OpenGL不够用？为何还要开发Vulkan？

相信不少朋友和我一样有这样的疑问既然已经有广泛应用的OpenGL图形接口，为什么Khronos还要花费精力重新开发一套Vulkan图形API接口呢？ 查询相关资料后，总结为一句话为了更高的性能、更低的驱动程序开销。

对于许多图形开发者来说，OpenGL是一个非常熟悉和广泛使用的图形API接口。然而，随着计算机图形处理的需求越来越高，OpenGL也逐渐显露出一些不足，例如驱动程序开销较高、多线程支持不足等。为了解决这些问题，并更好地满足现代计算机图形处理的需求，新一代图形API接口Vulkan应运而生。

• Vulkan简介
• Vulkan的主要优势
• Vulkan对比OpenGL优势与不足

一、Vulkan简介

Vulkan是由Khronos Group开发维护的一套高性能、低开销、跨平台的应用程序图形API接口。最早于2015年的游戏开发者大会(GDC)上提出，随后在2016年2月16日发布了1.0版本规范和开源软件开发工具包(SDK)。

Vulkan基于AMD开发的Mantle构建 (Mantle是AMD开发的一种低级别的图形API接口，旨在提供更好的性能、更低的CPU开销)，后来AMD将其Mantle API捐赠给Khronos，成为了底层图形API接口Vulkan的基础。

Vulkan针对全平台即时3D图形程序(如电子游戏和交互媒体)而设计，设计目标是为现代GPU提供更直接的硬件访问接口，并更好地利用多核CPU和现代GPU的强大计算能力，从而获得更高的渲染性能和更低的CPU开销（提供高性能和更均衡的CPU与GPU占用）。

与传统的图形API接口如OpenGL不同，Vulkan基于命令缓冲区，通过发送命令缓冲区中的命令来控制GPU的渲染和计算操作，提供了更详细的硬件控制、更高效的内存管理、更灵活的管线状态管理和多线程支持等优势，使得开发人员能够更好地控制图形渲染流程和优化应用程序性能。

二、Vulkan的优势

Vulkan的主要优势包括：

• 更低的驱动程序开销：
  Vulkan具有更低的驱动程序开销，这意味着更少的CPU时间被用于图形调用，从而提高性能。
• 更详细的硬件控制：
  Vulkan提供了对图形硬件的更详细控制，使得开发人员能够更好地优化应用程序性能。
• 更高效的内存管理：
  Vulkan提供了更高效的内存管理机制，能够使图形开发者更加方便地控制图形渲染流程和优化内存使用。
• 更灵活的管线状态管理：
  Vulkan提供了更加灵活的管线状态管理机制，使得开发人员能够更好地控制图形渲染流程。
• 多线程支持：
  Vulkan在设计时考虑到了多线程，使得开发人员能够更容易地在多个CPU核心上分配工作。
• 跨平台支持：
  Vulkan旨在成为一套跨平台的图形API，支持的操作系统包括 Windows、Linux、Android。另外，在苹果macOS、iOS操作系统，通过Molten开发的MoltenVK运行苹果Metal API提供Vulkan的支持。

三、Vulkan对比OpenGL

Vulkan和OpenGL都是由Khronos 开发的图形API。Vulkan作为新一代图形API，相比它的前身OpenGL，对图形硬件的抽象更为直接，具有更少的驱动开销、更高的性能，但随着这些优势而来的是更高的学习难度。

3.1 Vulkan优势与不足

Vulkan优势：

• 有更低的驱动程序开销，这意味着更少的CPU时间被用于图形调用 ，有助于提高性能;
• 设计时考虑到了多线程，使得开发人员能够更容易地在多个CPU核心上分配工作。。
• 对图形硬件的更详细控制，使得开发人员能够更好地优化应用程序性能。

Vulkan不足：

• 相对较新，可能在某些平台或旧有硬件上缺乏支持(比如Android7.0以下版本硬件设备)；
• 缺乏相对于OpenGL的学习教程和学习资源；
• 学习曲线较陡峭，对于初学者来说可能较难上手；

3.2 OpenGL优势与不足

OpenGL优势：

• 在许多平台上和旧有设备都有广泛的支持，比如Android7.0以下版本硬件设备；
• 有大量现有的教程和学习资源可供学习和参考；
• 学习曲线较为平缓，对于初学者来说更容易上手；

OpenGL不足：

• 驱动程序开销较高，特别是在高负载的情况下，可能会成为性能瓶颈;
• 缺乏对底层硬件的直接控制，可能影响性能优化；
• 多线程支持不足，难以充分利用多核CPU；

3.3 图形API的选择建议

Vulkan被设计用于在现代多核CPU和GPU上实现更好的并行处理，同时还有更少的CPU开销和更好的可扩展性。此外，Vulkan还提供了更好的调试工具和更好的错误处理机制，这使得它更容易开发和调试。
OpenGL仍然是一个非常流行的图形API接口，它已经存在了很长时间并且被广泛使用。它是一个跨平台的API，可以在多种操作系统和硬件上运行。OpenGL的主要优势是它的广泛支持和成熟的生态系统，同时也有很多开发者和工具支持。然而，OpenGL的主要缺点是它的性能受到限制，因为它是一个高级API，对硬件的控制较少，而且它的执行方式也不是非常高效。

总之，Vulkan和OpenGL都有各自的优缺点，它们在不同的场景下都有自己的用武之地。

• 对于需要高性能和更底层控制的应用程序开发，更建议选择Vulkan；
• 对于需要更成熟的生态系统支持，或面向设备为较旧的硬件设备(比如Android7.0以下版本硬件设备)，或是图形学的初学者，OpenGL仍然是一个非常好的选择。

参考

百科Vulkan：
https://zh.wikipedia.org/wiki/Vulkan

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