MoltenVK

MoltenVK

通过MoltenVK, 可以在macOS和iOS上运行Vulkan

MoltenVK是运行时库 Runtime Library , 将Vulkan映射为Apple的Metal图形架构

通过MoltenVK, 不用重写使用Vulkan实现的应用程序, 就可获得基于iOS和macOS使用的Metal架构的性能优势, 调试和性能优化能力

而Metal底层又调用Vulkan接口

GitHub - MoltenVK

Vulkan

环境配置

-
macOS	Ventura 13.6.4
Xcode	14.2
Vulkan	1.3.275
CMake	3.28.1
Python	3.9.6

Copy1xcodebuild -version
2cmake -version
3python3 -V

安装Python和CMake

GitHub - MoltenVK

Copy1brew install cmake --cask
2
3brew install python

安装Vulkan SDK

1. 入口
   

2. 下载SDK Installer
   
   1.3.275
   

3. 安装SDK
   

   -
   SDK路径	/Users/<用户名>/VulkanSDK/1.3.275.0

   选择组件
   

   

   
   

安装成功后如下

验证Vulkan SDK安装成功

1. 命令行
   

   Copy1vkvia

   

   
   

2. 运行vkcube程序
   

   

   
   

安装glfw

Graphics Library Framework

窗口相关: 创建窗口等

-
包路径	/usr/local/Cellar/glfw/3.3.9

Copy1brew install glfw

其他

1. MoltenVK
   
   Vulkan SDK中已包含MoltenVK. 也可以通过Homebrew安装
   

   Copy1brew search moltenvk
   2brew install molten-vk

2. glm
   
   OpenGL Mathematics
   

   OpenGL数学库, 封装了矩阵和变换等运算接口
   

   安装Vulkan SDK时已勾选glm, 也可以通过Homebrew安装
   

   Copy1brew install glm

便签

-
glfw, glm

配置Xcode项目

Xcode

创建命令行项目, 语言C++

添加头文件搜索路径

Header Search Paths

-
/usr/local/include	使用Homebrew安装的包的头文件路径: glfw
/Users/<用户名>/VulkanSDK/1.3.275.0/macOS/include	Vulkan SDK头文件路径

添加库搜索路径

Library Search Paths

-
/usr/local/lib	使用Homebrew安装的包的库路径: glfw
/Users/<用户名>/VulkanSDK/1.3.275.0/macOS/lib	Vulkan SDK库路径

添加编译时要链接的动态库

Link Binary With Libraries

Copy Files

1. libvulkan.1.dylib 指向 libvulkan.1.3.275.dylib
   

2. 将文件从Finder拖动到指定行
   

   	路径
   glfw	/usr/local/Cellar/glfw/3.3.9/lib
   vulkan	/Users/<用户名>/VulkanSDK/1.3.275.0/macOS/lib

   使用open命令
   

   Copy1open /usr/local/Cellar/glfw/3.3.9/lib

3. 选择创建引用
   
   Copy Files
   

   

   
   

设置项目用环境变量

1. 入口
   

   

   
   

2. 设置环境变量
   

   -
   VK_LAYER_PATH	/Users/<用户名>/VulkanSDK/1.3.275.0/macOS/share/vulkan/explicit_layer.d
   VK_ICD_FILENAMES	/Users/<用户名>/VulkanSDK/1.3.275.0/macOS/share/vulkan/icd.d/MoltenVK_icd.json

   

   
   

便签

-
Mac搭建Vulkan开发环境
Mac搭建Vulkan开发环境, 附测试代码

使用CMake编译项目

1. CMakeLists.txt
   

   必须使用C++ 17
   

   Copy 1cmake_minimum_required( VERSION 3.28 )
    2
    3project(HelloTriangle)
    4
    5set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
    6
    7add_executable(HelloTriangle main.cpp)
    8
    9# 添加 GLFW3 预编译库
   10add_library(glfw SHARED IMPORTED)
   11SET_TARGET_PROPERTIES(glfw PROPERTIES IMPORTED_LOCATION "/usr/local/Cellar/glfw/3.3.9/lib/libglfw.3.3.dylib")
   12
   13# Vulkan
   14find_package(Vulkan REQUIRED)
   15target_link_libraries(${PROJECT_NAME} glfw Vulkan::Vulkan)
   16
   17# copy the shader files to the cmake-build-debug folder
   18file(COPY shaders DESTINATION ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})

2. 项目编译
   

   • 项目内创建build文件夹, 编译时进入
     

     Copy1mkdir build
     2cd build

   • 编译
     

     Copy1cmake ..
     2make

便签

-
Mac搭建Vulkan开发环境, 使用CMake编译项目
cmake

使用Vulkan绘制三角形

3个源码文件

Vulkan Tutorial - 绘制三角形

点击即下载
C++ code
Vertex shader
Fragment shader

代码纠正

创建实例时

1. 使能 VK_KHR_portability_enumeration
   
2. 将 VK_INSTANCE_CREATE_ENUMERATE_PORTABILITY_BIT_KHR 置1
   

• 使能插件

  在函数 getRequiredExtensions 设置要使用插件
  

  Copy1if (enableValidationLayers) {
  2    extensions.push_back(VK_EXT_DEBUG_UTILS_EXTENSION_NAME);
  3    extensions.emplace_back("VK_KHR_portability_enumeration");
  4}

• 置1

  Copy1// createInstance
  2createInfo.flags |= VK_INSTANCE_CREATE_ENUMERATE_PORTABILITY_BIT_KHR;

• 便签

  -
  StackOverflow - Moltenvk
  Moltenvk - 相同问题， 中文

创建设备时

使能 VK_KHR_portability_subset

Copy1const std::vector<const char*> deviceExtensions = {
2    VK_KHR_SWAPCHAIN_EXTENSION_NAME,
3    "VK_KHR_portability_subset"
4};

创建实例时

使能 VK_KHR_get_physical_device_properties2

在函数 getRequiredExtensions 设置要使用插件

Copy1if (enableValidationLayers) {
2    extensions.push_back(VK_EXT_DEBUG_UTILS_EXTENSION_NAME);
3    extensions.emplace_back("VK_KHR_portability_enumeration");
4    extensions.emplace_back("VK_KHR_get_physical_device_properties2");
5}

生成(.spv)格式文件

1. 安装glslang
   

   Copy1brew search glslang
   2brew install glslang

2. 从(.frag)和(.vert)文件生成(.spv)文件
   

   Copy1glslangvalidator -V test.frag -o frag.spv
   2glslangvalidator -V test.vert -o vert.spv 

3. 在项目内创建文件夹shaders, 将frag.spv和vert.spv移动到 shaders/ 目录下
   

4. 确认文件路径
   

   Copy1// createGraphicsPipeline
   2
   3auto vertShaderCode = readFile("shaders/vert.spv");
   4auto fragShaderCode = readFile("shaders/frag.spv");

• 如果直接使用 test.frag 和 test.vert

  创建着色器时, 在抛出异常之前已出错
  

  报错: 要求pCode指向SPIR-V字节码
  

  

  
  

  -
  StackOverflow - SPIR-V code
  Reddit - SPIR-V code
  有效的SPIR-V字节码
  glslang出处
  VSCode配置glslang

运行

便签

-
知乎 - Vulkan三角形
知乎 -Vulkan - Triangle Setup
VK_KHR_get_physical_device_properties2的错误设置

附: 选择Vulkan的理由

之前学习《交互式计算机图形学(第六版)》时已接触过OpenGL, 大学CG课的机械臂和光照也是用OpenGL实现的, 但能进一步, 就尽量提高付出的转化率

支持Mac的游戏不多, 我在Steam下过CSGo, 跑了OpenGL例程, 觉得超级牛, 但清晰度确实不太行…

我本来想说OpenGL和Vulkan支持跨平台, 而DirectX特供Windows, Metal特供macOS, 但Mac上可以通过MoltenVK使用Vulkan SDK, 也可以学Vulkan

-
OpenGL和Vulkan比较
OpenGL和Vulkan性能评测

OpenGL的跨平台不允许开发者直接控制硬件细节, 而Vulkan和DirectX作为底层API, 都支持硬件优化, 最终呈现的效果, 则依赖于开发者的功力

附: 总结

之前也在Mac上配置过OpenGL和D3D12环境, 都没这回折腾, 但弄出来之后, 也没这回开心

同样是渲染一个基本图形, D3D12最简单, 也有少量的纠正, 可和OpenGL一样, 代码量很少

而Vulkan, 从一开始就涉及到设备参数读取和判断, 仅仅是渲染一个三角形, 近1k行代码, 而且顶点和片元数据还需要先用glslang生成(.spv)字节码

使用CMake编译项目时, 源码里使用了C++ 17的特性, 而之前学OpenGL时, 感觉自己在写C

附: 项目源码

CMake

GitHub - LearningVulkan - HelloTriangle: 使用Vulkan绘制三角形