鸿蒙（API 12 Beta6版）图形加速【Vulkan平台】超帧功能开发

news2024/9/21 13:08:14

业务流程

基于Vulkan图形API平台，集成超帧内插模式的主要业务流程如下：

1

  1. 用户进入超帧适用的游戏场景。
  2. 游戏应用调用[HMS_FG_CreateContext_VK]接口创建超帧上下文实例。
  3. 游戏应用调用接口配置超帧实例属性。包括调用[HMS_FG_SetAlgorithmMode_VK]（必选）设置超帧算法模式并选择内插模式；调用[HMS_FG_SetResolution_VK]（必选）设置超帧输入输出图像分辨率；调用[HMS_FG_SetCvvZSemantic_VK]（可选）设置齐次裁剪空间Z/W范围及深度测试函数；调用[HMS_FG_SetImageFormat_VK]（可选）设置超帧输入输出图像格式；如果颜色缓冲区相对深度模板缓冲区基于y轴翻转180度，则调用[HMS_FG_SetDepthStencilYDirectionInverted_VK]（可选）设置翻转状态。
  4. 游戏应用调用[HMS_FG_Activate_VK])接口激活超帧上下文实例。
  5. 游戏应用调用[HMS_FG_CreateImage_VK]接口创建真实渲染帧颜色缓冲区图像实例、深度模板缓冲区图像实例、预测帧缓冲区图像实例。该接口将游戏应用中的VkImage、VkImageView图像资源和超帧算法实现之间建立关联。
  6. 游戏应用调用[HMS_FG_Dispatch_VK]接口并传入历史真实渲染帧颜色信息、深度信息、相机矩阵信息，生成预测帧，并更新预测帧缓冲区。
  7. 预测帧绘制UI并送显。
  8. 绘制缓存中的上一帧真实渲染帧，并绘制UI。
  9. 上一帧真实渲染帧送显。
  10. 渲染游戏场景获取真实渲染帧，缓存真实渲染帧颜色信息、深度信息、相机矩阵等信息，用于后续超帧预测。由于内插模式真实帧需要等待前一帧预测帧绘制并送显后再送显，因此此处缓存一帧真实帧信息。跳转至序号5继续执行，直到退出游戏场景。
  11. 用户退出超帧适用的游戏场景。
  12. 游戏应用调用[HMS_FG_DestroyContext_VK]接口销毁超帧上下文实例并释放内存资源。

开发步骤

本节阐述基于Vulkan图形API平台的超帧调用示例。

  1. 引用Graphics Accelerate Kit超帧头文件：frame_generation_vk.h。
// 引用超帧frame_generation_vk.h头文件
#include <graphics_game_sdk/frame_generation_vk.h>
  1. 编写CMakeLists.txt。
find_library(
    # Sets the name of the path variable.
    framegeneration-lib
    # Specifies the name of the NDK library that you want CMake to locate.
    libframegeneration.so
)
find_library(
    # Sets the name of the path variable.
    vulkan-lib
    # Specifies the name of the NDK library that you want CMake to locate.
    vulkan
)

target_link_libraries(entry PUBLIC
    ${framegeneration-lib} ${vulkan-lib}
)
  1. 调用[HMS_FG_CreateContext_VK]接口创建超帧上下文实例。
// 变量声明
VkInstance vkInstance = VK_NULL_HANDLE;
VkPhysicalDevice vkPhysicalDevice = VK_NULL_HANDLE;
VkDevice vkDevice = VK_NULL_HANDLE;

// 创建超帧上下文实例
FG_ContextDescription_VK contextDescription{};
contextDescription.vkInstance = vkInstance;
contextDescription.vkPhysicalDevice = vkPhysicalDevice;
contextDescription.vkDevice = vkDevice;
contextDescription.framesInFlight = 1;
contextDescription.fnVulkanLoaderFunction = vkGetInstanceProcAddr;
FG_Context_VK* m_context = HMS_FG_CreateContext_VK(&contextDescription);
if (m_context == nullptr) {
    return;
}
  1. 调用超帧实例属性配置接口，超帧算法模式选择内插模式。
// 初始化超帧接口调用错误码
FG_ErrorCode errorCode = FG_SUCCESS;

// 超帧算法模式
FG_AlgorithmModeInfo aInfo{};
aInfo.predictionMode = FG_PREDICTION_MODE_INTERPOLATION;                  // 内插模式
aInfo.meMode = FG_ME_MODE_BASIC;                                          // 运动估计基础模式
errorCode = HMS_FG_SetAlgorithmMode_VK(m_context, &aInfo);                // [必选] 设置超帧算法模式
if (errorCode != FG_SUCCESS) {
    return;
}

// 真实帧颜色缓冲区分辨率
FG_Dimension2D inputColorResolution{};                                    
inputColorResolution.width = 1280;                                        // 真实帧颜色缓冲区图像宽度
inputColorResolution.height = 720;                                        // 真实帧颜色缓冲区图像高度
// 真实帧深度模板缓冲区分辨率
FG_Dimension2D inputDepthStencilResolution{};                             
inputDepthStencilResolution.width = 1280;                                 // 真实帧深度模板缓冲区图像宽度
inputDepthStencilResolution.height = 720;                                 // 真实帧深度模板缓冲区图像高度
// 预测帧分辨率
FG_Dimension2D outputColorResolution{};                                    
outputColorResolution.width = 1280;                                       // 预测帧图像宽度
outputColorResolution.height = 720;                                       // 预测帧图像高度
// 超帧输入输出图像分辨率
FG_ResolutionInfo rInfo{};
rInfo.inputColorResolution = inputColorResolution;
rInfo.inputDepthStencilResolution = inputDepthStencilResolution;
rInfo.outputColorResolution = outputColorResolution;
errorCode = HMS_FG_SetResolution_VK(m_context, &rInfo);                   // [必选] 设置超帧输入输出图像分辨率
if (errorCode != FG_SUCCESS) {
    return;
}

// [可选] 设置齐次裁剪空间Z/W范围及深度测试模式，接口不调用时默认为FG_CVV_Z_SEMANTIC_ZERO_TO_ONE_FORWARD_Z
errorCode = HMS_FG_SetCvvZSemantic_VK(m_context, FG_CVV_Z_SEMANTIC_ZERO_TO_ONE_FORWARD_Z);
if (errorCode != FG_SUCCESS) {
    return;
}

// [可选] 设置超帧输入输出图像格式
FG_ImageFormat_VK imageFormat{};
imageFormat.inputColorFormat = VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
imageFormat.inputDepthStencilFormat = VK_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
imageFormat.outputColorFormat = VK_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
errorCode = HMS_FG_SetImageFormat_VK(m_context, &imageFormat);
if (errorCode != FG_SUCCESS) {
    return;
}

// [可选] 当颜色缓冲区相对深度模板缓冲区基于y轴翻转180度时，设置第二个参数为true，接口不调用时默认为false
errorCode = HMS_FG_SetDepthStencilYDirectionInverted_VK(m_context, true);
if (errorCode != FG_SUCCESS) {
    return;
}
  1. 调用[HMS_FG_Activate_VK]接口激活超帧上下文实例。
// 激活超帧上下文实例
errorCode = HMS_FG_Activate_VK(m_context);
if (errorCode != FG_SUCCESS) {
    return;
}
  1. 调用[HMS_FG_CreateImage_VK]接口创建真实渲染帧颜色缓冲区图像实例、深度模板缓冲区图像实例、预测帧缓冲区图像实例。
// 变量声明
VkImage inputColorImage = VK_NULL_HANDLE;
VkImageView inputColorImageView = VK_NULL_HANDLE;
VkImage inputDepthStencilImage = VK_NULL_HANDLE;
VkImageView inputDepthStencilImageView = VK_NULL_HANDLE;
VkImage outputColorImage = VK_NULL_HANDLE;
VkImageView outputColorImageView = VK_NULL_HANDLE;

// 创建真实帧颜色缓冲区图像实例
FG_Image_VK* inputColor = HMS_FG_CreateImage_VK(m_context, inputColorImage, inputColorImageView);
if (!inputColor) {
    return;
}
// 创建真实帧深度模板缓冲区图像实例
FG_Image_VK* inputDepthStencil = HMS_FG_CreateImage_VK(m_context, inputDepthStencilImage, inputDepthStencilImageView);
if (!inputDepthStencil) {
    return;
}
// 创建预测帧缓冲区图像实例
FG_Image_VK* outputColor = HMS_FG_CreateImage_VK(m_context, outputColorImage, outputColorImageView);
if (!outputColor) {
    return;
}
  1. 游戏运行中，真实帧和预测帧交替渲染并送显。渲染真实帧时，缓存颜色信息、深度信息和相机矩阵等属性信息。渲染预测帧时，需调用[HMS_FG_Dispatch_VK]接口并传入上一帧真实帧属性信息，指定预测帧缓冲区索引，生成预测帧，最终更新预测帧缓冲区内存。
// 帧计数
uint32_t frameNum = 0;

// 帧循环
while (true) {
    frameNum += 1;
    if ((frameNum & 1) != 0) { // 预测帧渲染阶段    
        // 设置预测帧生成前真实帧颜色缓冲区同步状态
        FG_ImageSync_VK inputColorInitImageSync{};
        inputColorInitImageSync.stages = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT;
        inputColorInitImageSync.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL;
        inputColorInitImageSync.accessMask = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT;

        // 设置预测帧生成后真实帧颜色缓冲区同步状态
        FG_ImageSync_VK inputColorFinalImageSync{};
        inputColorFinalImageSync.stages = VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT;
        inputColorFinalImageSync.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL;
        inputColorFinalImageSync.accessMask = VK_ACCESS_TRANSFER_READ_BIT;

        // 创建真实帧颜色缓冲区图像属性实例
        FG_ImageInfo_VK inputColorImageInfo{};
        inputColorImageInfo.image = inputColor;
        inputColorImageInfo.initialSync = inputColorInitImageSync;
        inputColorImageInfo.finalSync = inputColorFinalImageSync;

        // 设置预测帧生成前深度模板缓冲区同步状态
        FG_ImageSync_VK depthInitImageSync{};
        depthInitImageSync.stages = VK_PIPELINE_STAGE_LATE_FRAGMENT_TESTS_BIT;
        depthInitImageSync.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL;
        depthInitImageSync.accessMask = VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_WRITE_BIT;

        // 设置预测帧生成后深度模板缓冲区同步状态
        FG_ImageSync_VK depthFinalImageSync{};
        depthFinalImageSync.stages = VK_PIPELINE_STAGE_LATE_FRAGMENT_TESTS_BIT;
        depthFinalImageSync.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_OPTIMAL;
        depthFinalImageSync.accessMask = VK_ACCESS_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT_READ_BIT;

        // 创建真实帧深度模板缓冲区图像属性实例
        FG_ImageInfo_VK depthImageInfo{};
        depthImageInfo.image = inputDepthStencil;
        depthImageInfo.initialSync = depthInitImageSync;
        depthImageInfo.finalSync = depthFinalImageSync;

        // 设置预测帧生成前预测帧缓冲区同步状态
        FG_ImageSync_VK outputColorInitImageSync{};
        outputColorInitImageSync.stages = VK_PIPELINE_STAGE_ALL_GRAPHICS_BIT;
        outputColorInitImageSync.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL;
        outputColorInitImageSync.accessMask = VK_ACCESS_SHADER_WRITE_BIT;

        // 设置预测帧生成后预测帧缓冲区同步状态
        FG_ImageSync_VK outputColorFinalImageSync{};
        outputColorFinalImageSync.stages = VK_PIPELINE_STAGE_TRANSFER_BIT;
        outputColorFinalImageSync.layout = VK_IMAGE_LAYOUT_TRANSFER_SRC_OPTIMAL;
        outputColorFinalImageSync.accessMask = VK_ACCESS_TRANSFER_READ_BIT;

        // 创建预测帧缓冲区图像属性实例
        FG_ImageInfo_VK outputColorImageInfo{};
        outputColorImageInfo.image = outputColor;
        outputColorImageInfo.initialSync = outputColorInitImageSync;
        outputColorImageInfo.finalSync = outputColorFinalImageSync;

        // 帧生成属性配置结构体
        FG_DispatchDescription_VK dispatchDescription{};
        // 传入真实渲染帧颜色缓冲区属性信息
        dispatchDescription.inputColorInfo = inputColorImageInfo;
        // 传入真实渲染帧深度模板缓冲区属性信息
        dispatchDescription.inputDepthStencilInfo = depthImageInfo;
        // 传入预测帧缓冲区属性信息
        dispatchDescription.outputColorInfo = outputColorImageInfo;

        // 变量声明
        FG_Mat4x4 preViewProj;
        FG_Mat4x4 preInvViewProj;
        VkCommandBuffer vkCommandBuffer = VK_NULL_HANDLE;

        // 传入上一帧真实渲染帧视图投影矩阵
        dispatchDescription.viewProj = preViewProj;
        // 传入上一帧真实渲染帧视图投影逆矩阵
        dispatchDescription.invViewProj = preInvViewProj;
        // 传入用于录入超帧绘制指令的命令缓冲区句柄
        dispatchDescription.vkCommandBuffer = vkCommandBuffer;
        // 传入当前帧序号
        dispatchDescription.frameIdx = 0;

        // 生成预测帧，更新预测帧缓冲区的内存
        errorCode = HMS_FG_Dispatch_VK(m_context, &dispatchDescription);
        if (errorCode != FG_SUCCESS) {
            return;
        }
        switch (errorCode) {
            case FG_SUCCESS: { // 生成预测帧成功
                // 绘制预测帧
                // ...

                // 绘制UI
                // ...

                // 预测帧送显
                // ...
                break;
            }
            case FG_COLLECTING_PREVIOUS_FRAMES:
                // 传入真实帧数量未达到固定阈值，无预测帧生成，内插模式传入真实帧数量<3时返回该状态码，此时不要将预测帧送显
                break;
            default:
                // 预测帧生成失败
                return;
        }
    } else { // 真实帧渲染阶段            
        // 绘制缓存中的上一帧真实帧
        // ...

        // 绘制UI
        // ...
        
        // 渲染当前帧渲染画面，缓存颜色、深度、相机矩阵等信息，用于下一帧预测帧生成
        // ...
       
        // 送显缓存中的上一帧真实帧
        // ...
    }
}
  1. 调用[HMS_FG_DestroyContext_VK]接口销毁超帧实例，释放内存资源。
// 销毁超帧上下文实例并释放内存资源
errorCode = HMS_FG_DestroyContext_VK(&m_context);
if (errorCode != FG_SUCCESS) {
    return;
}

最后呢

很多开发朋友不知道需要学习那些鸿蒙技术？鸿蒙开发岗位需要掌握那些核心技术点？为此鸿蒙的开发学习必须要系统性的进行。

而网上有关鸿蒙的开发资料非常的少，假如你想学好鸿蒙的应用开发与系统底层开发。你可以参考这份资料，少走很多弯路，节省没必要的麻烦。由两位前阿里高级研发工程师联合打造的《鸿蒙NEXT星河版OpenHarmony开发文档》里面内容包含了（ArkTS、ArkUI开发组件、Stage模型、多端部署、分布式应用开发、音频、视频、WebGL、OpenHarmony多媒体技术、Napi组件、OpenHarmony内核、Harmony南向开发、鸿蒙项目实战等等）鸿蒙（Harmony NEXT）技术知识点

如果你是一名Android、Java、前端等等开发人员，想要转入鸿蒙方向发展。可以直接领取这份资料辅助你的学习。下面是鸿蒙开发的学习路线图。

在这里插入图片描述

针对鸿蒙成长路线打造的鸿蒙学习文档。话不多说，我们直接看详细鸿蒙（OpenHarmony ）手册（共计1236页）与鸿蒙（OpenHarmony ）开发入门视频，帮助大家在技术的道路上更进一步。

  • 《鸿蒙 (OpenHarmony)开发学习视频》
  • 《鸿蒙生态应用开发V2.0白皮书》
  • 《鸿蒙 (OpenHarmony)开发基础到实战手册》
  • OpenHarmony北向、南向开发环境搭建
  • 《鸿蒙开发基础》
  • 《鸿蒙开发进阶》
  • 《鸿蒙开发实战》

在这里插入图片描述

总结

鸿蒙—作为国家主力推送的国产操作系统。部分的高校已经取消了安卓课程，从而开设鸿蒙课程；企业纷纷跟进启动了鸿蒙研发。

并且鸿蒙是完全具备无与伦比的机遇和潜力的；预计到年底将有 5,000 款的应用完成原生鸿蒙开发，未来将会支持 50 万款的应用。那么这么多的应用需要开发，也就意味着需要有更多的鸿蒙人才。鸿蒙开发工程师也将会迎来爆发式的增长，学习鸿蒙势在必行！ 自↓↓↓拿
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