Motori nativi e proprietari

Iniziare a utilizzare Vulkan su Android

Vulkan è l'API di grafica di basso livello principale su Android. Vulkan offre prestazioni ottimali per i giochi che implementano il proprio motore di gioco e il proprio renderer.

Per implementare correttamente Vulkan nel tuo motore di gioco, devi:

• Identificare i dispositivi Android da utilizzare con Vulkan
• Comprendere i compromessi del supporto di dispositivi Android meno recenti
• Aggiungere Vulkan al target di compilazione Android
• Scegli un compilatore di shader per creare SPIR-V per Vulkan
• Determina la versione dell'API Vulkan disponibile in fase di runtime
• Scopri come ottimizzare le operazioni di rendering Vulkan con profili Vulkan, variazione della frequenza dei frame e pre-rotazione
• Seleziona gli strumenti grafici per il debug e l'analisi delle prestazioni

Nota: per informazioni sull'utilizzo di Vulkan su Android con i motori di gioco Unity o Unreal, consulta:
• Vulkan su Unity
• Vulkan su Unreal

Scegliere le specifiche minime del dispositivo per Vulkan

Vulkan è disponibile su Android a partire da Android 7.0 (livello API 24). Non tutti i dispositivi Android con Android 7.0 o versioni successive supportano Vulkan. Devi determinare quali dispositivi Android compatibili con Vulkan sono supportati dal tuo gioco.

Consigli

Utilizza le seguenti specifiche come requisiti minimi per il supporto di Vulkan:

• Il dispositivo deve avere Android 10.0 (livello API 29) o versioni successive
• Il dispositivo supporta la versione 1.1 o successive dell'API Vulkan
• Il dispositivo dispone di funzionalità e capacità hardware compatibili con il profilo di riferimento Android 2022

Supporto dei dispositivi meno recenti

Se il tuo gioco è progettato per funzionare su una vasta gamma di dispositivi con diversi livelli di funzionalità grafiche, potresti dover supportare dispositivi meno recenti di quelli consigliati in Scegliere le specifiche minime dei dispositivi per Vulkan. Prima di implementare il supporto per i dispositivi meno recenti, valuta se Vulkan offre vantaggi al tuo gioco. I giochi con molte chiamate di draw e che utilizzano OpenGL ES possono presentare un overhead del driver significativo a causa dell'elevato costo delle chiamate di draw all'interno di OpenGL ES. Questi giochi possono diventare vincolati alla CPU a causa del consumo di grandi porzioni della durata frame da parte del driver grafico. Inoltre, il passaggio da OpenGL ES a Vulkan può comportare una riduzione significativa dell'utilizzo della CPU e dell'alimentazione dei giochi. Questo è particolarmente applicabile se il tuo gioco ha scene complesse che non possono utilizzare efficacemente l'instanziazione per ridurre le chiamate di disegno. Quando scegli come target dispositivi meno recenti, includi il supporto di OpenGL ES come opzione di riserva, poiché alcuni dispositivi nell'elenco dei dispositivi di destinazione potrebbero avere implementazioni di Vulkan che non possono eseguire il tuo gioco in modo affidabile.

Potresti non voler supportare i dispositivi meno recenti compatibili con Vulkan perché mancano di prestazioni e funzionalità o presentano problemi di stabilità.

Prestazioni e funzionalità

I dispositivi Android meno recenti compatibili con Vulkan potrebbero non avere le prestazioni di rendering o il supporto hardware per le funzionalità necessarie per eseguire il gioco. Questo è particolarmente probabile se il tuo gioco ha una grafica ad alta fedeltà e Vulkan è l'unica API di destinazione su Android. Molti dispositivi meno recenti sono limitati alla versione 1.0.3 dell'API Vulkan e spesso mancano le estensioni Vulkan ampiamente utilizzate disponibili su hardware più moderno.

Stabilità

I dispositivi Android meno recenti potrebbero utilizzare driver Vulkan obsoleti. Queste versioni dei driver potrebbero includere bug che possono influire sulla stabilità del gioco. La gestione dei bug dei driver può richiedere tempi significativi di test e progettazione.

Aggiungere Vulkan al progetto

Per aggiungere Vulkan al tuo progetto, devi:

• Includi intestazioni API Vulkan
• Compila il codice shader in SPIR-V
• Chiamare l'API Vulkan in fase di runtime

Includi gli intestazioni dell'API Vulkan

Il gioco deve includere i file di intestazione dell'API Vulkan per compilare il codice che utilizza Vulkan. Puoi trovare una copia degli header Vulkan in Android NDK o imballata nelle release dell'SDK Vulkan. Qualsiasi versione NDK include solo gli header Vulkan disponibili al momento della release dell'NDK. Se utilizzi le intestazioni Vulkan dell'NDK, utilizza la versione 25 o successiva dell'NDK, che include i file di intestazione che supportano la versione 1.3 di Vulkan. L'SDK Vulkan ha la versione più aggiornata degli header.

Compila il codice shader in SPIR-V

L'API Vulkan si aspetta che i programmi shader vengano forniti nel formato intermedio in bit SPIR-V. Questa convenzione è diversa da OpenGL ES, in cui puoi inviare il codice sorgente scritto in OpenGL Shading Language (GLSL) come stringhe di testo. Utilizza un compilatore di shader per prendere il codice scritto in un linguaggio shader come GLSL o High-level Shader Language (HLSL) e compilarlo in moduli SPIR-V per l'utilizzo con Vulkan.

Il compilatore shaderc può essere utilizzato per compilare programmi shaderscritti in GLSL in SPIR-V. Se il tuo gioco utilizza HLSL, il compilatore DirectXShader supporta l'output SPIR-V. In genere, compilatione i programmi shader offline nell'ambito del processo di compilazione degli asset per il tuo gioco e includi i moduli SPIR-V negli asset di runtime.

Chiamare l'API Vulkan in fase di runtime

Per chiamare l'API Vulkan, il gioco deve ottenere puntatori di funzione alle chiamate dell'API Vulkan. Il modo più semplice per farlo è eseguire il collegamento alla libreria condivisa libvulkan.so, inclusa nell'Android NDK. Il collegamento alla libreria presenta due svantaggi: un overhead aggiuntivo per l'invio delle funzioni e limitazioni relative ai puntatori di funzione dell'API Vulkan risolti automaticamente.

Quando chiami una funzione dell'API Vulkan, il controllo passa attraverso una tabella di smistamento gestita da un costrutto chiamato caricatore Vulkan. Android utilizza la propria implementazione del caricatore Vulkan e non il caricatore LunarG. Questo sistema di caricamento fa parte dell'architettura a livelli dell'API Vulkan. Il collegamento alla libreria di sistema in fase di compilazione comporta un livello di invio aggiuntivo per una determinata chiamata API. Sebbene l'overhead sia ridotto, può essere notevole per i giochi che eseguono un volume elevato di chiamate Vulkan.

In genere, la libreria di sistema risolve solo i puntatori alle funzioni Vulkan considerate parte dell'API di base. Vulkan ha un numero elevato di estensioni che definiscono funzioni Vulkan aggiuntive, molte delle quali non vengono risolte automaticamente dalla libreria di sistema. Devi risolvere manualmente i puntatori a queste funzioni Vulkan prima di utilizzarle.

Per ridurre al minimo questi problemi, risolvi dinamicamente i puntatori a tutte le funzioni Vulkan che intendi utilizzare in fase di esecuzione. Un modo per farlo è utilizzare una libreria di meta-caricamento open source come volk. Il gioco di esempio AGDKTunnel integra volk a questo scopo. Se utilizzi una libreria di meta-caricamento, non eseguire il collegamento alla libreria condivisa libvulkan.so negli script di compilazione.

Determina la versione dell'API Vulkan disponibile

Android supporta le seguenti versioni dell'API Vulkan:

• 1.0.3
• 1,1
• 1.3

Il numero di versione dell'API Vulkan più alto disponibile su un determinato dispositivo è determinato dalla versione di Android e dal supporto del driver Vulkan.

Versione di Android

Il supporto della piattaforma per una versione dell'API Vulkan dipende da una versione minima di Android (livello API):

• 1.3 - Android 13.0 (livello API 33) e versioni successive
• 1.1 - Android 10.0 (livello API 29) e versioni successive
• 1.0.3 - Android 7.0 (livello API 24) e versioni successive

Supporto del driver Vulkan

Il supporto della piattaforma Android per una versione dell'API Vulkan non garantisce che la versione dell'API sia supportata dal driver Vulkan del dispositivo. Un dispositivo con Android 13 potrebbe supportare solo la versione 1.1 dell'API Vulkan.

Quando esegui l'inizializzazione di Vulkan, non richiedere una versione dell'API superiore a:

• La versione API Vulkan massima per la versione di Android in esecuzione sul dispositivo
• La versione dell'API Vulkan segnalata da vkEnumerateInstanceVersion
• La versione dell'API Vulkan segnalata dalla proprietà apiVersion della struttura VkPhysicalDeviceProperties

Di seguito è riportato un esempio di determinazione della versione più recente dell'API Vulkan supportata:

// 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;
}

Determinare la compatibilità del profilo Vulkan

I profili Vulkan sono file JSON che definiscono un insieme di funzionalità, estensioni, capacità e limiti di parametri minimi richiesti che un dispositivo Vulkan deve supportare per essere compatibile con il profilo. Per determinare se un dispositivo è compatibile con un profilo Vulkan specifico, ad esempio il profilo Android di riferimento 2022, utilizza la libreria API Vulkan Profiles open source. Puoi anche analizzare autonomamente il file JSON del profilo e eseguire query sulle funzionalità del dispositivo utilizzando le API Vulkan pertinenti per determinare la compatibilità del profilo.

Profili Vulkan

Android utilizza i profili Vulkan, che definiscono le funzionalità e le estensioni disponibili per ciascuno dei dispositivi con Android.

Il profilo di riferimento Android (ABP) è il primo tentativo di creare il profilo Vulkan. ABP2021 e ABP2022 sono profili che guardano al passato e hanno lo scopo di coprire più dell'85% dei dispositivi attivi in quel momento. In futuro non verranno creati nuovi ABP.

I profili Vulkan per Android (VPA) sono il nuovo profilo lungimirante che mira a riflettere le esigenze degli sviluppatori di software e a promuovere funzionalità coerenti non appena gli sviluppatori hardware possono fornirle. VPA15_minimums è il primo profilo per Android 15 e ogni anno verrà creato un nuovo VPA per coprire ogni release principale di Android.

Implementa il pacing dei frame

La corretta gestione del frame pacing è un aspetto essenziale per offrire un'esperienza di gameplay di alta qualità. L'Android Game Development Kit include la libreria Frame Pacing per aiutare il tuo gioco a ottenere un pacing dei frame ottimale. Per maggiori dettagli sull'implementazione, consulta Integrare il frame pacing di Android nel renderer Vulkan.

Implementare la pre-rotazione

I dispositivi Android possono essere visualizzati in più orientamenti. L'orientamento del dispositivo può essere diverso dall'orientamento della superficie di rendering. A differenza di OpenGL ES su Android, Vulkan non gestisce le discrepanze tra i due. Per comprendere come funziona la procedura di orientamento e il metodo ottimale per gestire le differenze di orientamento quando utilizzi Vulkan, consulta Gestire la rotazione del dispositivo con la pre-rotazione Vulkan.

Risolvere i problemi e profilare il rendering Vulkan

Sono disponibili diversi strumenti per aiutarti a diagnosticare i problemi di rendering e di prestazioni con il codice di rendering Vulkan.

Per saperne di più sugli strumenti di debug e di profilazione di Vulkan, consulta la sezione Strumenti e funzionalità avanzate.

Livelli di convalida Vulkan

I livelli di convalida Vulkan sono librerie di runtime che possono essere attivate per ispezionare le chiamate all'API Vulkan e fornire avvisi o errori relativi a un utilizzo errato o non ottimale. Questi livelli di convalida non sono attivi per impostazione predefinita, in quanto la procedura di convalida aggiunge un overhead di runtime e influisce sulle prestazioni del gioco. Per informazioni su come utilizzare i livelli di convalida con il tuo gioco, consulta Eseguire il debug con il livello di convalida.

Strumenti di acquisizione frame

Utilizza gli strumenti di acquisizione dei frame per registrare e riprodurre le chiamate all'API Vulkan effettuate durante un frame del gioco. Questi strumenti ti consentono di:

• Visualizzare informazioni e visualizzazioni delle risorse grafiche attive
• Visualizza la sequenza di chiamate API effettuate dal tuo gioco e i relativi parametri
• Esplora lo stato della pipeline grafica al momento di una chiamata draw
• Visualizza i risultati del rendering fino a una chiamata draw specifica nel frame

Utilizza lo strumento open source RenderDoc per acquisire frame dai giochi in esecuzione su Android. RenderDoc supporta l'acquisizione di frame sia di Vulkan sia di OpenGL ES.

Android GPU Inspector (AGI) può essere utilizzato anche per acquisire frame Vulkan.

Strumenti di analisi del rendimento

Utilizza gli strumenti di analisi delle prestazioni per esaminare i problemi di rendering nel tuo gioco che causano una frequenza frame non ottimale. I singoli fornitori di GPU forniscono strumenti progettati per profilare il tuo gioco e fornire dati sulle prestazioni specifici per le loro architetture GPU. Le caratteristiche di prestazioni e i colli di bottiglia del tuo gioco possono variare notevolmente durante il rendering su GPU di diversi fornitori o anche su generazioni diverse della stessa GPU.

Puoi anche utilizzare Android GPU Inspector per raccogliere e analizzare i dati sulle prestazioni. A differenza degli strumenti del fornitore, Android GPU Inspector è compatibile con più GPU di fornitori diversi. Tuttavia, Android GPU Inspector non supporta i dispositivi Android meno recenti e potrebbe non essere compatibile con tutti i nuovi dispositivi.

Migliorare i test Vulkan con CTS-D

I produttori di dispositivi Android utilizzano la suite di test di compatibilità (CTS) per contribuire a garantire la compatibilità dei loro dispositivi. I test CTS (CTS-D) basati sugli sviluppatori sono sviluppati dagli sviluppatori di applicazioni Android per assicurarsi che i futuri dispositivi Android soddisfino i loro casi d'uso e siano in grado di eseguire le loro applicazioni senza problemi e senza bug.

Se riesci ad attivare un nuovo bug con la tua applicazione Vulkan che interessa un determinato dispositivo Android, puoi inviare una nuova proposta di test, descrivendo il problema e i modi per verificarlo. In questo modo, il problema verrà risolto in un futuro aggiornamento del dispositivo e lo stesso bug non si verificherà su altri dispositivi.

Consulta la procedura di invio del CTS per istruzioni dettagliate su come inviare la proposta di test.