### Vulkan编程指南知识点详解 #### 一、Vulkan简介与起源 **Vulkan**是一种跨平台的图形和计算API(应用程序编程接口),旨在提供高性能的3D图形渲染能力,同时减少CPU在图形处理中的开销。它由Khronos Group维护和发展,并且支持多种平台,包括Windows、Linux和Android等操作系统。 **起源**:Vulkan API最初由Khronos Group在2015年正式发布,其设计目标是克服OpenGL的一些限制,如过度的CPU开销、难以实现跨平台兼容性以及缺乏对现代GPU硬件特性的充分利用。Vulkan的设计理念是让开发者能够更直接地控制GPU,从而提高性能和效率。 #### 二、画一个三角形 本章节介绍了如何使用Vulkan来绘制一个简单的三角形。这是学习任何图形API的基础练习,有助于理解Vulkan的基本工作原理。 1. **初始化Vulkan实例**:首先需要创建一个Vulkan实例,这涉及到选择支持的扩展、验证层以及其他配置选项。 2. **创建物理设备**:从可用的物理设备列表中选择一个,并检查它是否支持必要的特性。 3. **创建逻辑设备**:基于选定的物理设备,创建一个逻辑设备,并请求所需的队列家族。 4. **构建图形管线**:定义渲染管线的各个部分,包括顶点输入、顶点着色器、片段着色器等。 5. **创建交换链和帧缓冲**:设置用于呈现的交换链和帧缓冲对象。 6. **记录命令缓冲**:将绘图操作记录到命令缓冲中,这些操作将在渲染时执行。 7. **执行命令缓冲**:提交命令缓冲到队列中进行实际的渲染。 #### 三、API概念 - **校验层**:Vulkan提供了一套可选的校验层,帮助开发者调试程序。校验层可以检测API调用中的错误,并提供有关问题的信息。 - **物理设备**:表示连接到系统的GPU或具有渲染能力的其他硬件加速器。 - **逻辑设备**:代表了对物理设备的抽象,它封装了队列家族和设备特性。 - **队列家族**:队列家族是一组可以并行工作的队列。每个队列家族都有一组特定的能力,如图形处理、计算处理或转移操作。 - **命令缓冲**:用于记录一系列命令,这些命令将在未来的某个时刻被提交给队列进行执行。 - **交换链**:在Vulkan中,交换链用于管理窗口系统与渲染管线之间的交互,确保渲染结果正确显示在屏幕上。 #### 四、开发环境搭建 本章详细介绍了如何在不同操作系统上设置Vulkan开发环境: - **Windows**:需要安装Visual Studio集成开发环境,并配置相关的库和头文件路径。 - **Linux**:通常使用GCC或Clang作为编译器,并通过包管理器安装Vulkan库。 - **MacOS**:可以使用Xcode作为开发工具,并安装MoltenVK作为Vulkan后端。 #### 五、基础代码 这一部分介绍了Vulkan程序的基本结构,包括: - **一般结构**:Vulkan程序通常包含初始化、主循环和清理三个主要部分。 - **资源管理**:讨论如何管理Vulkan中的各种资源,如缓冲区、图像和描述符集等。 - **和GLFW交互**:虽然Vulkan本身不直接与窗口系统交互,但可以通过第三方库(如GLFW)来创建窗口并管理交换链。 #### 六、实例创建与扩展支持 - **创建实例**:Vulkan实例是所有进一步操作的基础。在创建实例时,可以选择启用特定的扩展和校验层。 - **检测扩展支持**:Vulkan支持一系列扩展,用于添加新的功能或改进现有功能。开发者需要检查所选物理设备是否支持所需的扩展。 - **清理**:释放Vulkan实例之前创建的所有资源。 #### 七、校验层 - **校验层是什么**:校验层是一种特殊的Vulkan层,用于检测并报告错误,帮助开发者调试程序。 - **使用校验层**:在创建Vulkan实例时,可以指定启用特定的校验层。 - **消息回调**:当校验层检测到问题时,可以通过注册回调函数来接收通知。 - **配置**:根据需要调整校验层的行为。 #### 八、物理设备与队列族 - **选择物理设备**:选择最佳的物理设备来执行图形和计算任务。 - **设备需求检测**:确保所选物理设备满足应用的需求,例如支持某些扩展或特性。 - **队列族**:了解队列家族及其各自的能力。 #### 九、逻辑设备与队列 - **指定要创建的队列**:在创建逻辑设备时,指定所需队列家族和队列的数量。 - **指定使用的设备特性**:根据应用程序的需求选择适当的设备特性。 - **创建逻辑设备**:使用指定的队列家族和特性来创建逻辑设备。 - **获取队列句柄**:从逻辑设备中获取队列句柄,以便后续使用。 #### 十、窗口表面 - **创建窗口表面**:在Vulkan中,需要为每个窗口创建一个表面对象。 - **查询呈现支持**:检查物理设备是否支持在特定表面进行渲染。 - **创建呈现队列**:创建专门用于渲染到表面的队列。 #### 十一、交换链 - **检测交换链支持**:确定物理设备是否支持创建交换链。 - **查询交换链支持细节**:获取交换链的相关信息,如支持的格式和模式。 - **为交换链选择合适的设置**:根据应用需求和物理设备的能力来选择交换链的配置。 - **表面格式**:确定交换链支持的颜色格式。 - **呈现模式**:选择单缓冲、双缓冲或多缓冲模式。 - **交换范围**:选择独占或共享交换范围。 - **创建交换链**:根据前面的选择创建交换链对象。 - **获取交换链图像**:从交换链中获取可用于渲染的图像。 #### 十二、图像视图 - **图像视图**:用于指定如何解释图像数据,例如颜色空间或数组层。 #### 十三、图形管线概述 - **图形管线**:Vulkan中的图形管线负责从顶点数据到像素颜色的整个转换过程。 - **顶点着色器**:处理顶点数据并将其转换为片段坐标。 - **片段着色器**:处理像素并计算最终颜色值。 - **逐顶点着色**:描述如何处理每个顶点。 - **编译着色器**:使用SPIR-V语言编写着色器代码,并将其编译成可执行的形式。 - **载入着色器**:加载编译后的着色器代码。 - **创建着色器模块**:将着色器代码封装成着色器模块。 - **创建着色器阶段**:定义着色器在管线中的位置。 #### 十四、固定功能 - **顶点输入**:定义如何从顶点缓冲读取数据。 - **输入装配**:指定如何组装顶点来形成基本几何体。 - **视口和裁剪**:设置视口大小和裁剪区域。 - **光栅化**:将几何体转换为像素的过程。 - **多重采样**:通过使用多个样本点来提高抗锯齿效果。 - **深度和模板测试**:确保只有在深度和模板缓冲中通过测试的片段才会被写入帧缓冲。 - **颜色混合**:定义如何混合新颜色和旧颜色。 - **动态状态**:可以在绘制命令之间更改的状态,如线宽或深度偏移。 - **管线布局**:定义着色器阶段和描述符集之间的关联关系。 #### 十五、渲染流程 - **配置**:设置渲染流程的各种参数,如宽度、高度等。 - **附着描述**:描述渲染流程中各附件的属性。 - **子流程和附着引用**:定义渲染流程中各子流程之间的依赖关系以及如何引用附件。 - **渲染流程**:实际执行渲染操作的过程。 #### 十六、阶段总结 - **阶段总结**:对之前学习的各个阶段进行回顾和总结。 #### 十七、帧缓冲 - **帧缓冲**:帧缓冲对象用于将渲染结果存储在一个或多个图像中。 #### 十八、指令缓冲 - **指令池**:用于管理命令缓冲的内存池。 - **分配指令缓冲**:从指令池中分配命令缓冲。 - **记录指令到指令缓冲**:将渲染操作记录到命令缓冲中。 - **开始渲染流程**:设置渲染流程的开始条件。 - **基础绘制指令**:发出绘制命令。 - **结束渲染流程**:完成渲染流程。 #### 十九、渲染和呈现 - **配置**:设置渲染和呈现所需的参数。 - **同步**:确保渲染操作按照预期顺序执行。 - **信号量**:用于协调多个队列之间的执行顺序。 - **从交换链获取图像**:获取可用于渲染的交换链图像。 - **提交指令缓冲**:将记录了渲染操作的命令缓冲提交给队列。 - **子流程依赖**:设置渲染流程之间的依赖关系。 - **呈现**:将渲染结果呈现到屏幕上。 - **多帧并行渲染**:允许多个帧同时渲染,提高性能。 #### 二十、重建交换链 - **重建交换链**:在窗口大小改变或其他情况导致交换链失效时,需要重新创建交换链。 #### 二十一、顶点输入描述 - **顶点输入描述**:定义顶点缓冲的布局以及如何解析顶点数据。 #### 二十二、创建顶点缓冲 - **创建顶点缓冲**:创建用于存储顶点数据的缓冲。 - **内存需求**:查询缓冲的内存需求。 - **内存分配**:根据需求分配内存。 - **填充顶点缓冲**:将顶点数据写入缓冲。 - **绑定顶点缓冲**:将缓冲绑定到管线中,使其可供着色器访问。 #### 二十三、暂存缓冲 - **暂存缓冲**:用于临时存储数据,在数据转移到主缓冲之前使用。 #### 二十四、索引缓冲 - **创建索引缓冲**:创建用于存储索引数据的缓冲。 - **使用索引缓冲**:利用索引缓冲来优化几何体的绘制。 #### 二十五、描述符布局和缓冲 - **描述符布局**:定义描述符集的布局,即着色器访问资源的方式。 - **uniform缓冲**:用于存储统一变量,这些变量在绘制过程中保持不变。 #### 二十六、描述符池和描述符集 - **描述符池**:管理描述符集的分配。 - **描述符集**:包含一组描述符,用于传递给着色器。 #### 二十七、图像 - **图像**:在Vulkan中,图像表示一个二维或多维的数据数组,可以用于纹理、渲染目标等多种用途。 以上就是《Vulkan编程指南》中的主要知识点概述。通过学习这些内容,开发者可以深入理解Vulkan的工作原理,并掌握使用该API进行高性能图形渲染的技术细节。




















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- 晴天52732021-08-18可以,对入门学习不错
- feiningcsdn2021-04-20是翻译版本呢,最好说明一下

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