Vulkan教程

Vulkan教程，Vulkan是一款革命性的高性能3D图形和计算API，可用于现代GPU管线架构，能满足社区的最新需求。该API提供了一套全新的方法来克服传统API的复杂性和缺陷。Vulkan是一个显式API，保证用户在渲染时保持稳定平滑的帧速率，不会造成延迟或者故障。

著名的OpenGL API问世已经差不多四分之一个世纪，而且它还在不断发展。本质上来说，OpenGL是一个纯粹的状态机，其中包含了若干个开关量，可以设置为开/关的状态（on/off）。这些状态数据被用来构建设备中的依赖映射关系，对资源进行管理，并通过最优的方法进行控制以达到性能的最大化。

这种状态机可以隐式地自动化资源管理，但是它对应用程序逻辑的解读不够智能化，而应用程序正是资源管理背后的驱动力所在。其产生的结果可能是用户无法预测的，比如实现中断，导致着色器代码被重新编译，但是应用程序并不需要系统这么做。此外，OpenGL API也会受到其他因素的限制，例如不可预测的程序行为、多线程的扩展性、渲染的故障等。

Khronos于2016发布了革命性的新架构Vulkan API，它充分利用了现代图形处理器单元的优势，来实现高性能图形和计算应用程序的开发。Khronos是一个会员制的社区和专注于发布开放标准和免费API的组织。更多信息请参阅网站：https://www.khronos.org。

Vulkan的原始概念是由AMD基于它们的私有Mantle API设计和实现的。这个API已经在几款不同的游戏中体现了自己的先进特性，它有着革命性的实现方案，完全满足了工业界的竞争性需求。AMD开源了自己的Mantle API并且贡献给Khronos组织。在多家硬件和软件供应商的协同帮助下，Khronos发布了Vulkan标准。

Vulkan并不是目前唯一的新一代3D图形API，它还有多家不同的竞争者，例如Microsoft的Direct-X 12和Apple的Metal。不过，Direct-X只能用于不同的Windows系统，而Metal只能用在Mac系统（OS X和iOS）。因此，Vulkan得以脱颖而出。它的跨平台特性可以支持所有现存的OS平台，其中已经包括了Windows（XP、Vista、7、8、10）、Linux、Tizen、SteamOS和Android。如图所示。


相关知识

• C语言 C语言是应用最为广泛的一种高级程序设计语言，它不仅是计算机专业学生的必修课，也是许多非计算机专业学生所青睐的技术学科。C语言功能丰富，表达能力强，使用灵活方便，程序效率高，是结构化程序设计语言。C语言具有很强的实用性，既可用来编写应用软件，也适合于编写系统软件。

重要术语

在开始深入学习基础知识之前，我们首先了解一些Vulkan中的重要术语：

• 物理设备（physical device）与设备（device）：一台计算机系统中可能包含了不止一个支持Vulkan的物理硬件设备。我们所说的物理设备表示一个独立的设备，而设备指的是该物理设备在应用程序中的逻辑表示。
• 队列（queue）：队列表示执行引擎与应用程序之间的接口。一个物理设备总是包含了一个或者多个队列（图形、计算、DMA/传输，等等）。队列的职责是收集准备执行的工作（指令缓存）并且分发到物理设备执行。
• 内存类型（memory type）：Vulkan暴露了多种内存类型。广义上来说，总共有两种类型的内存：宿主内存和设备内存。在本章后面的内容里，我们会讨论这些内容。
• 指令（command）：每个指令中都可以执行一些用户行为。指令从广义上可以划分为动作、状态设置，以及同步。
• 动作指令（action command）：包括绘制图元、清除表面、复制缓存、查询/时间戳操作，以及子通道的开始/结束操作。这些指令可以修改帧缓存附件、读取或者写入内存（缓存或者图像），以及写入查询池。
• 状态设置指令（set state command）：这些指令可以用来绑定流水线、描述字集合以及缓存，或者设置一个动态状态，以及渲染通道/子通道的状态。
• 同步指令（synchronization command）：同步指令用于处理两个或者更多动作指令同时发生的情况，此时指令之间可能会争夺资源或者依赖于某些内存。该指令用来设置同步事件或者等待事件、插入流水线屏障对象，以及渲染通道/子通道的依赖。
• 指令缓存（command buffer）：指令缓存是一组指令的集合，它可以记录多个指令并统一发送到队列中。

文章目录

• Vulkan教程
• Vulkan与OpenGL的对比
• Vulkan 基本原理
• Vulkan 功能组件
• Vulkan 编程模型
• 第一个Vulkan程序
• Vulkan 使用LunarG SDK
• Vulkan 使用CMake构建工程
• Vulkan 扩展简介
• 创建Vulkan实例
• Vulkan 物理设备和逻辑设备
• Vulkan 队列和队列族
• Vulkan 设备和队列的整合
• Vulkan 调试方法
• Vulkan LunarG验证层及其特性
• Vulkan 程序中实现调试
• Vulkan 使用指令缓存
• Vulkan 指令池和指令缓存API
• Vulkan 记录指令缓存
• Vulkan 实现指令缓存
• 管理Vulkan内存
• Vulkan 什么是图像资源
• Vulkan 创建图像视图
• Vulkan 内存分配和图像资源的绑定
• Vulkan 交换链简介
• Vulkan 渲染器