Что такое vulkan sdk

Vulkan API «Hello Triangle»

Статья описывает основные принципы работы с Vulkan API и включает в себя материал по установке SDK, обработке ошибок, работе с различными сущностями API и краткий курс по выводу треугольника, в качестве практической части. Работа позиционирует себя как быстрый экскурс в основы Vulkan API, не претендуя на полноту и оставляя детали на самостоятельное рассмотрение.

Для лучшего понимания материала крайне рекомендуется использовать документацию с официального сайта https://www.khronos.org/registry/vulkan/.

Вступление

В связи с большим количеством кода присущим Vulkan API, ради облегчения понимания происходящего структура программы не будет разделена на модули или обернута в классы, ровно как и не будет производится освобождение ресурсов и обработка сопутствующих этому процессу ошибок. Статья требует понимания базовых принципов программирования на С/С++ и уровень знакомства с WinAPI достаточный для создания окна и работы с ним. Также необходим опыт в работе со средой разработки Visual Studio 2013. Материалы по этим темам не будут включены в данную работу, т.к. могут быть легко найдены в сети.

Подготовка

Для простейшей демонстрации Vulkan API (вывод треугольника) нам потребуется установить «LunarG Vulkan SDK», создать консоль для вывода ошибок и логов, а также окно WinAPI, в которое бы и осуществлялся вывод.

Установка SDK

Скачать установщик «LunarG Vulkan SDK» можно на официальном сайте https://vulkan.lunarg.com/. Само собой, для работы с любыми версиями Vulkan API необходим не только SDK, но и соответствующий драйвер, специфический для производителя видеокарты. Также важно то, что имея SDK определенной версии, мы можем ограничить использование драйвера более низкой. При написании статьи использовалась версия SDK 1.0.21.1.

После установки SDK, все необходимые нам файлы могут быть найдены в соответствующем каталоге («C:/VulkanSDK/%версия SDK%» по умолчанию). В первую очередь нас интересуют заголовочные файлы (папка «vulkan» целиком), которые находятся в каталоге «Include» и файлы библиотек (файл «vulkan-1.lib»), в каталоге «Bin»/«Bin32». Имея их на руках, мы можем приступить к созданию консоли и окна.

Консольный проект

Нам потребуется обычный консольный проект для вывода информации обо всем происходящем, а также для оповещения о ошибках. Процесс его создания не будет освещен в статье, т.к. может быть легко найден в сети.
Первым делом, необходимо убедится в работоспособности проекта:

Затем, скопировать в папку с проектом (где размещен «*.vcxproj» файл, а не «*.sln») все необходимые нам файлы, т.е. папку заголовочных файлов «vulkan» и библиотечный файл «vulkan-1.lib». Убедимся в работоспособности подключенных файлов:

На данном этапе окно не является для нас чем-то необходимым, но мы бегло рассмотрим код его создания сейчас, дабы не возвращаться к этой теме во время изучения Vulkan API.

Для работы с окном нам необходимо подключить WinAPI:

Также, нам необходимо получить образец (instance) нашей программы (в контексте WinAPI):

Описание этих функций упускается умышленно, т.к. они не являются предметом данной статьи. Всю необходимую информацию по ним можно легко найти в сети.

Обработка ошибок

В условиях большого количества кода, т.е. в условиях Vulkan API, жизненно необходимо правильно отлавливать ошибки. Важность понимания этого процесса столь велика, что обработка ошибок будет описана в отдельном разделе этой статьи.
Мы не будем рассматривать логические ошибки (вроде передачи в качестве аргумента вектора на 10 элементов, когда в действительности он рассчитан всего лишь на 5), но рассмотрим способы найти их в некоторых ситуациях (в случае передачи несовместимых параметров). Так же мы рассмотрим способы выявления ошибок, которые можно отловить в «инженерной» версии программы, а также те, которые могут различаться для видеокарт разных производителей. В конечном счете, мы получим инструмент для составления детального отчета об ошибках в debug-версии приложения.

Результат выполнения

В большинстве случаев детальный анализ ошибок и большое количество проверок допустимо только в debug-версии приложения. Фокус заключается в том, что release-версия не должна содержать ошибки по определению, а потому и тратить лишние ресурсы на их проверку нет смысла. С другой стороны, debug-версия должна предоставлять не только сам факт наличия ошибки, но и более-менее развернутое описание. К счастью, Vulkan API разрабатывался отталкиваясь именно от такой идеологии.

Слои – набор опциональных модулей, предназначенных для проверки корректности (соответствие стандарту) использования Vulkan API. Их наличие и реализация зависят от версии API и видеокарты, а потому их использование носит отладочный характер – они не включаются в release-версию приложения. Еще одним важным нюансом является то, что для образца и устройства Vulkan API слои различаются.

Доступные для образца слои перечисляются следующим образом:

Доступные для устройства слои перечисляются схожей функцией:

Она работает аналогично, с поправкой на то, что нужно указать физическое устройство, о котором мы узнаем позже.

Фундаментальные объекты

Прежде чем приступить к непосредственному выводу графики, нам необходимо создать серию абстрактных объектов, которые являются фундаментом для дальнейшей работы.
В общих чертах наш план выглядит следующим образом:
• Подготовить списки слоев и расширений для образца интерфейса
• Создать образец интерфейса
• Инициализировать получение отчетов об ошибках
• Перечислить все имеющиеся физические устройства
• Подготовить списки слоев и расширений для логического устройства
• На основе любого физического устройства создать логическое устройство
Но для начала, ознакомимся с функционалом.

Образец интерфейса

Первым необходимым нам объектом является образец интерфейса (instance) Vulkan API. Он содержит в себе базовую информацию о нашем приложении, необходимых для его работы слоях и расширениях.

Структура VkInstanceCreateInfo выглядит следующим образом:

Поле flags зарезервировано для использования в будущем и должно быть равно нулю. pApplicationInfo – указатель на структуру, содержащую информацию о приложении. enabledLayerCount и ppEnabledLayerNames – количество слоев и указатель на массив их названий. enabledExtensionCount и ppEnabledExtensionNames – количество и названия расширений.

Больше всего здесь нас интересует указатель на структуру с информацией о приложении – pApplicationInfo :

Теперь можно приступать к созданию образца интерфейса. Для начала нужно подготовить списки слоев:

Заполним информацию о приложении:

И, собственно, информацию для создания образца интерфейса:

Отчет об ошибках

Отчет об ошибках — мощный инструмент, который позволяет получать информацию от слоев, используя функцию обратного вызова (callback).
Как и любой другой объект Vulkan API, отчет рассматривается как объект и имеет соответствующие функции для создания и структуры, для описания. Отличие в том, что функцию для создания отчета мы будем получать с помощью vkGetInstanceProcAddr :

Полученная нами функция имеет следующий вид:

Она, не нарушая традиций, инициализирует объект, опираясь на информацию из описания и сигнализирует о любых ошибках посредством возвращаемого значения. Единственное отличие – теперь нужно указывать образец интерфейса, к которому будет привязан наш отчет.

Итак, преступим к созданию отчета:

Физические устройства

Имея образец интерфейса, мы можем перечислить все физические устройства (видеокарты, если вам угодно), с Vulkan API на борту. Подобное перечисление производит следующая функция:

Как не трудно догадаться, физических устройств может быть несколько (например, интегрированная и дискретная видеокарты на ноутбуках). Поскольку нам нужно лишь одно, мы всегда будем выбирать первой попавшееся.

А теперь интересный момент: некоторые слои могут ругаться, если при дальнейшей работе мы не перечислим свойства семейств очередей физического устройства. Вообще говоря, наше приложение должно опираться на эту информацию, но т.к. материал всего лишь обучающий, мы умышленно упустим это из виду и просто перечислим свойства:

Источник

Что такое Vulkan и DirectX и как они влияют на видеоигры

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.

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.

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.

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.

Источник

Vulkan

Содержание

Статус поддержки Vulkan API в Сизифе [ править ]

Что такое Vulkan API? [ править ]

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

Vulkan API изначально был известен как «новое поколение OpenGL» или просто «glNext», но после анонса компания отказалась от этих названий в пользу названия Vulkan. 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. На текущий момент для Linux существует т.н. Vulkan SDK kit, который представляет собой библиотеку для загрузки низкоуровневых драйверов (ICD loader), заголовочные файлы для разработчиков (Vulkan Headers), специальную библиотеку для проверки корректности работы всех компонентов (Validation layers).

Vulkan еще часто используют как альтернативу для реализации 2D/3D функций в графике, см. например, GTK+4 и Qt.

Текущая доступная версия спецификации API: 1.2.182
Текущая доступная версия ICD/Headers/Validation layers в Сизифе: 1.2.176

Поддержка API на аппаратном уровне [ править ]

AMD [ править ]

Самая разнообразная поддержка, есть много вариантов, которые можно попробовать для различных приложений. Изначально поддержка Vulkan для AMD появилась в MesaLib, написана не разработчиками из AMD и называется RADV (RADeon Vulkan). В настоящий момент является наиболее стабильной, гарантировано поддерживается многими приложениями и играми, но не обладает всеми возможностями в отличие от оф. версии от AMD (AMDVLK/AMDGPU-PRO).

команды для установки:
RADV/MesaLib [7]

ВАЖНО По умолчанию в AMDVLK отключено сохранение шейдерного кеша на диск, т.е. шейдеры компилируются каждый раз на сеанс. Сделано это для совместимости, т.к. проверка работоспособности есть не для всех приложений/игр. Если вы уверены, что ваше приложение поддерживает работу с шейдерным кэшем, можете включить его самостоятельно:

ВАЖНО В unstable версии Mesa (19.3.x) появилась альтернативная реализация компилятора шейдеров для Vulkan (ACO), которая написана при поддержке Valve и не использует LLVM. Судя по результатам тестов, она работает чуть быстрее, чем стандартная реализация на базе LLVM. ACO можно включить, объявив его через переменную окружения RADV_PERFTEST:

Intel [ править ]

Поддержка Vulkan в MesaLib осуществляется разработчиками из Intel, наиболее полная, но особо ничем не блещет. Просто работает(tm). Внутри MesaLib драйвер называется ANV

команды для установки: [8]

NVidia [ править ]

Поддержка Vulkan появилась и в закрытых драйверах от Nvidia, причем предлагается несколько версий на выбор:

команды для установки:
стабильная версия

версия для разрабочиков [9]

ВАЖНО Начиная с версии 39x NVidia изменила компилятор шейдеров для Vulkan на SPIR-V, в связи с этим в некоторых приложениях замечено падение производительности или ошибки отрисовки. Вернуться на предыдущую версию компилятора шейдеров можно через указание переменной окружения __GL_NextGenCompiler=0

Источник