Api vulkan что это

Api vulkan что это

Вулкан (Vulkan)
Тип API
Автор Khronos Group
Разработчик Khronos Group
Написана на C
Операционная система Linux, Android Nougat, Windows
Первый выпуск 16 февраля 2016 г.
Последняя версия
  • 1.1.127 ( 4 ноября2019 ) [1]
Состояние Актуальное
Лицензия Пользовательское соглашение
Сайт khronos.org/vulkan/

Vulkan — кроссплатформенный API для 2D- и 3D-графики, впервые представленный Khronos Group в рамках конференции GDC 2015 [2] [3] .

Vulkan API изначально был известен как «новое поколение OpenGL» или просто «glNext», но после анонса компания отказалась от этих названий в пользу названия Vulkan [4] . Как и OpenGL, Vulkan позволяет с высокой производительностью отображать в реальном времени различные приложения с 3D-графикой, такие как игры или интерактивные книги на всех платформах, а также обеспечивает более высокую производительность и меньшую нагрузку на процессор, аналогично Direct3D 12, Metal [en] и Mantle. Vulkan основан на технологиях AMD в Mantle [5] [6] [7] [8] [9] .

Содержание

Обзор [ править | править код ]

Целью Vulkan было превзойти другие API, включая его предшественника OpenGL, в части снижения накладных расходов, повышения степени прямого контроля над GPU и уменьшения нагрузки на CPU. Vulkan имеет предполагаемые преимущества:

  • OpenGL использует язык высокого уровня для написания шейдеровGLSL. Это вынуждает каждого производителя OpenGLдрайвера реализовать свой собственный компилятор для GLSL, который работает во время выполнения графического приложения, компилируя шейдерные программы в исполняемый код целевой платформы. Vulkan вместо этого предлагает промежуточный двоичный формат SPIR-V (Standard Portable Intermediate Representation), аналогичный двоичному формату в который компилируются HLSL-шейдеры на платформе DirectX. Это снимает бремя с поставщиков драйверов, позволяя компилировать шейдеры на этапе разработки. Также позволяет разработчикам приложений писать шейдеры на других языках, кроме GLSL.
  • Кроссплатформенный API поддерживается на мобильных устройствах и высокопроизводительных видеокартах.
  • Улучшенная поддержка современных систем, использующих многопоточность.
  • Снижение нагрузки на центральный процессор в ситуациях, когда он является недостаточно производительным, что позволяет достичь более высокой пропускной способности для GPU-вычислений и визуализации.
  • Серьёзным преимуществом Vulkan перед Direct3D 12 является возможность запускать современные 3D игры не только в среде Windows 10, но и на компьютерах под управлением ОС Windows 7 и Windows 8.1 [10][11] .

Для упрощения разработки приложений на Vulkan в 2018 году AMD выпустила вспомогательную оболочку V-EZ, которая берёт на себя многие вспомогательные функции при разработке, так что разработчику необязательно сразу разбираться со всеми тонкостями работы Vulkan API [12] [13] .

История [ править | править код ]

Летом 2014 года Khronos Group начала проект по созданию следующего поколения графического API. В 2014 году на SIGGRAPH проект был публично анонсирован с призывом к участию.

Согласно ведомству США по патентам и товарным знакам, фирменный знак «Vulkan» был зарегистрирован 19 февраля 2015 года [14] .

Vulkan был официально назван и анонсирован на Game Developers Conference 2015, хотя спекуляции и слухи вокруг нового API существовали заранее. Один из вариантов названий был «glNext» [15] .

3 марта 2015 года Valve анонсировала Source 2, игровой движок с поддержкой графического API Vulkan [16] [17] .

В начале 2015 года LunarG (финансируется Valve) разработан и представлен драйвер Linux для Intel, который позволил Vulkan иметь совместимость с интегрированной графической системой HD 4000 серии, которая, несмотря на открытый драйвер Mesa, не полностью совместима с OpenGL 4.0 [18] [19] . Существует ещё возможность [20] поддержки Ivy Bridge, так как он поддерживает Direct3D 11.

10 августа 2015 года Google объявила о будущей версии Andro >[21] .

18 декабря 2015 года Khronos Group объявила о том, что спецификация версии Vulkan 1.0 практически завершена и будет выпущена, когда будут доступны совместимые драйверы.

16 февраля 2016 года выпущена публичная спецификация версии Vulkan 1.0 [22] и экспериментальные драйверы для видеокарт AMD и Nvidia.

26 февраля 2018 года Khronos в рамках спецификации The Vulkan® Portability Initiative выпустили общедоступную версию Vulkan 1.0 SDK для работы на платформах MacOS и iOS [23] .

7 марта 2018 года выпущена публичная спецификация версии Vulkan 1.1 [24] .

Использование Vulkan [ править | править код ]

Игры [ править | править код ]

  • The Talos Principle — первая игра от хорватской компании Croteam, использующая данную технологию на практике. [25]
  • Dota 2 — 23 марта 2016 года была добавлена экспериментальная поддержка Vulkan и попала в релиз в мае 2016. [26]
  • Doom — 11 июля 2016 года >[27][28][29]
  • vkQuake — порт игры Quake на Vulkan выпущен в июле 2016. [30][31]
  • Need for Speed: No Limits, Vainglory и Heroes of Incredible Tales — в июне 2016 года Samsung объявила о поддержке портирования игр с OpenGL ES на Vulkan для смартфона Samsung Galaxy S7. [32]
  • Mad Max (игра, 2015) — 30 марта 2017 года в бета-тест вышла версия игры для Linux, использующая Vulkan.
  • Olympus Rising — Поддержка добавлена 20 августа 2016.
  • Rust — Поддержка добавлена 13 января 2017.
  • Destinations — Поддержка добавлена 22 февраля 2017.
  • Wolfenstein II: The New Colossus — Поддержка добавлена 27 октября 2017. [33]
  • Побег из Таркова — объявлена поддержка Vulkan. [34]
  • X4 Foundations — объявлена поддержка Vulkan. [35]
  • Star Citizen — объявлена поддержка Vulkan. [36]
  • No Man’s Sky — поддержка добавлена в патче 1.77.
  • World War Z — изначально использует API Vulkan.
  • Red Dead Redemption 2 — изначально использует API Vulkan. Игра поддерживает два API — Vulkan и DirectX 12, но согласно отзывам игроков и обзорам, производительность при использовании Vulkan выше [37] .
  • Detroit: Become Human — изначально использует API Vulkan.

Игровые движки [ править | править код ]

  • Source 2 — В марте 2015, Valve Corporation анонсировала Source 2, который получил поддержку Vulkan.
  • Serious Engine 4 — В феврале 2016, Croteam объявила о поддержке Vulkan в Serious Engine.
  • Unreal Engine 4 — В феврале 2016, Epic Games анонсировала Unreal Engine 4 с поддержкой Vulkan.
  • Torque 3D[en] — В апреле 2016, разработчики объявили что добавили поддержку Vulkan.
  • Quake Engine — В июне 2016 была добавлена поддержка Vulkan.
  • >Xenko[en] — В июле 2016, была добавлена поддержка Vulkan.
  • Unity — Поддержка Vulkan появилась в версии 5.6.
  • CryEngine — Поддержка Vulkan появилась в версии 5.4.
  • Intrinsic — бесплатный кросс-платформенный игровой движок с открытым исходным кодом, который поддерживает Vulkan.
  • Unigine — В апреле 2017, Unigine Corp анонсировала поддержку Vulkan для своего движка Unigine.
  • Abyss Engine — В мае 2017, Deep Silver выпустила Galaxy on Fire 3 Manticore на Andro >[38]
  • Turbo Engine (Leadwerks 5.0) — платный движок, от Leadwerks Technologies.

Библиотеки обёртки [ править | править код ]

  • Anvil – сокращает время на написание рабочего приложения Vulkan с нуля. Часть проекта GPUOpen[en][39] .
  • GLOVE – «OpenGL ES Over Vulkan», действует как промежуточный слой между OpenGL ES и Vulkan [40] .
  • MoltenVK[en] – позволяет приложениям Vulkan работать поверх Metal[en] в операционных системах macOS и iOS от Apple[41] .
  • V-EZ – «Лёгкий режим» для Vulkan, предназначен для упрощения сложности использования Vulkan. Часть проекта GPUOpen[42] .
  • Vulkano – обёртка для языка программирования Rust[43] .
  • PasVulkan – обёртка для языка программирования Object Pascal[44] .
  • NVK – Vulkan API для Node.js, позволяет писать приложений на языках программирования JavaScript и TypeScript[45] .
  • DXVK — обертка для использования DirectX 10-11 игр и приложений под Vulkan без необходимости их переписывать
  • VK9 — обертка для использования DirectX 9 игр и приложений под Vulkan без необходимости их переписывать.
  • nGl > Совместимость [ править | править код ]

Начальная спецификация утверждает, что Vulkan будет работать на оборудовании, которое в настоящее время поддерживает OpenGL ES 3.1 или OpenGL 4.x и выше [46] . В качестве поддержки Vulkan потребует новых графических драйверов, но это не обязательно означает, что все существующие устройства, которые поддерживают OpenGL ES 3.1 или OpenGL 4.X будут иметь доступные драйверы с поддержкой Vulkan.

Большинство из нас, геймеров, слышали о Microsoft DirectX. Однако, немногие из нас знакомы с его утилитами и как они влияют на видеоигры. В настоящее время, фактически, приобретя конкурента в форме Vulkan, вещи относящиеся к двум API, как правило, становятся еще более сложными. В этом руководстве мы увидим, что такое API, Vulkan и DirectX, и мы покажим метод, с помощью которого они влияют на наши игры.

Предварительная информация о API

Прежде чем мы начнем говорить о DirectX и Vulkan, нам нужно сначала понять, что такое API. Аббревиатура означает «Интерфейс прикладного программирования».

Интерфейс предназначен для обеспечения связи между двумя объектами. Одним из примеров является графический интерфейс Windows, который играет роль посредника между операционной системой и пользователем.

Читайте также:  Ati radeon hd 4800 series directx 11

Интерфейс обеспечивает удобную среду. С помощью этой среды мы используем операционную систему, не зная, как ее функции реализованы в фоновом режиме. Интерфейс прикладного программирования (API) заполняет роль посредника. Однако на этот раз пользователь может быть ПК или другой программой и не обязательно человеком. API-интерфейсы гораздо более распространены, чем можно было бы подумать, предлагая программистам необходимые инструменты для создания своего программного обеспечения.

Ориентировочный пример, в котором мы используем API, – это когда мы автоматически регистрируемся в новом социальном средстве или онлайн-сервисе, используя наши ранее существующие учетные записи из Facebook или Google (вместо создания новой учетной записи вручную).

В таких случаях веб-сайт использует API, через который он связывается с конкретной услугой (например, Facebook или Twitter), чтобы собирать нашу личную информацию (имя (имена), адрес электронной почты, контактные номера и т. д.) Для создания нашего нового аккаунта.

Тем не менее существует множество других применений API для всех видов взаимодействия между приложениями и компьютерами, такими как системы баз данных, операционные системы и библиотеки программного обеспечения.

В таких случаях использование API-интерфейсов применимо к нашему компьютерному оборудованию и в частности, к нашей графической карте (видеокартам).

DirectX и Vulkan фактически улучшают связь между приложением (игрой) и графическим процессором, чтобы повысить производительность графики.

Microsoft DirectX

С выпуском Windows 95 и модели защищенной памяти разработчики не имели такого же доступа к ресурсам, как в MS-DOS. DirectX впервые появился в виде набора конкретных API для разработки мультимедийных приложений, таких как игры.

Термин «DirectX» начинается со слова «Direct», ссылаясь на прямой доступ к ресурсам системы. Некоторые примеры включают Direct3D для графики и DirectSound для аудио. Часть «Х» относится к API в общей коллекции; таким образом объединив все API-интерфейсы под названием DirectX. Вышеупомянутое название также вдохновило название популярной видеоигр компании Xbox.

Вышеприведенное иллюстрирует тесную связь между DirectX и консолью Microsoft. Его последняя версия, DirectX 12, имеет большие улучшения. Тем не менее он поддерживается только Windows 10 и новейшей игровой консолью компании Xbox One.

Direct3D является жемчужиной DirectX и полезен для создания 3D-объектов на нашем экране. Он также позволяет просматривать игры в полноэкранном режиме, а также использовать аппаратные ускорители. Последний метод позволяет реализовать некоторые функции более эффективно, чем они работают в программном обеспечении. Это может быть достигнуто за счет более эффективного использования аппаратного обеспечения нашего компьютера. В этом случае это будет наша видеокарта.

Вулкан AMD

В 2015 году Kronos Group разработала свой собственный API. Vulkan – это низкоуровневый API, используемый для разработки графически требующих приложений. Его первая стабильная версия дебютировала в августе 2016 года.

Следует четко указать, что «низкий уровень» не относится к качеству. Вместо этого этот термин описывает способность Вулкана работать на аппаратном уровне.

Хронос окружает себя одними из самых больших имен в ИТ-индустрии. Некоторые из них – Google, Intel, Sony, Nvidia и AMD. Последние два дали API, свести к минимуму время разработки Vulkan.

OpenGL – популярный API среди графических дизайнеров. Фактически он был разработан Хроносом, и он также включает в себя многие характеристики Вулкана. Однако его прием игровыми дизайнерами был непредвиденным.

Одним из самых сильных активов Vulkan является тот факт, что он с открытым исходным кодом. Кроме того, совместимость Vulkan с несколькими платформами вместе с общей производительностью – это два дополнительных актива, которые делают его более прибыльным, чем DirectX.

Здесь вы можете найти полный список с именами, которые содержат Khronos. Мантия обеспечила основную базу, на которой был разработан Вулкан. Наконец Vulkan в настоящее время находится в версии 1.1.

Как они влияют на игры

До этого момента мы рассмотрели некоторые основы, касающиеся API, Microsoft и Khronos. Но как они влияют на игры?

Эти два API значительно улучшили производительность. До сих пор DirectX, по-видимому, обеспечивал лучшую производительность, чем Vulcan, что на самом деле он не так далеко позади.

Microsoft утверждает, что DirectX 12 снижает потребление на 50% при использовании DirectX 11. С другой стороны, Vulkan также демонстрирует лучшую гибкость, чем его предшественник. Говоря о предшественниках, DirectX 11 и OpenGL были созданы с учетом одноядерных процессоров; что означает, что они не были точно настроены с использованием новых, многоядерных процессоров.

В результате одно ядро ​​управляет большинством различных процессов, в то время как остальные работают с низкой скоростью, а иногда и вовсе отключены. Оба API (DirectX 12 и Vulkan) поддерживают процессоры с несколькими ядрами и потоками, чтобы максимально эффективно использовать свои возможности. Более того, они передают большую часть требуемых задач от процессора к графической карте (видеокартам), предлагая более сбалансированный опыт.

Взаимодействие между этими двумя элементами может существенно повлиять на будущие сборки ПК. Графические карты в значительной степени важнее, чем процессоры, когда дело доходит до игр. С дальнейшим развитием игровых API маловероятно, что процессоры могут стать еще менее важными, когда дело доходит до него. Таким образом, даже с простым процессором мы можем получить хорошую производительность без каких-либо узких мест.

Поддержка нескольких графических карт

Здесь Khronos Group столкнулась со значительным разрывом между двумя API-интерфейсами с поддержкой использования нескольких графических карт (использование явного многоканального GPU). Мы можем использовать разные карты, если их чипы имеют аналогичную архитектуру и используют один и тот же драйвер. Это позволит различным картам обрабатывать другую часть экрана.

Microsoft здесь еще на один шаг впереди, позволяя использовать несколько графических карт даже у другого производителя, что часто бывает, поскольку большинство систем имеют независимый и интегрированный графический процессор. Важно подчеркнуть тот факт, что эти реализации отличаются от возможностей SLI и Crossfire от Nvidia и AMD, которые реализованы с помощью драйверов, и в частности, в случае SLI требуют идентичные графические карты.

Шейдеры

Шейдеры – это небольшие программы, которые запускаются на наших видеокартах. Они отвечают за определенные функции различных объектов в 3D-среде. Тени, туман и освещение в игре являются результатом шейдера.

Vulkan использует промежуточное представление для шейдеров под названием SPIR-V. Его двоичная форма похожа на байт-код DirectX DX.

SPIR-V версия 1.3 отличается SPIR-V opt, инструментом для уменьшения размера шейдеров. Максимальный размер достигает + 40% от байт-кода DX соответствующего представления для DirectX.

Кроме того, некоторые структуры в HLSL (высокоуровневый шейдерный язык), которые были разработаны Microsoft, не поддерживались непосредственно некоторыми видеокартами.

HLSL широко используется DirectX с версии 9. Он использовался в качестве дополнения к существующему языку ассемблера шейдеров. С новой версией SPIR-V Vulkan также поддерживает ее.

Таким образом, разработчики смогут использовать существующий код для своих шейдеров, и им не нужно будет изобретать колесо. Следовательно, игры будут легко перенесены с одной платформы на другую.

Совместимость с несколькими платформами

Что касается платформ, большое преимущество Vulkan заключается в том, что он поддерживает Windows, Linux, Mac OS, Android и iOS. DirectX 12 с другой стороны, поддерживается только в Windows 10 и Xbox One. Чтобы использовать усовершенствования, предлагаемые DirectX 12, нам нужно либо обновить нашу операционную систему до Windows 10, либо получить новую консоль компании.

Если вы хотите попробовать DirectX 12, и вам не удалось получить Windows 10 во время бесплатного обновления, ознакомьтесь с нашим пошаговым руководством по свободным методам модернизации, которые доступны:

Возвращаясь к предыдущей теме, игровой порт, поддерживаемый API Vulkan, будет значительно проще по сравнению с портом, поддерживаемым DirectX.

С одной стороны, мы можем иметь названия на нескольких платформах, а с другой разные операционные системы имеют возможность размещать наши игры. Одна из причин, почему Linux не так популярен, как Windows, связана с тем, что последняя отличается от игр.

Распределение Linux может быть лучшим выбором для размещения наших игр, поскольку он может быть скорректирован для этой цели. Например Steam OS – это специализированная операционная система, предназначенная исключительно для игр.

Также подумайте: компания думает о создании программного обеспечения для разработки игр и хочет поддерживать API. Кто бы вы выбрали?

Оба имеют схожие мощности оба лучшие, чем их предшественники, и оба обеспечивают явное использование видеокарт. Vulkan поддерживает все платформы, включая Windows 10 и Xbox One, в то время как DirectX поддерживает только последние две.

Читайте также:  Drm ключи что это

Виртуальная реальность

Необходимо сказать, что Vulkan является примером больших улучшений в области виртуальной реальности. Приложение VR должно отображать определенную 3D-сцену с двух разных точек зрения – по одному для каждого глаза.

До этого момента вышесказанное было возможно, отправив все необходимые команды на нашу графическую карту, чтобы сформировать трехмерное изображение для одной перспективы. Подход такой же для перспективы нашего второго глаза.

Версия 1.1 Vulkan предлагает набор команд рендеринга для формирования нескольких, немного разных выходов (изображений), которые в конечном итоге дают лучшую производительность в приложениях VR.

Развитие и будущее

Было бы упущением, не говоря уже о ходе разработки двух API. С одной стороны, у нас есть ветеран DirectX с более чем 20-летним развитием. С другой стороны, Вулкану едва будет 3 года с 2015 года. Тот факт, что Vulkan является открытым исходным кодом, может немного повлиять на его темпы роста. Конечно игроки Khronos, похоже серьезно относятся к разработке API, так как уровни улучшения впечатляют.

Все мы можем создавать новые инструменты и модификации и предоставлять их сообществу, помогая API расти быстрее. Наконец следует упомянуть, что DirectX не имеет вышеуказанной функции. Несмотря на свои годы развития, около 40 игр в настоящее время используют Vulkan, занимая большую часть рынка. Некоторые из них – Quake, Roblox, Talos и Dota 2. Что касается производительности, Vulkan приближается к DirectX, и в некоторых случаях он превосходит его. Самые захватывающие примеры работы Вулкана – игра Doom.

Vulkan расширил свою поддержку названий AAA, таких как Wolfenstein II, не пренебрегая названиями VR, такими как Doom VFR и Serious Sam VR. Здесь вы можете увидеть подробный список поддерживаемых игр. Хотя здесь вы найдете игры с поддержкой DirectX 12.

Оба API значительно улучшили производительность. Лучшее использование нескольких графических карт и меньшее использование ЦП повысит общую производительность наших систем. По слухам, новые видеокарты от Nvidia будут выпущены к концу лета и значительно превзойдут сегодняшние высокопроизводительные графические карты. В целом, общее состояние вещей кажется довольно гибким. В любом случае, изменения в разработке игр скоро будут у нас, и оба API несомненно будут играть важную роль.

Как вы относитесь к двум API?

Вы уже узнали всю информацию, которую мы предоставили на Vulkan и DirectX? Со временем их соперничество усиливается, какой из двух API вы считаете более полезным для развития игры? Мы с нетерпением ждем ваших комментариев.

Относительно недавно вышел новый Vulkan API — можно сказать, наследник OpenGL, хотя основан Vulkan на API Mantle от AMD.
Конечно, развитие и поддержка OpenGL не прекратилось, а также в свет вышел и DirectX 12. Что там с DirectX 12 и почему его поставили только на Windows 10 — я, к сожалению (а может и к счастью) не знаю. Но вот кроссплатформенный Vulkan меня заинтересовал. В чём же особенности Vulkan и как правильно его использовать я постараюсь рассказать вам в этой статье.

Итак, для чего нужен Vulkan и где он может быть использован? В играх и приложениях, работающие с графикой? Конечно! Вычислять, как это делает CUDA или OpenCL? Без проблем. Обязательно ли для этого нам нужно окно или дисплей? Конечно нет, вы можете сами указать, куда транслировать ваш результат или не транслировать его вообще. Но обо всём по порядку.

Оформление API и основы

Пожалуй, стоит начать с самого простого. Так как над Vulkan API работали Khronous Group, синтаксис весьма похож на OpenGL. Во всём API есть префикс vk. К примеру функции (порой даже с очень длинными названиями) выглядят так: vkDoSomething(. ), имена структур или хэндлов: VkSomething, а все константные выражения (макросы, макровызовы и элементы перечислений): VK_SOMETHING. Также, есть особый вид функций — команды, которым добавляется префикс Cmd: vkCmdJustDoIt(. ).

Писать на Vulkan можно как на C, так и на C++. Но второй вариант даст, конечно же, больше удобства. Есть (и будут создаваться) порты на другие языки. Кто-то уже сделал порт на Delphi, кто-то желает (зачем?) порт на Python.

Итак, как же создать рендер контекст? Никак. Здесь его нет. Вместо это придумали другие вещи с другими названиями, которые даже будут напоминать DirectX.

Начало работы и основные понятия

Vulkan разделяет два понятия — это устройство (device) и хост (host). Устройство будет выполнять все команды, отправленные ему, а хост будет их отправлять. Фактически, наше приложение и есть хост — у Vulkan такая терминология.

Для работы с Vulkan нам понадобится хэндлы на его экземпляр (instance), и может быть даже не один, а также на устройство (device), опять же, не всегда может хватать одного.

Vulkan может быть легко загружен динамически. В SDK (разработали LunarG), если был объявлен макрос VK_NO_PROTOTYPES и загружать библиотеку Vulkan своими руками (не линковщиком, а определёнными средствами в коде), то прежде всего нужна будет функция vkGetInstanceProcAddr, с помощью которой можно узнать адреса основных функций Vulkan — те которые работают без экземпляра, включая функцию его создания, и функции, которые работают с экземпляром, включая функцию его разрушения и функцию создания устройства. После создания устройства можно получить функции, которые работают с ним (а также его дочерними хэндлами) через vkGetDeviceProcAddr.

Интересный факт: в Vulkan всегда нужно заполнить определённую структуру данными, чтобы создать какой-либо объект. И всё в Vulkan работает примерно таким образом: заранее подготовил — можно использовать часто и с высокой производительностью. В информацию об экземпляре можно также поместить информацию о вашем приложении, версии движка, версии используемого API и другую информацию.

Слои и расширения

В чистом Vulkan нет сильных проверок входящих данных на правильность. Ему сказали что-то сделать — он сделает. Даже если это приведёт к ошибке приложения, драйвера или видеокарты. Это сделали ради производительности. Тем не менее, можно без проблем подключить проверочные слои, а также расширения к экземпляру и/или устройству, если это необходимо.

Слои (layers)

В основном, предназначение слоёв — проверить входящие данные на ошибки и отслеживать работу Vulkan. Работают они очень просто: допустим, вызываем функцию, и попадает она в самый верхний слой, заданный при создании устройства или экземпляра ранее. Он всё проверяет на правильность, после этого передаёт вызов в следующий. И так будет, пока дело не дойдёт до ядра Vulkan. Конечно же, можно создать собственные слои. Например, Steam выпустила слой SteamOverlay (хотя и не знаю, что он вообще делает). Тем не менее, слои будут молчать, но не доведут до краха приложения. Как узнать, правильно ли всё сделано? Для этого есть специальное расширение!

Расширения (extensions)

Как следует из названия, они расширяют работу Vulkan дополнительным функционалом. Например, одно расширение (debug report) будет выводить ошибки (и не только) со всех слоёв. Для этого нужно будет указать необходимую Callback функцию, а что делать с информацией, поступившей в эту функцию — решать уже вам. Учтите, что это Callback и задержка может вам дорого обойтись, особенно если выводить всю полученную информацию прямиком в консоль. После обработки сообщения, можно указать, передавать ли вызов функции дальше (в следующий слой) или нет — так можно избежать критических ошибок, но постараться работать дальше с менее опасными ошибками.
Есть также и другие расширения, о некоторых я расскажу позже в этой статье.

Устройство

Vulkan разделяет понятия физического устройства и логического. Физическим устройством может быть ваша видеокарта (и не одна) или процессор, поддерживающий графику. Логическое устройство создаётся на основе физического: собирается информацию о физических устройствах, выбирается нужное, подготавливается другая необходимая информация и создаётся устройство. Может быть несколько логических устройств на основе одного физического, но вот объединять для единой работы физические устройства (пока?) нельзя.

Итак, что же за информацию мы собираем? Это, конечно же, поддерживаемые форматы, память, возможности и, конечно же, семейства очередей.

Очереди (queue) и семейства очередей (queue family)

Устройство может (или не может) делать следующие 4 вещи: рисовать графику, производить разные вычисления, копировать данные, а также работать с разреженной памятью (sparse memory management). Эти возможности представлены в виде семейств очередей: каждое семейство поддерживает определённые (может быть все сразу) возможности. И если идентичные семейства были разделены, Vulkan всё равно представит их как одно семейство, чтобы мы не так сильно страдали с кодом и выбирали нужное семейство.

Читайте также:  Goo gl что это такое

После того, как вы выбрали нужное (или нужные) семейства, из них можно получить очереди. Очереди — это место, куда будут поступать команды для устройства (потом устройство их будет брать из очередей и выполнять). Очередей и семейств, кстати, не сильно много. У NVIDIA обычно 1 семейство со всеми возможностями на 16 очередей. После того, как вы закончили с подбором семейств и количеством очередей, можно создавать устройство.

Команды, их исполнение и синхронизация

Все команды для устройства помещаются в специальный контейнер — командный буфер. Т.е. не существует ни одной функции в Vulkan, которая сказала бы устройству сделать что-либо сразу, и при завершении операции вернуть управление приложению. Есть только функции заполнения командного буфера определёнными командами (например, нарисовать что-либо или скопировать изображение). Только после записи командного буфера на хосте мы можем его отправить в очередь, которая, как уже известно, находится в устройстве.

Командный буфер бывает двух видов: первичный и вторичный. Первичный отправляется прямо в очередь. Вторичный же не может быть отправлен — он запускается в первичном. Записываются команды в таком же порядке, в каком были вызваны функции. В очередь они поступают в таком же порядке. А вот исполнятся они могут почти в «хаотичном» порядке. Чтобы не было полного хаоса в приложении разработчики Vulkan предусмотрели средства синхронизации.

Теперь, самое важное: хост не ожидает завершения исполнения команд и командных буферов. По крайней мере до того момента, пока не укажете это явным способом. После отправления командных буферов в очередь управление сразу возвращается приложению.

Есть 4 примитива синхронизации: забор (fence), семафор (semaphore), событие (event) и барьер (barrier).

Забор самый простой метод синхронизации — он позволяет хосту ожидать выполнение определённых вещей. Например, завершения выполнения командного буфера. Но используется забор редко.

Семафор — способ синхронизации внутри устройства. Никак нельзя посмотреть его состояние или подождать его на хосте, нельзя также ждать его внутри командного буфера, но можем указать, какой семафор должен подать сигнал при завершении исполнения всех команд буфера, и какой семафор ждать перед тем, как начать выполнение команд в буфере. Только ждать будет не весь буфер, а его определённая стадия.

События — элемент «тонкой» настройки. Подать сигнал можно как с хоста, так и с устройства, ждать можно также и на устройстве, и на хосте. Событие определяет зависимость двух сетов команд (до и после) в командном буфере. И для события есть также специальная псевдо-стадия, которая позволяет ждать хост.

Барьер опять может быть использован только в устройстве, а ещё точнее — в командном буфере, объявляя зависимости первого и второго сета команд. Также можно дополнительно указать барьеры памяти, которые бывают трёх видов: глобальный барьер, барьер буфера и барьер изображения. Они не дадут ненароком прочитать данные, которые в данный момент записываются и/или наоборот, в зависимости от указанных параметров.

Конвейеры

Ниже показаны два конвейера Vulkan:

Т.е. в Vulkan есть два конвейера: графический и вычислительный. С помощью графического, мы, конечно же, можем рисовать, а вычислительный… вычислять. Что же ещё? Результаты вычислений могут потом отправится в графический конвейер. Так можно с лёгкостью сэкономить время на системе частиц, например.

Изменить порядок или изменить сами стадии конвейера нельзя. Исключение составляют программируемые стадии (шейдеры). Также можно отправлять разновидные данные в шейдеры (и не только) через дескрипторы.

Для конвейера можно создать кэш, который может быть использован (снова и снова) и в других конвейерах и даже после перезапуска приложения.

Конвейер необходимо настроить и ассоциировать с командным буфером, прежде чем последний будет использовать команды конвейера.

Проход отрисовки, графический конвейер и фреймбуфер

Итак, получаем следующую матрёшку:

Для того, чтобы можно было использовать команды отрисовки, нужен графический конвейер. В графическом конвейере необходимо указать проход отрисовки (Render Pass), который содержит информацию о подпроходах (subpass), их зависимостей друг от друга и прикреплениях (attachment). Прикрепление — информация о изображении, которое будет использоваться во framebuffer’ах. Framebuffer создаётся специально для определённого прохода отрисовки. Чтобы начать проход, нужно указать как сам проход (а также, если нужно, подпроход), так и framebuffer. После начала прохода можно рисовать. Можно также переключаться между подпроходами. После того, как рисование завершено, можно завершить проход.

Управление памятью и ресурсы

Память в Vulkan распределяется хостом и только хостом (за исключением swapchain). Если изображение (или другие данные) нужно поместить в устройство — выделяется память. Сначала создаётся ресурс определённых размеров, затем запрашивается его требования к памяти, выделяется для него память, затем ресурс ассоциируется с участком этой памяти и только потом можно копировать в этот ресурс необходимые данные. Также, есть память, которая может быть непосредственно изменена с хоста (host visible), есть локальная память устройства (память видеокарты, например) ну и также другие виды памяти, по своему влияющие на скорость доступа к ним.

В Vulkan можно также написать своё распределение памяти хоста, настроив Callback функции. Но учтите, что требования к памяти, это не только её размер, но и выравнивание (alignment).

Сами ресурсы бывают двух видов: буферы (buffers) и изображения (images). И те и другие разделяются по назначению, но если буфер — просто коллекция различных данных (вершинный, индексный или буфер констант), то изображение всегда имеет свой формат.

Шейдеры

Vulkan поддерживает 6 видов шейдеров: вершинный, контроль тесселяции, анализ тесселяции, геометрический, фрагментный (он же пиксельный) и вычислительный. Написать их можно на читаемом SPIR-V, а потом собрать в байт код, который в приложении мы запечатаем в модуль, т.е. создадим shader-модуль из этого кода. Конечно же, мы можем написать его на привычном GLSL и потом конвертировать в SPIR-V (транслятор уже есть). И, конечно же, вы можете написать свой транслятор и даже ассемблер — исходники и спецификации выложены в OpenSource, ничто не мешает написать вам сборщик для своего High Level SPIR-V. А может кто-то уже написал.
Байт код потом транслируется в команды, специфичные для каждой видеокарты, но делается это намного быстрее, чем из сырого GLSL кода. Подобная практика применяется и в DirectX — HLSL сначала преобразуются в байт код, и этот байт код может быть сохранён и потом использован, чтобы не компилировать шейдеры снова и снова.

Окна и дисплеи

А закончит эту статью рассказ о WSI (Window System Integration) и цепочке переключений (swapchain). Для того, чтобы выводить что-либо в окно или на экран — нужны специальные расширения.

Для окон это базовое расширение плоскости и расширение плоскости, специфичной для каждой из систем (win32, xlib, xcb, android, mir, wayland). Для дисплея (т.е. FullScreen) нужно расширение display, но в целом и то и другое используют расширение swapchain.

Цепочка переключений не связана с графическим конвейером, поэтому простой Clear Screen выходит без настройки всего этого. Всё достаточно просто. Есть определённый движок показа (presentation engine), в котором есть очередь изображений. Одно изображение показывается на экран, другие дожидаются своей очереди. Количество изображений мы также можем указать. Есть также несколько режимов, которые позволят дождаться сигнала вертикальной синхронизации.

Метод работы примерно таков: мы запрашиваем индекс свободного изображения, вызываем командный буфер, который скопирует результат из Framebuffer в это изображение, и отправляем команду о отправки изображения в очередь. Звучит легко, но с учётом того, что потребуется синхронизация — всё чуточку сложнее, так как единственное, чего ожидает хост — это индекс изображения, которое вскоре будет доступно. Командный буфер ждёт сигнала семафора, который будет свидетельствовать о доступности изображения, и потом сам подать сигнал через семафор о том, что выполнение буфера, в следствии и копирование, завершено. И изображение действительно поступит в очередь по сигналу последнего семафора. Всего два семафора: о доступности изображения для копирования и о доступности изображения для показа (т.е. о завершении копирования).

Кстати говоря, я проверил, что один и тот же командный буфер действительно отправлялся в очередь несколько раз. Можете подумать сами, что это значит.

В этой статье я попытался рассказать о наиболее важных частях Vulkan API, но многое всё ещё не рассказано и это вы можете узнать сами. Стабильного вам FPS и приятного кодинга.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector