << "VK_ERROR_DEVICE_LOST detected in vkQueuePresentKHR!";
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m_deviceLost = true;
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if (handleDeviceLost()) {
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qDebug() << "Device recovery successful";
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} else {
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qDebug() << "Device recovery failed!";
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setError("Failed to recover from device lost error");
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}
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}
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```
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### 3. 实现设备恢复函数
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#### `handleDeviceLost()` - 设备丢失处理函数
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```cpp
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bool VulkanWidget::handleDeviceLost()
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{
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qDebug() << "=== Handling device lost error ===";
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// 1. 停止渲染定时器，防止在恢复期间继续渲染
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if (m_renderTimer && m_renderTimer->isActive()) {
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m_renderTimer->stop();
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}
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// 2. 等待设备空闲（可能会失败，但仍然尝试）
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if (m_device != VK_NULL_HANDLE) {
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vkDeviceWaitIdle(m_device);
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}
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// 3. 重新创建设备和所有资源
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bool success = recreateDevice();
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if (success) {
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m_deviceLost = false;
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// 4. 如果渲染已启用，重新启动定时器
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if (m_renderingEnabled && m_renderTimer && !m_renderTimer->isActive()) {
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m_renderTimer->start(16); // ~60 FPS
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}
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}
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return success;
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}
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```
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#### `recreateDevice()` - 设备重建函数
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完整的资源重建流程：
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```cpp
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bool VulkanWidget::recreateDevice()
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{
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// 1. 清理 VulkanRenderer
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if (m_renderer) {
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delete m_renderer;
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m_renderer = nullptr;
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}
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// 2. 清理同步对象（Semaphores、Fences）
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for (size_t i = 0; i < MAX_FRAMES_IN_FLIGHT; i++) {
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vkDestroySemaphore(m_device, m_renderFinishedSemaphores[i], nullptr);
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vkDestroySemaphore(m_device, m_imageAvailableSemaphores[i], nullptr);
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vkDestroyFence(m_device, m_inFlightFences[i], nullptr);
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}
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// 3. 清理命令对象（Command Pool 和 Command Buffers）
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vkFreeCommandBuffers(m_device, m_commandPool, ...);
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vkDestroyCommandPool(m_device, m_commandPool, nullptr);
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// 4. 清理交换链（Swapchain 和相关资源）
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cleanupSwapchain();
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// 5. 销毁逻辑设备
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vkDestroyDevice(m_device, nullptr);
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// 6. 销毁 Surface
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vkDestroySurfaceKHR(m_instance, m_surface, nullptr);
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// === 重建阶段 ===
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// 7. 重新创建 Surface
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if (!createSurface()) return false;
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// 8. 重新创建逻辑设备
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if (!createDevice()) return false;
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// 9. 重新创建交换链
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if (!createSwapchain()) return false;
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// 10. 重新创建命令对象
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if (!createCommandObjects()) return false;
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// 11. 重新创建同步对象
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if (!createSyncObjects()) return false;
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// 12. 重新创建 VulkanRenderer
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m_renderer = new VulkanRenderer();
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if (!m_renderer->initialize(...)) {
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delete m_renderer;
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m_renderer = nullptr;
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return false;
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}
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// 13. 重置帧计数器
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m_currentFrame = 0;
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return true;
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}
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### 4. 在渲染启用时主动检查
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在 `setRenderingEnabled(true)` 时主动检查设备是否丢失：
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```cpp
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void VulkanWidget::setRenderingEnabled(bool enabled)
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{
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if (m_renderingEnabled) {
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// 检查设备是否丢失（例如从睡眠中唤醒后）
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if (m_deviceLost) {
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qDebug() << "Device lost detected on resume, attempting recovery...";
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if (!handleDeviceLost()) {
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qDebug() << "Failed to recover device, rendering cannot resume";
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m_renderingEnabled = false;
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return;
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}
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}
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// 启动渲染定时器
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if (!m_renderTimer->isActive()) {
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m_renderTimer->start(16);
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}
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}
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}
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```
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### 5. 渲染前防护检查
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在 `renderFrame()` 开始时添加保护检查：
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```cpp
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void VulkanWidget::renderFrame()
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{
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// 如果设备丢失，不进行渲染
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if (m_deviceLost) {
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return;
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}
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// 正常渲染流程...
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}
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## 工作流程
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### 正常流程
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1. 用户锁定屏幕 → 停止动画，渲染一帧锁屏画面
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2. 系统进入休眠/睡眠
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3. 系统唤醒 → 触发 `aboutToWakeUp` 信号
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4. 调用 `setRenderingEnabled(true)`
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5. 检测到 `m_deviceLost == false`，正常恢复渲染
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### 设备丢失恢复流程
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1. 用户锁定屏幕 → 停止动画
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2. 系统进入休眠/睡眠 → **GPU 驱动重置，设备丢失**
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3. 系统唤醒 → 触发 `aboutToWakeUp` 信号
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4. 调用 `setRenderingEnabled(true)`
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5. 检测到 `m_deviceLost == true`（或首次渲染时检测到）
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6. 调用 `handleDeviceLost()`
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7. 执行 `recreateDevice()` 重建所有 Vulkan 资源
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8. 设置 `m_deviceLost = false`
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9. 恢复正常渲染
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### 渲染时设备丢失流程
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1. 正在渲染中
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2. 调用 `vkQueueSubmit` 返回 `VK_ERROR_DEVICE_LOST`
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3. 检测到错误，设置 `m_deviceLost = true`
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4. 调用 `handleDeviceLost()` 进行恢复
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5. 下一帧继续正常渲染
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## 关键点说明
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### 为什么需要销毁 Surface？
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虽然 Vulkan 规范中 Surface 不直接依赖于逻辑设备，但在某些平台（特别是 Windows）上：
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- GPU 驱动重置可能影响 Surface 的底层窗口系统连接
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- 旧的 Surface 可能与新设备不兼容
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- 重新创建 Surface 确保与新设备的完全兼容性
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### 为什么不保留 Instance 和 PhysicalDevice？
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- `VkInstance`：Vulkan 加载器级别的对象，不受设备丢失影响，可以保留
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- `VkPhysicalDevice`：物理设备句柄，表示 GPU 硬件，也不受逻辑设备丢失影响，可以保留
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- `VkDevice`：逻辑设备，设备丢失后**必须**重新创建
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- `VkSurface`：虽然理论上可以保留，但为了保证跨平台兼容性，选择重新创建
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### 同步问题
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在清理资源前调用 `vkDeviceWaitIdle()` 确保：
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- 所有提交的命令都已完成
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- 没有资源正在被 GPU 使用
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- 避免在销毁时出现验证层错误
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即使 `vkDeviceWaitIdle()` 因设备丢失而失败，我们仍然继续清理流程，因为：
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- 设备已丢失，所有命令都已停止
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- 资源对象仍需要正确释放以避免内存泄漏
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## 测试场景
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1. **正常休眠/唤醒**
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- 锁定屏幕 → 休眠 → 唤醒 → 解锁
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- 应该能够正常恢复渲染，无错误
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2. **长时间休眠**
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- 休眠超过数小时或过夜
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- GPU 驱动更可能被完全重置
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- 应该能够检测设备丢失并成功恢复
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3. **多次休眠/唤醒循环**
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- 连续多次休眠和唤醒
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- 每次都应该能够正确恢复
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- 无内存泄漏
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4. **渲染中途设备丢失**
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- 在活跃渲染期间触发设备丢失
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- 应该能够捕获错误并恢复
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## 日志输出
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成功恢复的日志示例：
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📤 系统已从睡眠中唤醒
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MainWindow: Screen unlocked event received
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Vulkan rendering ENABLED - Resuming animations
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Device lost detected on resume, attempting recovery...
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=== Handling device lost error ===
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Render timer stopped for device recovery
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=== Recreating Vulkan device ===
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Renderer cleaned up
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Sync objects cleaned up
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Command objects cleaned up
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Logical device destroyed
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Surface destroyed
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Surface recreated
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Logical device recreated
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Swapchain recreated
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Command objects recreated
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Sync objects recreated
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VulkanRenderer recreated successfully!
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=== Device recreation complete ===
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Device recovery successful!
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Render timer restarted after recovery
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```
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## 注意事项
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1. **帧计数器重置**：设备恢复后 `m_currentFrame` 重置为 0，确保同步对象索引正确
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2. **渲染器状态**：VulkanRenderer 会被完全重建，所有内部状态都会重置
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3. **用户体验**：恢复过程通常在 100-500ms 内完成，用户可能会注意到短暂的黑屏或暂停
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4. **错误处理**：如果恢复失败，渲染会被禁用，防止崩溃，用户仍可使用应用的其他功能
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5. **跨平台**：此方案在 Windows、Linux 和 macOS 上都应该工作，但具体行为可能因驱动而异
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## 相关文件
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||
- `src/vulkanwidget.h` - 添加了 `m_deviceLost` 标志和恢复函数声明
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||
- `src/vulkanwidget.cpp` - 实现了完整的设备丢失检测和恢复逻辑
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||
- `src/powermonitor.cpp` - 发送 `aboutToWakeUp` 信号
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||
- `src/mainwindow.cpp` - 连接信号并调用 `setRenderingEnabled(true)`
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