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Vulkan 指南
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Vulkan 初始化

与 OpenGL 允许您几乎立即执行图形命令不同，Vulkan 有一个漫长的设置阶段。为了缩短这个阶段，我们将使用库 VkBootstrap，它在处理所有这些样板代码方面提供了很大帮助。

由于 Vulkan 是一个非常明确的 API，它提供了非常“直接”的控制，因此您需要对其进行初始化，以执行诸如加载扩展、选择您将要使用的 GPU（或多个！）以及创建初始 VkInstance 和 VkDevice 结构等操作，然后您可以使用这些结构来执行 Vulkan 命令。

与 OpenGL 不同，Vulkan 没有全局状态，因此您需要在每次 API 函数调用时都发送 VkDevice 或 VkInstance。在本指南中，我们将直接链接到 vulkan-1.dll 以获取函数，但这并非必要。您可以“手动”加载函数指针。链接到 vulkan-1.dll 也不会加载扩展函数，您需要自行加载这些函数。

VkInstance

一切的根源是 VkInstance。它代表 Vulkan API 上下文。在创建 VkInstance 时，您可以根据需要启用验证层、您需要的实例扩展（如 VK_KHR_surface），还可以连接您选择的记录器，以便在 Vulkan 驱动程序出现错误或需要记录某些内容时使用。实例创建期间的主要任务是启用验证层和实例扩展。

一般来说，应用程序在其整个运行过程中只需要创建一个 VkInstance，因为它只是应用程序的全局 Vulkan 上下文。

VkPhysicalDevice

一旦我们创建了 VkInstance，我们就可以查询系统中可用的 GPU。

Vulkan 允许我们获取系统中 GPU 的列表及其功能。所有这些信息都表示在 VkPhysicalDevice 句柄上，它是对“实际” GPU 的引用。例如，在专用游戏 PC 中，可能只有一个 VkPhysicalDevice 可用，即专用游戏 GPU。在这种情况下，无需在 GPU 之间进行选择，因为只有一个 GPU。

更有趣的情况是在笔记本电脑等设备中。笔记本电脑通常有 2 个 GPU，一个是 CPU 集成的 GPU（低功耗），另一个是专用 GPU（高功耗）。在这种情况下，应用程序需要决定使用哪个 GPU 进行渲染，并且最好将选择权留给用户，以防用户可能想要使用功能较弱的专用 GPU 来延长电池续航时间。

除了选择要使用的 GPU 之外，VkPhysicalDevice 还允许我们查询其具有的功能、GPU 的内存大小或可用的扩展。这对于高级应用程序非常重要，在这些应用程序中，您想确切地知道您有多少 VRAM 可用，以及 GPU 是否支持高级功能。

VkDevice

一旦我们有了要使用的 GPU 的 VkPhysicalDevice，我们就可以从中创建一个 VkDevice。这是 GPU 硬件上的实际 GPU 驱动程序，也是我们与所述 GPU 通信的方式。大多数 Vulkan 命令（调试实用程序或初始化内容除外）都需要 VkDevice。设备是使用您要启用的扩展列表创建的。强烈建议您不要启用不需要的扩展，因为它们可能会因检查额外内容而导致驱动程序速度变慢。

Vulkan 在创建时的最重要目标之一是，可以“手动”完成多 GPU。这是通过为您要使用的每个 GPU 创建一个 VkDevice 来完成的，然后可以在 VkDevice 之间共享数据。一个可能的方案是在您的主专用 GPU 上创建一个 VkDevice 用于实际图形，但保留一个 VkDevice 用于集成 GPU 来运行一些物理计算或其他数据。

交换链

初始化 GPU 很好，但我们实际上想要执行一些渲染到屏幕上。这就是交换链的用武之地。交换链不在核心 Vulkan 规范中，因为它们是可选的，并且通常对于不同的平台是唯一的。如果您以无头模式运行 Vulkan，例如渲染图像并将其保存到磁盘，或执行离线计算，则不需要创建交换链，因为交换链仅用于将图像发送到屏幕。

交换链是按给定大小创建的，如果窗口大小调整，您将必须再次重新创建交换链。

交换链为其图像公开的格式在平台甚至 GPU 之间可能有所不同，因此您必须存储交换链所需的图像格式，因为以不同的格式渲染会导致伪影或崩溃。

交换链是图像列表，操作系统可以访问这些图像以显示到屏幕。您可以创建具有更多或更少图像的交换链，但通常您只需要 2 或 3 个图像来执行双缓冲或三缓冲渲染。

创建交换链时最重要的事情是选择呈现模式，这就是交换链在逻辑上“工作”的方式。

  • VK_PRESENT_MODE_IMMEDIATE_KHR 使交换链无需等待任何内容，并接受即时推送图像。这可能会导致撕裂，通常不建议使用。
  • VK_PRESENT_MODE_FIFO_KHR 这将有一个图像队列，用于在刷新间隔时呈现。一旦队列已满，应用程序将必须等待直到通过显示图像来弹出队列。这是“强 VSync”呈现模式，它会将您的应用程序锁定到屏幕的 FPS。
  • VK_PRESENT_MODE_FIFO_RELAXED_KHR。与 Fifo VSync 大致相同，但 VSync 是自适应的。如果您的应用程序的 FPS 低于屏幕的最佳 FPS，它将立即推送图像，这可能会导致撕裂。例如，如果您的屏幕是 60 HZ 屏幕，并且您以 55 HZ 渲染，则它不会下降到下一个 vsync 间隔，从而使您的总体 FPS 像 Fifo 那样下降到 30，而是它仍然会以 55 FPS 显示图像，但会出现撕裂。
  • VK_PRESENT_MODE_MAILBOX_KHR。这个模式有一个图像列表，当其中一个图像正在被屏幕显示时，您将不断地渲染列表中的其他图像。每当需要显示图像时，它都会选择最新的图像。如果您想要没有硬垂直同步的三缓冲，则可以使用此模式。

VK_PRESENT_MODE_IMMEDIATE_KHR 由于其撕裂现象而很少使用。仅在极低延迟的情况下，允许撕裂现象可能有用。

正常应用程序将使用 MAILBOX 或 2 种 FIFO 模式之一。主要取决于您是否想要硬垂直同步或更喜欢三缓冲。

在本指南中，我们将使用 FIFO_RELAXED 模式，因为它对我们的渲染速度实施了上限，并且由于我们不打算渲染太多对象，因此最好限制帧速率，而不是达到可能导致问题的 5000 FPS。在需要完成一些实际工作的真实应用程序中，默认情况下首选 MAILBOX 模式。

下一步： 初始化 vulkan 代码