原生和私有引擎

开始在 Android 上使用 Vulkan

Vulkan 是 Android 上主要的低级图形 API。Vulkan 为实现自己的游戏引擎和渲染器的游戏提供了最佳性能。

要在您的游戏引擎中成功实现 Vulkan，您必须

确定哪些 Android 设备可与 Vulkan 一起使用
了解支持较旧 Android 设备的权衡
将 Vulkan 添加到您的 Android 构建目标
选择着色器编译器以创建 Vulkan 的 SPIR-V
确定运行时可用的 Vulkan API 版本
了解如何使用 Vulkan 配置文件、帧速率和预旋转来优化 Vulkan 渲染操作
选择用于调试和性能分析的图形工具

注意：

Unity 上的 Vulkan
Unreal 上的 Vulkan

选择 Vulkan 的最低设备规格

Vulkan 从 Android 7.0（API 级别 24）开始在 Android 上可用。并非所有运行 Android 7.0 或更高版本的 Android 设备都支持 Vulkan。您需要确定您的游戏支持哪些支持 Vulkan 的 Android 设备。

建议

将以下规格用作 Vulkan 支持的最低要求

设备运行 Android 10.0（API 级别 29）或更高版本
设备支持 Vulkan API 版本 1.1 或更高版本
设备具有与 2022 年 Android 基线配置文件兼容的硬件功能和特性

旧设备支持

如果您的游戏旨在在具有不同图形功能级别的各种设备上运行，您可能需要支持比选择 Vulkan 的最低设备规格中建议的设备更旧的设备。在构建对旧设备的支持之前，请评估 Vulkan 是否为您的游戏带来好处。具有大量绘制调用并使用 OpenGL ES 的游戏可能会因在 OpenGL ES 中进行绘制调用的高成本而导致显着的驱动程序开销。这些游戏可能会因为在图形驱动程序中花费大量帧时间而变得 CPU 绑定。通过从 OpenGL ES 切换到 Vulkan，这些游戏还可以显着降低 CPU 和功耗。如果您游戏的场景复杂，无法有效使用实例化来减少绘制调用，则尤其如此。在定位旧设备时，请包含 OpenGL ES 渲染支持作为后备，因为目标设备列表中的一些设备可能具有无法可靠地运行游戏的 Vulkan 实现。

您可能不想支持较旧的 Vulkan 设备，因为它们缺乏性能和功能，或者存在稳定性问题。

性能和功能

较旧的 Vulkan Android 设备可能没有运行游戏所需的渲染性能或硬件支持功能。如果您的游戏具有高保真图形并且 Vulkan 是您在 Android 上的目标唯一 API，则这种情况尤其可能发生。许多旧设备仅限于 Vulkan API 的 1.0.3 版本，并且通常缺少在更现代的硬件上提供的广泛使用的 Vulkan 扩展。

稳定性

较旧的 Android 设备可能正在使用过时的 Vulkan 驱动程序。这些驱动程序版本可能包含会影响游戏稳定性的错误。解决驱动程序错误可能需要大量的测试和工程时间。

将 Vulkan 添加到您的项目

要将 Vulkan 添加到您的项目，您需要

包含 Vulkan API 头文件
将着色器代码编译为 SPIR-V
在运行时调用 Vulkan API

包含 Vulkan API 头文件

您的游戏需要包含 Vulkan API 头文件才能编译使用 Vulkan 的代码。您可以在 Android NDK 中或 Vulkan SDK 版本中找到 Vulkan 头文件的副本。任何特定的 NDK 版本仅包含 NDK 发布时可用的 Vulkan 头文件。如果您使用来自 NDK 的 Vulkan 头文件，请使用 NDK 版本 25 或更高版本，其中包含支持 Vulkan 版本 1.3 的头文件。Vulkan SDK 具有最新版本的头文件。

将着色器代码编译为 SPIR-V

Vulkan API 预计着色器程序将以 SPIR-V 二进制中间格式提供。此约定与 OpenGL ES 不同，在 OpenGL ES 中，您可以提交用 OpenGL 着色语言 (GLSL) 编写的源代码作为文本字符串。使用着色器编译器来获取用着色器语言（例如 GLSL 或高级着色语言 (HLSL) 编写的代码，并将其编译成 SPIR-V 模块以用于 Vulkan。

shaderc 编译器可用于将 GLSL 编写的着色器程序编译成 SPIR-V。如果您的游戏使用 HLSL，则 DirectXShaderCompiler 支持 SPIR-V 输出。通常，您会在游戏的资源构建流程中脱机编译着色器程序，并将 SPIR-V 模块作为运行时资源的一部分包含在内。

在运行时调用 Vulkan API

要调用 Vulkan API，您的游戏需要获取指向 Vulkan API 调用的函数指针。最直接的方法是链接到 libvulkan.so 共享库，该库包含在 Android NDK 中。链接到库有两个缺点：额外的函数分派开销和对自动解析哪些 Vulkan API 函数指针的限制。

当您调用 Vulkan API 函数时，控制权将通过由称为 Vulkan 加载器的构造管理的分派表传递。Android 使用其自己的 Vulkan 加载器实现，而不是 LunarG 加载器。此加载器系统是 Vulkan API 的分层架构的一部分。在构建时链接到系统库会导致给定 API 调用的额外分派级别。虽然开销很小，但对于执行大量 Vulkan 调用的游戏来说，它可能会很明显。

系统库通常只解析被认为是核心API一部分的Vulkan函数指针。Vulkan有很多扩展，它们定义了额外的Vulkan函数，其中许多函数不会被系统库自动解析。您需要在使用这些Vulkan函数之前手动解析其指针。

为了减轻这些问题，请在运行时动态解析您打算使用的所有Vulkan函数的指针。一种实现方法是使用开源元加载器库，例如volk。AGDKTunnel示例游戏集成了volk来实现此目的。如果您使用元加载器库，请不要在构建脚本中链接libvulkan.so共享库。

确定可用的Vulkan API版本

Android支持以下Vulkan API版本

1.0.3
1.1
1.3

给定设备上可用的最高Vulkan API版本号由Android版本和Vulkan驱动程序支持决定。

Android版本

对Vulkan API版本的平台支持取决于最低Android版本（API级别）

1.3 — Android 13.0（API级别33）及更高版本
1.1 — Android 10.0（API级别29）及更高版本
1.0.3 — Android 7.0（API级别24）及更高版本

Vulkan驱动程序支持

Android平台对Vulkan API版本的支持并不保证设备的Vulkan驱动程序支持该API版本。运行Android 13的设备可能只支持Vulkan API的1.1版本。

初始化Vulkan时，不要请求高于以下版本的API：

设备上运行的Android版本的最高Vulkan API版本
vkEnumerateInstanceVersion报告的Vulkan API版本
VkPhysicalDeviceProperties结构的apiVersion属性报告的Vulkan API版本

以下是如何确定最高支持的Vulkan API版本的示例

// Minimum Android API levels for Vulkan 1.3/1.1 version support
static constexpr int kMinimum_vk13_api_level = 33;
static constexpr int kMinimum_vk11_api_level = 29;

uint32_t GetHighestSupportedVulkanVersion(VkPhysicalDevice physical_device) {
  uint32_t instance_api_version = 0;
  vkEnumerateInstanceVersion(&instance_api_version);

  VkPhysicalDeviceProperties device_properties;
  vkGetPhysicalDeviceProperties(physical_device, &device_properties);

  // Instance and device versions don't have to match, use the lowest version
  // number for API support if they don't.
  const uint32_t driver_api_version =
      (instance_api_version < device_properties.apiVersion) ?
      instance_api_version : device_properties.apiVersion;

  const int device_api_level = android_get_device_api_level();
  if (device_api_level >= kMinimum_vk13_api_level &&
      driver_api_version >= VK_API_VERSION_1_3) {
    return VK_API_VERSION_1_3;
  } else if (device_api_level >= kMinimum_vk11_api_level &&
             driver_api_version >= VK_API_VERSION_1_1) {
    return VK_API_VERSION_1_1;
  }
  return VK_API_VERSION_1_0;
}

确定Vulkan配置文件兼容性

Vulkan配置文件是JSON文件，定义了Vulkan设备必须支持的一组必需功能、扩展、功能和最小参数限制，才能与配置文件兼容。要确定设备是否与特定Vulkan配置文件（例如2022 Android基线配置文件）兼容，请使用开源Vulkan Profiles API库。您也可以自己解析配置文件JSON文件，并使用相关的Vulkan API查询设备功能以确定配置文件兼容性。

Vulkan Profiles

Android使用Vulkan Profiles，它定义了在运行Android的每个设备上可用的功能和扩展。

Android基线配置文件 (ABP) 是构建Vulkan配置文件的首次尝试。ABP2021和ABP2022是向后兼容的配置文件，旨在覆盖当时>85%的活跃设备。未来将不会有新的ABP。

Vulkan Profiles for Android (VPA) 是新的前瞻性配置文件，旨在反映软件开发人员的需求，并在硬件开发人员能够提供它们后立即推动一致的功能。VPA15_minimums是Android 15的第一个配置文件，每年都会有一个新的VPA来涵盖每个主要的Android版本。

实现帧速率调节

正确的帧速率调节是提供高质量游戏体验的重要组成部分。Android游戏开发套件包含帧速率调节库，以帮助您的游戏实现最佳帧速率调节。有关更多实现细节，请参阅将Android帧速率调节集成到您的Vulkan渲染器中。

实现预旋转

Android设备可以以多种方向显示。设备方向可能与渲染表面的方向不同。与Android上的OpenGL ES不同，Vulkan不处理两者之间的差异。要了解方向过程的工作原理以及在使用Vulkan时处理方向差异的最佳方法，请参阅使用Vulkan预旋转处理设备旋转。

排查和分析Vulkan渲染

有多种工具可帮助您诊断Vulkan渲染代码的渲染问题和性能问题。

有关Vulkan调试和分析工具的更多信息，请查看工具和高级功能部分。

Vulkan验证层

Vulkan验证层是可以在运行时启用的库，它们可以检查您对Vulkan API的调用，并提供有关不正确或非最佳使用的警告或错误。这些验证层默认情况下未激活，因为验证过程会增加运行时开销并影响游戏的性能。有关如何在游戏中使用验证层的信息，请参阅使用验证层进行调试。

帧捕获工具

使用帧捕获工具来记录和重播在游戏帧期间进行的Vulkan API调用。这些工具允许您：

查看活动图形资源的信息和可视化
查看游戏进行的API调用的顺序并查看API参数
在绘制调用时探索图形管线的状态
可视化帧中特定绘制调用的渲染结果

使用开源RenderDoc工具来捕获在Android上运行的游戏的帧。RenderDoc支持Vulkan和OpenGL ES的帧捕获。

还可以使用Android GPU Inspector (AGI)来捕获Vulkan帧。

性能分析工具

使用性能分析工具来调查游戏中导致帧速率低于最佳值的渲染问题。各个GPU厂商提供旨在分析您的游戏并提供特定于其GPU架构的性能数据的工具。当在不同厂商的GPU上甚至在同一厂商的不同GPU代上进行渲染时，游戏的性能特性和瓶颈可能会发生显著变化。

您还可以使用Android GPU Inspector来收集和分析性能数据。与厂商工具不同，Android GPU Inspector与来自不同厂商的多个GPU兼容。但是，Android GPU Inspector不支持较旧的Android设备，并且可能与所有新设备不兼容。

使用CTS-D改进Vulkan测试

Android设备制造商使用兼容性测试套件 (CTS) 来帮助确保其设备兼容。开发人员驱动的CTS (CTS-D)是由Android应用程序开发人员提交的测试，以确保未来的Android设备满足其用例，并能够流畅地运行其应用程序且无错误。

如果您设法使用您的Vulkan应用程序触发影响任何特定Android设备的新错误，您可以提交新的测试建议，描述您的问题以及检查它的方法。这确保了该问题在设备的未来更新中得到修复，同时也确保了同样的错误不会发生在任何其他设备上。

查看CTS提交流程，了解有关如何提交测试建议的分步说明。