Vulkan vs OpenGL ES：PowerVR 3D卫星导航APP

PowerVR架构能快速支持最新的技术，Vulkan API便是实证。Vulkan是一款现代的API，使开发人员能够获得底层图像硬件的“低级”访问权限，确保硬件性能的最大化。

任何需要显示大量数据的应用程序（如导航软件）便是Vulkan的绝佳使用案例。导航应用程序需要大量的后台处理，使大量的相关信息尽可能以较高的帧速率进行渲染。在这里，我将详细介绍最新的卫星导航演示系统，我将阐述其如何利用Vulkan图像API、对比Vulkan与OpenGL ES的性能、阐释为何PowerVR适合运行这类使用了现代图像API（如Vulkan）的程序。

Vulkan and OpenGL ES

首先，让我们先回顾Vulkan和OpenGL ES之间的差异。与OpenGL ES相比，Vulkan基本上设计有完全和明确的控制，其中包括对多线程分布工作负载的严格控制。

GPU资源可以在一个线程上分配，而其他GPU可以同步在另一个线程上工作。此外， OpenGL ES是调用GPU命令，并随后立即执行；而在Vulkan中，命令则“记录”在命令缓冲区(基本上只是一个指令列表)。随后，整个命令缓冲区将提交给GPU用于渲染。这种结构意味着，对于开发人员而言，命令提交是完全可预测的。当渲染命令发送至GPU时，他们可以准确控制，而这与OGLES恰恰相反。在OGLES中，有些GPU命令在调用时不会执行，而是在渲染循环中的其他任意点执行——超出了开发人员的控制范围。更为关键的是，假设内容不变，命令缓冲区在每帧渲染时会被再次使用。这样，每一帧它们都将被再次记录，并再次提交。OpenGL ES中则不存在这种构造。

此外，命令缓冲区可以由多个二级缓冲区构成，使这部分图像工作负载在每帧被再次记录时可以得到很好地控制。记录一次后则只剩下静态缓冲区，动态缓冲区则在所要求的时间间隔内被再次记录。这个间隔通常为一帧,但也不一定。

卫星导航系统的架构

现在的问题是，这如何映射到卫星导航应用程序中？对于我们的卫星导航演示系统，我们使用来自OpenStreetMap.org的映射数据，这样便能够查询指定贴图区域内所有映射元素的数据库。这是一种常见且直观的处理数据的方式，十分适合Vulkan，因为这意味着，我们可以将每个贴图所有的渲染命令记录至自己的命令缓冲区中。由于映射数据永远不会改变，因此只需要处理一次。

摄像机掠过映射图时，我们需要在新贴图中进行定期加载，但应用程序又需要保持响应——我们无法停止主线程。有了Vulkan，便可以在新贴图中分配GPU资源，并在单独的工作线程中记录其命令缓冲区，且不用分配主线程，这样便可以在输入中进行渲染和响应。对于这个应用程序，有一个额外的工作线程便足矣，但如果我们有需要，可以一次生成多个线程来处理更多的贴图。这甚至可以动态地扩展，基于有多少CPU资源可以使用，或者设备功率是否需要被管理。这些在OpenGL ES中是非常重大的，但却是Vulkan设计中最基本的部分。

正如贴图可见，其又可以不可见，这意味着命令缓冲区将被释放。当贴图可见时，并非是解除分配和再次分配，而是在从命令池对象中预分配一组缓冲，再从这组缓冲中，对使用过的缓冲进行循环，这样便可以降低应用程序的动态内存分配成本。

PowerVR

相比先前的API，Vulkan使PowerVR可以以更高的效率处理这些任务。作为基于贴图的延迟渲染器(TBDR)，我们的硬件能够充分利用所需的信息进行预渲染。Vulkan使用“渲染通道”结构(由包含命令缓冲区的子通道组成)来定义渲染工作。相比单个的绘制调用，这更像基于贴图的渲染器所使用的基本工作单元。这些结构于贴图器而言也很便利，因为它们可以防止在绘制调用之间出现帧冲刷，不然，则需要对贴图进行多次渲染。为更深入地了解这层含义及PowerVR架构如何与Vulkan有效合作，请阅读托拜厄斯·赫克托所撰写的文章。

PowerVR SDK关键词

Vulkan编写的这款应用程序使用了PowerVR SDK，这表示，生成OpenGL ES版则非常简单。SDK反映了Vulkan API架构，但对底层API进行了抽象化，所以相同的代码只适用于Vulkan和OpenGL ES。唯一重大的变更便是描述符集(OpenGL ES没有这些概念)，且将GPU资源分配到主线程中。此外，使用SDK也意味着，在所有的平台上（Android、Windows和Linux），相同的代码仅仅只是工作，不会制造麻烦。

性能对比

让我们将Vulkan和OpenGL ES的演示进行对比。以下视频和图像都是在基于Android的Nexus Player上运行所生成的——一款包含了PowerVR G6430 GPU的消费设备。从视频中可以看出，Vulkan应用不断呈现更高的帧率，加载新贴图时性能也未出现明显下降。相反，在OpenGL ES中，基本帧率则较低，因为需要做大量的工作来告诉GPU每帧的任务是什么。同时，加载新内容时还会出现断断续续的情况，因为主线程必须中断后分配GPU资源。

映射数据由? OpenStreetMap贡献。这些数据在开放数据库许可时可用。