Das Vulkan-API: Teil 1: Grundlagen und erste Schritte

Von Alexander Rudolph

Auch nach mehr als fünfundzwanzig Jahren ist OpenGL in der Grafikentwicklung immer noch beliebt, besonders, da immer mehr Spiele und andere Grafikanwendungen plattformübergreifend entworfen werden. Jedoch kann wenig darüber hinwegtäuschen, dass das Grafik-API ziemlich in die Jahre gekommen ist und schon von Beginn an nie für den Einsatz auf modernen Mehrkernprozessoren entworfen wurde. Mit Vulkan stellt die Khronos Group nun ein neues lizenzoffenes API für die Grafikprogrammierung zur Verfügung, das nicht nur auf verschiedenen Endgeräten und Betriebssystemen einsetzbar ist, sondern auch Multi-Threading beherrscht.
In diesem ersten shortcut zum Vulkan-API erläutert Alexander Rudolph die Grundlagen des neuen Standards, stellt dessen Features vor und zeigt die wichtigsten Unterschiede zu OpenGL. Er erklärt, wann und warum sich der Umstieg lohnt und legt einen ersten Grundstein für die Erstellung eines Frameworks, das die Grafikprogrammierung für Vulkan deutlich erleichtern kann.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: entwickler.press
• Erscheinungsdatum: 8. Jan. 2018
• ISBN: 9783868027655

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1 Eine erste Erkundungstour

Im vergangenen Jahr gab es für Grafikprogrammierer ein großes Jubiläum zu feiern: 25 Jahre OpenGL. Für ein Grafik-API ist das ein ganz schön stolzes Alter. So verwundert es denn auch nicht, dass die Rufe nach einem plattformübergreifenden Nachfolger in den letzten Jahren immer lauter wurden – Rufe nach einem schicken, schlanken API, ohne überflüssigen Ballast, mit dessen Hilfe sich moderne Multi-Core-CPUs und leistungsfähige Grafikkarten bis an ihre Grenzen ausreizen lassen. Mit dem Ziel, die Funktionsweise des neuen Vulkan-API besser nachvollziehen zu können, werden wir uns im ersten Kapitel dieses shortcuts zunächst einmal auf eine kleine Erkundungstour begeben.

Mit einer „Hallo-Welt-Anwendung fängt normalerweise alles an. Um niemanden zu überfordern, versucht man auf möglichst einfache Weise zu demonstrieren, welche Anweisungen und Bestandteile für ein voll funktionsfähiges Programm erforderlich sind. Auch beim Kennenlernen eines neuen Grafik-API wie OpenGL drehte sich in der Vergangenheit zunächst alles um die Ausgabe einer kurzen Begrüßungsbotschaft, um das grafische Äquivalent der berühmten zwei Wörter „Hello World!, um die Darstellung einer schlichten ein- oder mehrfarbigen Dreiecksfläche. Verzichtet man beispielsweise auf Animationen und Texturen, so besteht ein mithilfe der GLUT-Library (OpenGL Utility Toolkit) erstelltes OpenGL-Programm in der Tat nur aus wenigen Zeilen Sourcecode.

Nun ja, so einfach wie früher ist die Welt inzwischen nicht mehr. Selbst das denkbar einfachste Programm, das auf die modernen OpenGL-Spezifikationen 3.3 bzw. 4.x setzt oder gar das neue Vulkan- oder Direct3D-12-API verwendet, kann aufgrund seiner Komplexität nicht mehr guten Gewissens als Hallo-Welt-Anwendung bezeichnet werden.

Was die Wahl des zu verwendenden Grafik-API betraf, war die Entscheidung der Spieleentwickler vor dem Einsetzen des Smartphone- und Tabletbooms mehr als nur eindeutig: Keine Frage, man entschied sich für DirectX und schenkte OpenGL keinerlei Beachtung. Erst als es immer wichtiger wurde, Spiele und anderweitige Grafikanwendungen für so viele Endgeräte wie möglich zu entwickeln, rückte OpenGL (ES) immer stärker in den Fokus der Entwickler. Wie aber sieht jetzt die Zukunft aus? Sollte man OpenGL den Rücken kehren, nun, da das neue Vulkan-API endlich verfügbar ist? Wenn man mit der Performance seiner OpenGL-Anwendungen zufrieden ist, gibt es eigentlich keinen Grund dazu. Aber selbst wenn im Rahmen eines laufenden Projekts aktuell noch kein Einsatz von Vulkan erforderlich ist, sollte man bereits jetzt an die Zukunft denken, seinen inneren Schweinehund überwinden (Programmierer gelten ja bekanntlich von Natur aus als faul-schlau) und sich in das neue API einarbeiten – wohl wissend, dass die Entwicklung eines auf Vulkan basierenden Frameworks eine richtig zeitintensive Angelegenheit werden wird.

Die Tatsache, dass man mithilfe von OpenGL beeindruckende dreidimensionale Welten in Echtzeit darstellen kann, ändert nichts daran, dass es sich im Kern um ein völlig veraltetes API handelt. Seinerzeit wurde OpenGL als globaler Zustandsautomat (Global State Machine) entworfen. Anfang der 1990er-Jahre (im Januar 1992 wurde die OpenGL-Spezifikation