关于 Vulkan 简介 —— Android N 引入新的 3D 渲染引擎

关于 Vulkan

Vulkan 被视作是 OpenGL 的后续产品。 它是一种多平台 API，可支持开发人员准备游戏、CAD 工具、性能基准测试等高性能图形应用。 它可在不同的操作系统（比如 Windows*、Linux* 或 Android*）上使用。 Vulkan 由科纳斯组织创建和维护。 Vulkan 与 OpenGL 之间还有其他相似之处，包括图形管道阶段、OpenGL 着色器（一定程度上），或命名。

但也存在许多差异，但这进一步验证了新 API 的必要性。 20 多年来，OpenGL 一直处于不断变化之中。 自 90 年代以来，计算机行业发生了巨大的变化，尤其是显卡架构领域。 OpenGL 库非常适用，但仅依靠添加新功能以匹配新显卡功能并不能解决一切问题。 有时需要完全重新设计。 因此创建出了 Vulkan。

Vulkan 基于 Mantle* — 第一个全新的低级别图形 API。 Mantle 由 AMD 开发而成，专为 Radeon 卡架构而设计。 尽管是第一个公开发布的 API，但使用 Mantle 的游戏和基准测试均显著提升了性能。 后来陆续发布了其他低级别 API，比如 Microsoft 的 DirectX* 12、Apple 的 Metal*，以及现在的 Vulkan。

传统图形 API 和全新低级别 API 之间有何区别？ OpenGL 等高级别 API 使用起来非常简单。 开发人员只需声明操作内容和操作方式，剩下的都由驱动程序来完成。 驱动程序检查开发人员是否正确使用 API 调用、是否传递了正确的参数，以及是否充分准备了状态。 如果出现问题，将提供反馈。 为实现其易用性，许多任务必须由驱动程序在“后台”执行。

在低级别 API 中，开发人员需要负责完成大部分任务。 他们需要符合严格的编程和使用规则，还必须编写大量代码。 但这种做法是合理的。 开发人员知道他们的操作内容和希望实现的目的。 但驱动程序不知道，因此使用传统 API 时，驱动程序必须完成更多工作，以便程序正常运行。 采用 Vulkan 等 API 可避免这些额外的工作。 因此 DirectX 12、Metal 或 Vulkan 也被称为精简驱动程序/精简 API。 大部分时候它们仅将用户请求传输至硬件，仅提供硬件的精简抽象层。 为显著提升性能，驱动程序几乎不执行任何操作。

低级别 API 要求应用完成更多工作。 但这种工作是不可避免的， 必须要有人去完成。 因此由开发人员去完成更加合理，因为他们知道如何将工作分成独立的线程，图像何时成为渲染对象（颜色附件）或用作纹理/采样器等等。 开发人员知道管道处于何种状态，或哪些顶点属性变化的更频繁。 这样有助于提高显卡硬件的使用效率。 最重要的原因是它行之有效。 我们能够观察到显著的性能提升。

但“能够”一词非常重要。 它要求完成其他工作，但同时也是一种合适的方法。 在有一些场景中，我们将观察到，OpenGL 和 Vulkan 之间在性能方面没有任何差别。 如果不需要多线程化，或应用不是 CPU 密集型（渲染的场景不太复杂），使用 OpenGL 即可，而且使用 Vulkan 不会实现性能提升（但可能会降低功耗，这对移动设备至关重要）。 但如果我们想最大限度地发挥图形硬件的功能，Vulkan 将是最佳选择。

主要显卡引擎迟早会支持部分（如果不是所有）新的低级别 API。 如果希望使用 Vulkan 或其他 API，无需从头进行编写。 但通常最好对“深层”信息有所了解，因此我准备这一教程。

Vulkan API

---

Android N 将一项新的 3D 渲染 API Vulkan™ 集成到平台中。就像 OpenGL™ ES 一样，Vulkan 是 3D 图形和渲染的一项开放标准，由 Khronos Group 维护。

Vulkan 是完全从零开始设计，以最小化驱动器中的 CPU 开销，并能让您的应用更直接地控制 GPU 操作。 Vulkan 还允许多个线程同时执行工作，如命令缓冲区构建，以获得更好的并行化。

Vulkan 开发工具和库都已卷入 Android NDK。它们包括：

• 头
• 验证层（调试库）
• SPIR-V 着色程序编译器
• SPIR-V 运行时着色器编译库

Vulkan 仅适用于已启用 Vulkan 硬件的设备上的应用，如 Nexus 5X、Nexus 6P 和 Nexus Player。 我们正在与合作伙伴密切合作，以尽快使 Vulkan 能面向更多的设备。

如需要了解更多信息，请参阅 API 文档。

参考链接：

https://software.intel.com/en-us/articles/api-without-secrets-introduction-to-vulkan-preface

https://developer.android.com/about/versions/nougat/android-7.0.html