Vulkan 概述一文对比了 Vulkan 和 OpenGL 的特点,重点介绍了 Vulkan 的优势体现在哪里,本文将接着介绍 Vulkan 的一些重要概念。
实例(Instance)
Vulkan 实例 是 Vulkan API中的一个基本概念,它是连接 Vulkan 库和应用程序之间的桥梁,用于初始化Vulkan 库。创建 Vulkan 实例涉及到向驱动程序提供应用程序的一些细节,如应用程序信息和引擎信息等。
在Vulkan中,实例(VkInstance)是存储所有每个应用状态的对象,应用程序必须在执行任何其他 Vulkan 操作之前创建一个 Vulkan 实例。
这个类似于 OpenGL 的上下文概念,一个实例代表一整 Vulkan 环境(或上下文)。不同的 Vulkan环境能够获取到不同的 Vulkan 功能特性。
创建 VkInstance
Vulkan 编程中,创建一个 Vulkan 组件有一个固定的规则,首先需要设置一个创建组件信息的结构体 VkxxxCreateInfo,然后调用创建组件的 API VkCreatexxx 。
VkInstanceCreateInfo
typedef struct VkInstanceCreateInfo {
VkStructureType sType;
const void* pNext;
VkInstanceCreateFlags flags;
const VkApplicationInfo* pApplicationInfo;
uint32_t enabledLayerCount;
const char* const* ppEnabledLayerNames;
uint32_t enabledExtensionCount;
const char* const* ppEnabledExtensionNames;
} VkInstanceCreateInfo;
- sType 是该结构体的类型枚举值, 必须 是 VkStructureType::VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO 。
- pNext 要么是 nullptr 要么指向其他结构体来扩展该结构体。
- flags 是 VkInstanceCreateFlagBits 所表示的位域值,用于设置 VkInstance 的行为。
- pApplicationInfo 要么是 nullptr, 要么指向应用信息结构体,用于应用细节设置。
- enabledLayerCount 激活的 layer 数量。
- ppEnabledLayerNames 指向数量为 enabledLayerCount 的 layer 字符串数组,用于设置要激活的 layer。
- enabledExtensionCount 激活 instance 扩展的数量。
- ppEnabledExtensionNames 指向数量为 enabledExtensionCount 的扩展字符串数组,用于设置要激活的 instance 扩展。
重点讲下 VkApplicationInfo、Layer 和 Extension。
VkApplicationInfo
VkApplicationInfo appInfo = {
.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO,
.pNext = nullptr,
.pApplicationName = "my_vulkan_app",
.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0),
.pEngineName = "vulkan_tutorial",
.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0),
.apiVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0),
};
- sType 是该结构体的类型枚举值, 必须 是 VkStructureType::VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO 。
- pNext 要么是 NULL 要么指向其他结构体来扩展该结构体。
- pApplicationName 要么是 NULL 要么指向一个以空字符为结尾的 UTF-8 字符串,用于表示用户自定义应用名称。
- applicationVersion 一个无符号整型,用于用户自定义应用版本。
- pEngineName 要么是 nullptr 要么指向一个以空字符为结尾的 UTF-8 字符串,用于表示用户自定义引擎名称。
- engineVersion 一个无符号整型,用于用户自定义引擎版本。
- apiVersion 是应用打算使用的 Vulkan 的最高 核心 版本,并且忽略 apiVersion 的 patch 版本。
其中 pApplicationName 、 applicationVersion 、 pEngineName 和 engineVersion 这几个值随便设置,甚至可以不设置,赋为空都可以,这些参数不影响实例的创建。
而 apiVersion 参数是最为重要的核心参数 ,当创建实例时,该参数用于指定此实例环境中 Vulkan 的 核心 版本 。
如果你 Vulkan 版本设置错了,可能没法使用一些特性。
Vulkan API 的最新版本是 1.3,目前 Vulkan 有 4 个版本:
- Vulkan 1.0 主要提供光栅化图形和并行计算的功能。对应 VK_API_VERSION_1_0 。
- Vulkan 1.1 主要为 Vulkan 1.0 不完善的地方进行补全。对应 VK_API_VERSION_1_1 。
- Vulkan 1.2 主要提供硬件光追的功能。对应 VK_API_VERSION_1_2 。
- Vulkan 1.3 主要提供动态光栅化图形的功能。对应 VK_API_VERSION_1_3 。
每个 Vulkan 新版本的发布不单单提供基本功能,还会提供一系列扩展功能,并且会将之前版本中的一些扩展功能提升囊括至核心版本中。
Layer
Vulkan 的 Layer(层)是一种重要的机制,允许开发者在 Vulkan API 的核心功能上插入额外的功能和工具。
![Vulkan 实例(Instance)](https://www.nxrte.com/wp-content/themes/justnews/themer/assets/images/lazy.png)
Layer 主要的特点是模块化,可以根据需要加载和卸载,开发者可以选择在应用程序初始化时启用哪些层。
常用作正确性验证检查。比如你添加了验证层 VK_LAYER_KHRONOS_validation ,如果在执行阶段发生了使用错误, Layer 会输出错误信息,帮助开发者定位错误。
目前 Vulkan 支持的 层 如下:
- VK_LAYER_KHRONOS_validation Vulkan API 验证和错误检查。
- VK_LAYER_LUNARG_gfxreconstruct 使用 GFXReconstruct 捕获应用的 Vulkan 指令。
- VK_LAYER_LUNARG_api_dump 输出调用的 API 和传入的参数。
- VK_LAYER_KHRONOS_profiles 帮助测试硬件的性能,而不需要物理接触每个设备。该 层 将会覆盖从 GPU 查询到的数据。
- VK_LAYER_LUNARG_monitor 在应用界面的标题处显示帧率。
- VK_LAYER_LUNARG_screenshot 将显示的画面帧输出到一个图片文件中。
- VK_LAYER_KHRONOS_synchronization2 使用系统实现的 VK_KHR_synchronization2 扩展,而不是驱动实现的。
- VK_LAYER_KHRONOS_shader_object 使用系统实现的 VK_EXT_shader_object 扩展,而不是驱动实现的。
可以通过 vkEnumerateInstanceLayerProperties函数获取系统中 Vulkan 支持的 Layer :
uint32_t layer_property_count = 0;
vkEnumerateInstanceLayerProperties(&layer_property_count, nullptr);
std::vector<VkLayerProperties> layer_properties(layer_property_count);
vkEnumerateInstanceLayerProperties(&layer_property_count, layer_properties.data());
思考:vkEnumerateInstanceLayerProperties 这个函数为什么调用了 2 次?
其中 VkLayerProperties 定义如下:
// 由 VK_VERSION_1_0 提供
typedef struct VkLayerProperties {
char layerName[VK_MAX_EXTENSION_NAME_SIZE];
uint32_t specVersion;
uint32_t implementationVersion;
char description[VK_MAX_DESCRIPTION_SIZE];
} VkLayerProperties;
Extension
Vulkan Extensions(扩展)是对 Vulkan API 的功能扩展,它们允许硬件制造商、平台开发者和第三方提供额外的功能和特性,这些功能和特性不包含在核心 Vulkan 规范中。
在 Vulkan 中有两类扩展:
- Instance 扩展 与使用哪一个 GPU 设备无关,与 Vulkan 环境有关。VkInstanceCreateInfo 中的 enabledExtensionCount 和 ppEnabledExtensionNames 就是用于配置此类 Instance 扩展 。
- Device 扩展 与使用哪一个 GPU 设备有关。不同厂家的 GPU 设备会支持不同的设备扩展。这将会在之后的章节展开。
VkInstance 支持的实例扩展可以通过 vkEnumerateInstanceExtensionProperties 函数获取:
// 由 VK_VERSION_1_0 提供
VkResult vkEnumerateInstanceExtensionProperties(
const char* pLayerName,
uint32_t* pPropertyCount,
VkExtensionProperties* pProperties);
要想获取全部的扩展,该函数的调用与 vkEnumerateInstanceLayerProperties(…) 类似,调用两遍,第一遍 pProperties 为 nullptr ,第二遍为有效值即可:
uint32_t extension_property_count = 0;
vkEnumerateInstanceExtensionProperties(nullptr, &extension_property_count, nullptr);
std::vector<VkExtensionProperties> extension_properties(extension_property_count);
vkEnumerateInstanceExtensionProperties(nullptr, &extension_property_count, extension_properties.data());
其中 VkExtensionProperties 定义如下:
// 由 VK_VERSION_1_0 提供
typedef struct VkExtensionProperties {
char extensionName[VK_MAX_EXTENSION_NAME_SIZE];//扩展名称
uint32_t specVersion;//版本
} VkExtensionProperties;
有一些实例扩展我们需要重点关注一下
- VK_KHR_surface 代表窗口通用平面扩展。
- VK_{vender}_{platform}_surface 代表各个平台各自的窗口平面(各自平台适配到通用平面)。
比如
- VK_KHR_win32_surface 为 Windows 平台,供应商为 Khronos 。
- VK_OHOS_surface 为 OpenHarmony 平台,供应商为 华为 。
- VK_KHR_android_surface 为 Android 平台,供应商为 Khronos 。
- VK_KHR_[wayland/xcb/xlib]_surface 为 Linux 平台(其中 [wayland/xcb/xlib] 表示三者其一),供应商为 Khronos 。
创建 Instance 示例:
VkInstance instance = nullptr;
std::vector<const char*> instance_extensions;
instance_extensions.push_back("VK_KHR_surface");
instance_extensions.push_back("VK_KHR_android_surface");//Android
//如果是 WIndow 平台使用 VK_KHR_win32_surface
std::vector<const char *> instance_layers;
instance_layers.push_back("VK_LAYER_KHRONOS_validation");//添加验证层
VkApplicationInfo appInfo = {
.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO,
.pNext = nullptr,
.pApplicationName = "my_vulkan_app",
.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0),
.pEngineName = "example",
.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0),
.apiVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0),
};
VkInstanceCreateInfo instanceCreateInfo{
.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO,
.pNext = nullptr,
.pApplicationInfo = appInfo,
.enabledLayerCount =
static_cast<uint32_t>(instance_layers.size()),
.ppEnabledLayerNames = instance_layers.data(),
.enabledExtensionCount =
static_cast<uint32_t>(instance_extensions.size()),
.ppEnabledExtensionNames = instance_extensions.data(),
};
VkResult result = vkCreateInstance(&instanceCreateInfo, nullptr, &instance);
if (result != VK_SUCCESS)
{
//VkInstance 创建失败
}
// 开启 Vulkan 编程 ...
vkDestroyInstance(instance, nullptr);//通过 vkDestroyInstance 函数销毁 instance
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