Vulkan
跨平台的3D圖形與電腦程式介面 来自维基百科,自由的百科全书
Vulkan是一個低开销、跨平台的二维、三维图形与计算的應用程式接口(API),[11]最早由科納斯組織在2015年游戏开发者大会(GDC)上發表。[12][13]与OpenGL类似,Vulkan針對全平台即時3D图形程式(如電子遊戲和交互媒体)而設計,并提供高效能与更均衡的CPU与GPU占用,這也是Direct3D 12和AMD的Mantle的目標。与Direct3D(12版之前)和OpenGL的其他主要区别是,Vulkan是一个底层API,而且能执行并行任务。除此之外,Vulkan还能更好地分配多个CPU核心的使用。[14]
科納斯最先把Vulkan API稱為「次世代OpenGL行動」(next generation OpenGL initiative)或「glNext」,但在正式宣佈Vulkan之後這些名字就沒有再使用了。[15]Vulkan基于Mantle构建,AMD将其Mantle API捐赠给科納斯組織,给予该组织开发底层API的基础,使其像OpenGL一样成为行业标准。[3][10][16][17][18][19][20]
特性

Vulkan旨在提供更低的CPU开销与更直接的GPU控制,其理念大致与Direct3D 12和Mantle类似。[21]
以下是Vulkan相对于上一代API的优势:[22]
- Vulkan API适用于从高性能电脑到移动低功耗设备的显示卡(OpenGL具有名为OpenGL ES的移动设备API子集,它仍是支持Vulkan设备的备选API)。
- 相比于Direct3D 12,Vulkan与前身OpenGL类似,受多种操作系统支持。Vulkan已经能在Windows 7、Windows 8、Windows 10、Tizen、Linux与Android上运行(iOS和macOS有第三方支持[23])。
- 通过批量处理(Batching)减少CPU负载,使CPU可以执行更多其他的计算或渲染任务。[21][24]
- 在多核心CPU上,Vulkan能对核心与线程进行优化。Direct3D 11与OpenGL 4最初为单核心CPU设计,尽管后来出现了针对多核心CPU优化的扩展,不过与Vulkan相比,优化仍不是很好。[25]
- 减少了驱动程序的开销与维护工作。OpenGL使用高级着色语言GLSL编写着色器,不同的驱动在程序运行时需要执行自身的GLSL编译器,将程序的着色器转换为GPU可执行的机器代码。而Vulkan驱动将着色器语言预先转化为SPIR-V(Standard Portable Intermediate Representation)的中间二进制格式,其行为类似于Direct3D的HLSL着色器。通过着色器预编译,应用程序加载速度更快,并且3D场景可以使用更多种着色器。Vulkan驱动只需对GPU进行优化并生成代码,这使得驱动程序更容易维护,驱动程序包更小(目前GPU供应商仍需在驱动程序中提供OpenGL与OpenCL的支持)。[26]
- 计算与图形处理的统一管理,因此Vulkan无需与单独的计算API配合使用。
英伟达在2016年时指出,由於OpenGL的复杂度和维护难度比Vulkan低很多,在多数情况下也能提供理想的整体性能,现阶段OpenGL仍是个很好的选择。[27] AMD表示, Vulkan支援Close-To-Metal控制的獨特能力可加快跨 Windows和 Linux的效能並且提高影像品質。現今無其他圖形 API 提供如此強大的作業系統相容性、成像功能和硬體效率組合[28] 。 例如,CPU中包含的集成GPU可與高端專用GPU結合使用,以略微提高性能。
科納斯在SIGGRAPH2016上宣布Vulkan將支持自動多GPU功能,類似於Direct3D 12所提供的功能[29] ,顯示驅動程序不再需要處理多個GPU的使用,相反,兩個或更多完全不同的GPU之間可以智能地分配工作負載[30]。
科納斯於2018年3月7日發布了Vulkan 1.1[31] 。它擴展了幾個核心功能,包括子集操作,例如多視圖、設備組、高級渲染和編輯操作程序跨流程API交互操作。這些核心功能還包括16位內存獲取高級計算,HLSL內存分佈支持,視頻流的顯示,處理和編程,通過許多視頻編輯解碼器生成的YCbcRr顏色格式化紋理的直接抽樣。同時,它還帶來了與DirectX 12的更好兼容性,顯式支持多GPU,光線跟踪支持[32][33],為下一代GPU奠定了基礎。[34]
2020年1月15日,科納斯組織發布了Vulkan 1.2,將23個已經通過驗證的擴展集成到基本Vulkan標準中[35],大部份用來幫助提升Vulkan與其他圖形API之間的兼容層性能。
2022年1月25日,科納斯組織发布了Vulkan 1.3。[36] 这次更新将另外23个常用的成熟的Vulkan扩展集成到基本的Vulkan标准中。
科纳斯在SIGGRAPH 2016上宣布,Vulkan将提供类似于Direct3D 12的多卡互联功能。[37]通过Vulkan,不同型号的显卡也能协同工作,而无需NVIDIA SLI或AMD Crossfire的支持。Vulkan多卡互联功能允许API在多个不同的显卡之间智能分配负载,例如,CPU上的集成显卡与高端独立显卡协同工作,能够略微提升显示性能。[38]
在2017年5月发行OpenCL 2.2之时,Khronos Group宣布OpenCL将尽可能的汇合于Vulkan,以确使OpenCL软件在这两种API上灵活部署[39][40]。这已经由Adobe的Premiere Rush展示出来,它使用clspv开源编译器[41],编译了大量OpenCL C内核代码,从而在部署于Android的Vulkan运行时系统上运行[42]。
历史
2014年6月,科纳斯组织开始了“次世代OpenGL”图形API的计划,并在Valve公司举行项目启动会议。[43]在SIGGRAPH 2014上,项目公之于世。[10]2015年2月19日,Vulkan的商标在美国专利及商标局提交。[44]
2015年早些时候,LunarG(由Valve资助)开发并展示了一款支持Vulkan API的Intel HD Graphics 4000系列Linux驱动程序,不过当时的Mesa开源驱动并不完全兼容OpenGL 4.0。[45][46]
支持Vulkan的软件
- 《塔洛斯法则》——首个支持Vulkan渲染的游戏[47]
- 《Dota 2》——2016年5月开始支持[48]
- 《毁灭战士》——2016年7月开始支持[49]
- 《虹彩六號:圍攻行動》——PC公開測試中[50]
- vkQuake——《雷神之锤》的Vulkan移植版,于2016年7月发布[51][52]
- World War Z——《末日之戰》電影改編遊戲。由Epic Games出品。
- Red Dead Redemption 2——《碧血狂殺2》。由Rockstar Games出品。
- X-Plane(飛行模擬軟體)——由Laminar Research推出。從X-Plane 11開始支援,X-Plane 12作為默認渲染方式
- Source 2——2015年3月由Valve公司发布[53][54]
- Serious Engine 4——2016年2月,Croteam宣布支持Vulkan API[55]
- 虚幻引擎4——2016年2月Epic Games在三星Galaxy S7 Unpack发布会上声明提供Vulkan支持[56][57]
- Torque 3D——2016年4月,开发者社区宣称将提供Vulkan支持[58][59]
- id Tech 3引擎——在2017年5月增加了對Vulkan的非正式支持[60]
- id Tech 4引擎——在2017年8月添加了非官方的Vulkan支持[61]
- id Tech 6——2016年5月id Software宣布运行于id Tech 6引擎的《毁灭战士》将支持Vulkan[62]
- id Tech 7——僅在PC上使用Vulkan
- Abyss Engine——2017年5月Deep Silver在Android上發佈了基於vulkan的浴火銀河3
- Banshee 3D——支持Vulkan的免費開放源代碼跨平台遊戲引擎
- CryEngine——Crytek计划提供支持[63]
- Xenko——2016年7月加入支持[64]
- Intrinsic——在GitHub上托管的开源跨平台游戏引擎[65]
- Unity——2016年12月,Unity Technologies表示其Unity游戏引擎5.6版将支持Vulkan API;[66]2017年3月,Unity 5.6提供正式支持[67]
- Roblox——自2017年3月起,Roblox支持Vulkan渲染
- Rockstar高級遊戲引擎——除DirectX12外,還完全支持Vulkan
- Godot——在2018年2月下旬,開發人員宣布將把重點改為使用OpenGL ES 2和Vulkan的組合。[68]
- Flax Engine——於2019年4月添加Vulkan支持[69]
- Apex Game Engine(來自雪崩工作室)——狂怒煉獄2改用Vulkan進行渲染[70]
- Messiah Game Engine——網易與高通合作,針對Vulkan優化[71]
Vulkan视窗系统接口(Window System Interface,WSI)的作用类似于OpenGL ES的EGL。[74]EGL能使OpenGL ES程序跟原生视窗系统相通,并控制上下文管理、缓冲器绑定与渲染同步等。
兼容性
初版Vulkan规范指出,Vulkan能在支持OpenGL ES 3.1或OpenGL 4.x及更高版本的显卡上运行。[75]但Vulkan API本身依赖于新版显卡驱动程序,而且并非所有符合Vulkan规范的显卡都能收到厂商提供的驱动程序更新。
2016年8月22日,Google发布的Android Nougat(Android 7.x)提供对Vulkan的支持。[76]
苹果公司没有对iOS和macOS提供官方Vulkan支持,而Molten公司开发的MoltenVK运行于苹果Metal API,提供Vulkan第三方支持。[23]
参见
參考資料
外部链接
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