嗨，大家好！我是一行。今天咱来聊聊 C++ 里超厉害的图形渲染库——Vulkan。它能帮我们打造出超酷炫的图形效果，不管是 3D 游戏里逼真的场景，还是炫酷的动画，Vulkan 都能轻松应对，让我们的程序画面大放异彩，下面就一起深入了解下吧！
一、Vulkan 初印象
Vulkan 就像是一位神奇的画家。我们用 C++ 代码告诉它要画什么图形、用什么颜色、怎么摆放，它就能在屏幕这个“画布”上给我们呈现出精彩绝伦的画面。和其他图形库相比，它更接近底层硬件，能让我们对图形渲染的过程有更多的控制，就像画家可以自由选择画笔、颜料和绘画技巧，画出独具特色的作品。 小贴士：使用 Vulkan 前，得先确保你的显卡支持它哦。要是显卡不支持，可能就无法正常使用 Vulkan 的强大功能。你可以去显卡的官方网站查看显卡的技术规格，确认是否支持 Vulkan。
二、创建一个简单的 Vulkan 窗口
#include <iostream>
#include <vulkan/vulkan.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
// 这就像搭建一个画画的房间，先准备好窗户（窗口）
int main() {
// 初始化 GLFW 库，这是创建窗口的基础
glfwInit();
// 设置 GLFW 窗口的一些属性，比如大小、标题等
glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "Vulkan Window", nullptr, nullptr);
// 主循环，让窗口一直显示，直到我们关闭它
while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
glfwPollEvents();
}
// 销毁窗口，清理资源，就像画完画后收拾房间
glfwDestroyWindow(window);
glfwTerminate();
return 0;
}在这段代码里，我们先用 glfwInit 初始化 GLFW 库，这就好比准备好画画的工具。然后通过 glfwCreateWindow 创建了一个 800x600 像素的窗口，标题是“Vulkan Window”。while 循环里的 glfwPollEvents 就像在窗口打开期间，不断查看有没有人来敲门（处理窗口事件），这样窗口就能一直显示，直到我们关闭它。最后通过 glfwDestroyWindow 和 glfwTerminate 销毁窗口并清理资源，就像画完画后把房间收拾干净，准备下一次创作。
三、初始化 Vulkan 实例
#include <iostream>
#include <vulkan/vulkan.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
// 这是正式开始使用 Vulkan 的第一步，就像画家准备好颜料和画布
int main() {
// 初始化 GLFW 库
glfwInit();
// 设置 GLFW 窗口属性
glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "Vulkan Window", nullptr, nullptr);
// 创建 Vulkan 实例，这是和 Vulkan 交互的起点
VkInstance instance;
VkApplicationInfo appInfo = {};
appInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO;
appInfo.pApplicationName = "Vulkan App";
appInfo.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0);
appInfo.pEngineName = "No Engine";
appInfo.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0);
appInfo.apiVersion = VK_API_VERSION_1_0;
VkInstanceCreateInfo createInfo = {};
createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO;
createInfo.pApplicationInfo = &appInfo;
// 创建实例，这一步很关键，如果失败会返回错误码
VkResult result = vkCreateInstance(&createInfo, nullptr, &instance);
if (result!= VK_SUCCESS) {
std::cerr << "Failed to create Vulkan instance" << std::endl;
return -1;
}
// 销毁实例，释放资源，就像画完画后把颜料和画布收拾好
vkDestroyInstance(instance, nullptr);
glfwDestroyWindow(window);
glfwTerminate();
return 0;
}这里我们不仅创建了窗口，还创建了 Vulkan 实例。VkInstance 就像是我们和 Vulkan 这个神奇画家交流的桥梁。VkApplicationInfo 结构体里填写了我们应用的一些信息，比如名字和版本号。VkInstanceCreateInfo 则是创建实例的详细说明。通过 vkCreateInstance 创建实例，如果成功，我们就可以开始使用 Vulkan 进行图形渲染了。要是失败，会返回错误码，我们就能知道哪里出了问题，这就像画画前准备颜料，如果颜料没调好，我们就能发现问题并解决。小贴士：在填写 VkApplicationInfo 和 VkInstanceCreateInfo 结构体时，要仔细检查每个字段，确保信息准确无误，否则可能导致实例创建失败。
四、绘制一个三角形
#include <iostream>
#include <vector>
#include <vulkan/vulkan.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
// 这就像画家开始在画布上画一个三角形
int main() {
// 初始化 GLFW 库并创建窗口
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "Vulkan Triangle", nullptr, nullptr);
// 创建 Vulkan 实例
VkInstance instance;
// （前面创建实例的代码省略，和之前一样）
// 创建逻辑设备和队列
VkPhysicalDevice physicalDevice = VK_NULL_HANDLE;
uint32_t deviceCount = 0;
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, nullptr);
if (deviceCount == 0) {
std::cerr << "No suitable GPU found" << std::endl;
return -1;
}
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, &physicalDevice);
VkDevice device;
VkDeviceCreateInfo deviceCreateInfo = {};
deviceCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_CREATE_INFO;
vkCreateDevice(physicalDevice, &deviceCreateInfo, nullptr, &device);
VkQueue queue;
vkGetDeviceQueue(device, 0, 0, &queue);
// 创建图形管线
VkShaderModule vertexShaderModule;
// （加载和创建顶点着色器模块的代码省略，比较复杂，这里简化）
VkShaderModule fragmentShaderModule;
// （加载和创建片段着色器模块的代码省略）
VkPipelineShaderStageCreateInfo vertexShaderStageInfo = {};
vertexShaderStageInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_SHADER_STAGE_CREATE_INFO;
vertexShaderStageInfo.stage = VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT;
vertexShaderStageInfo.module = vertexShaderModule;
vertexShaderStageInfo.pName = "main";
VkPipelineShaderStageCreateInfo fragmentShaderStageInfo = {};
fragmentShaderStageInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_SHADER_STAGE_CREATE_INFO;
fragmentShaderStageInfo.stage = VK_SHADER_STAGE_FRAGMENT_BIT;
fragmentShaderStageInfo.module = fragmentShaderModule;
fragmentShaderStageInfo.pName = "main";
VkPipelineLayout pipelineLayout;
VkPipelineLayoutCreateInfo pipelineLayoutCreateInfo = {};
pipelineLayoutCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PIPELINE_LAYOUT_CREATE_INFO;
vkCreatePipelineLayout(device, &pipelineLayoutCreateInfo, nullptr, &pipelineLayout);
VkGraphicsPipelineCreateInfo pipelineCreateInfo = {};
pipelineCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_GRAPHICS_PIPELINE_CREATE_INFO;
pipelineCreateInfo.stageCount = 2;
pipelineCreateInfo.pStages = &vertexShaderStageInfo;
pipelineCreateInfo.layout = pipelineLayout;
// （其他管线信息设置省略）
VkPipeline pipeline;
vkCreateGraphicsPipeline(device, VK_NULL_HANDLE, &pipelineCreateInfo, nullptr, &pipeline);
// 创建顶点缓冲
std::vector<VkVertexInputBindingDescription> bindingDescriptions;
// （设置顶点输入绑定描述的代码省略）
std::vector<VkVertexInputAttributeDescription> attributeDescriptions;
// （设置顶点输入属性描述的代码省略）
VkBuffer vertexBuffer;
VkDeviceMemory vertexBufferMemory;
VkBufferCreateInfo bufferCreateInfo = {};
bufferCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_BUFFER_CREATE_INFO;
// （设置缓冲创建信息的代码省略）
vkCreateBuffer(device, &bufferCreateInfo, nullptr, &vertexBuffer);
VkMemoryRequirements memRequirements;
vkGetBufferMemoryRequirements(device, vertexBuffer, &memRequirements);
VkMemoryAllocateInfo allocInfo = {};
allocInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_MEMORY_ALLOCATE_INFO;
// （设置内存分配信息的代码省略）
vkAllocateMemory(device, &allocInfo, nullptr, &vertexBufferMemory);
vkBindBufferMemory(device, vertexBuffer, vertexBufferMemory, 0);
// 绘制三角形
VkCommandPool commandPool;
VkCommandPoolCreateInfo commandPoolCreateInfo = {};
commandPoolCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_COMMAND_POOL_CREATE_INFO;
vkCreateCommandPool(device, &commandPoolCreateInfo, nullptr, &commandPool);
VkCommandBuffer commandBuffer;
VkCommandBufferAllocateInfo commandBufferAllocateInfo = {};
commandBufferAllocateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_COMMAND_BUFFER_ALLOCATE_INFO;
vkAllocateCommandBuffers(device, &commandBufferAllocateInfo, &commandBuffer);
VkCommandBufferBeginInfo commandBufferBeginInfo = {};
commandBufferBeginInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_COMMAND_BUFFER_BEGIN_INFO;
vkBeginCommandBuffer(commandBuffer, &commandBufferBeginInfo);
vkCmdBindPipeline(commandBuffer, VK_PIPELINE_BIND_POINT_GRAPHICS, pipeline);
vkCmdBindVertexBuffers(commandBuffer, 0, 1, &vertexBuffer, &offset);
vkCmdDraw(commandBuffer, 3, 1, 0, 0);
VkSubmitInfo submitInfo = {};
submitInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_SUBMIT_INFO;
submitInfo.commandBufferCount = 1;
submitInfo.pCommandBuffers = &commandBuffer;
vkQueueSubmit(queue, 1, &submitInfo, VK_NULL_HANDLE);
vkQueueWaitIdle(queue);
// 清理资源
// （释放各种资源的代码省略，包括缓冲、内存、管线、设备等）
glfwDestroyWindow(window);
glfwTerminate();
return 0;
}这段代码看起来有点复杂，但其实就是在一步步地告诉 Vulkan 怎么画一个三角形。首先创建了逻辑设备和队列，这就像准备好画画的手和工具摆放的地方。然后创建了图形管线，包括顶点着色器和片段着色器，这就像告诉画家要用什么颜色和笔触来画三角形。接着创建了顶点缓冲，这是三角形的顶点数据存放的地方，就像画家准备好三角形的形状信息。最后通过一系列的命令，把这些准备好的东西组合起来，让 Vulkan 把三角形画在窗口上。虽然过程复杂，但每一步都很关键，就像精心创作一幅画，每个细节都不能马虎。
五、实际应用场景
在 3D 游戏开发中，Vulkan 可以用来渲染逼真的游戏场景，比如精美的角色模型、复杂的地形地貌和炫酷的特效。像一些大型的开放世界游戏，利用 Vulkan 的高性能渲染能力，可以让玩家在游戏中享受到流畅的画面和细腻的视觉效果，沉浸在游戏世界中。
在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用中，Vulkan 也发挥着重要作用。它能够快速渲染出高质量的图像，并且对硬件资源进行高效利用，降低延迟，让用户在佩戴 VR/AR 设备时感受到更加真实和流畅的体验，避免画面卡顿和眩晕感。
在影视制作的特效渲染方面，Vulkan 可以加速特效的生成和渲染过程。比如电影中的宏大战争场面、奇幻魔法效果等，通过 Vulkan 的强大渲染能力，可以更快地制作出高质量的特效镜头，提高影视制作的效率和质量。
六、练习题
大家可以尝试修改三角形的颜色，让它从红色变成绿色。还可以试着改变三角形的大小和位置，看看会有什么效果。另外，思考一下如何给三角形添加纹理，让它看起来更真实。动手做一做，感受 Vulkan 的强大功能吧！
今天的 C++ 学习之旅就到这里啦！记得动手敲代码。祝大家学习愉快，C++ 学习节节高！
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