Introduction

NOTICE: The English version of the tutorial has recently changed significantly (for the better) and these changes have not yet been applied to the French translation.

À propos

Ce tutoriel vous enseignera les bases de l'utilisation de l'API Vulkan qui expose les graphismes et le calcul sur cartes graphiques. Vulkan est une nouvelle API créée par le groupe Khronos (connu pour OpenGL). Elle fournit une bien meilleure abstraction des cartes graphiques modernes. Cette nouvelle interface vous permet de mieux décrire ce que votre application souhaite faire, ce qui peut mener à de meilleures performances et à des comportements moins variables comparés à des APIs existantes comme OpenGL et Direct3D. Les concepts introduits par Vulkan sont similaires à ceux de Direct3D 12 et Metal. Cependant Vulkan a l'avantage d'être complètement cross-platform, et vous permet ainsi de développer pour Windows, Linux, Mac et Android en même temps.

Il y a cependant un contre-coup à ces avantages. L'API vous impose d'être explicite sur chaque détail. Vous ne pourrez rien laisser au hasard, et il n'y a aucune structure, aucun environnement créé pour vous par défaut. Il faudra le recréer à partir de rien. Le travail du driver graphique sera ainsi considérablement réduit, ce qui implique un plus grand travail de votre part pour assurer un comportement correct.

Le message véhiculé ici est que Vulkan n'est pas fait pour tout le monde. Cette API est conçue pour les programmeurs concernés par la programmation avec GPU de haute performance, et qui sont prêts à y travailler sérieusement. Si vous êtes intéressées dans le développement de jeux vidéo, et moins dans les graphismes eux-mêmes, vous devriez plutôt continuer d'utiliser OpenGL et DirectX, qui ne seront pas dépréciés en faveur de Vulkan avant un certain temps. Une autre alternative serait d'utiliser un moteur de jeu comme Unreal Engine ou Unity, qui pourront être capables d'utiliser Vulkan tout en exposant une API de bien plus haut niveau.

Cela étant dit, présentons quelques prérequis pour ce tutoriel:

  • Une carte graphique et un driver compatibles avec Vulkan (NVIDIA, AMD, Intel)
  • De l'expérience avec le C++ (familiarité avec RAII, listes d'initialisation, et autres fonctionnalités modernes)
  • Un compilateur avec un support décent des fonctionnalités du C++17 (Visual Studio 2017+, GCC 7+ ou Clang 5+)
  • Un minimum d'expérience dans le domaine de la programmation graphique

Ce tutoriel ne considérera pas comme acquis les concepts d'OpenGL et de Direct3D, mais il requiert que vous connaissiez les bases du rendu 3D. Il n'expliquera pas non plus les mathématiques derrière la projection de perspective, par exemple. Lisez ce livre pour une bonne introduction des concepts de rendu 3D. D'autres ressources pour le développement d'application graphiques sont :

Vous pouvez utiliser le C plutôt que le C++ si vous le souhaitez, mais vous devrez utiliser une autre bibliothèque d'algèbre linéaire et vous structurerez vous-même votre code. Nous utiliserons des possibilités du C++ (RAII, classes) pour organiser la logique et la durée de vie des ressources. Il existe aussi une version alternative de ce tutoriel pour les développeurs rust.

Pour faciliter la tâche des développeurs utilisant d'autres langages de programmation, et pour acquérir de l'expérience avec l'API de base, nous allons utiliser l'API C originelle pour travailler avec Vulkan. Cependant, si vous utilisez le C++, vous pourrez préférer utiliser le binding Vulkan-Hpp plus récent, qui permet de s'éloigner de certains détails ennuyeux et d'éviter certains types d'erreurs.

E-book

Si vous préférez lire ce tutoriel en E-book, vous pouvez en télécharger une version EPUB ou PDF ici:

Structure du tutoriel

Nous allons commencer par une approche générale du fonctionnement de Vulkan, et verrons d'abord rapidement le travail à effectuer pour afficher un premier triangle à l'écran. Le but de chaque petite étape aura ainsi plus de sens quand vous aurez compris leur rôle dans le fonctionnement global. Ensuite, nous préparerons l'environnement de développement, avec le SDK Vulkan, la bibliothèque GLM pour les opérations d'algèbre linéaire, et GLFW pour la création d'une fenêtre. Ce tutoriel couvrira leur mise en place sur Windows avec Visual Studio, sur Linux Ubuntu avec GCC et sur MacOS.

Après cela, nous implémenterons tous les éléments nécessaires à un programme Vulkan pour afficher votre premier triangle. Chaque chapitre suivra approximativement la structure suivante :

  • Introduction d'un nouveau concept et de son utilité
  • Utilisation de tous les appels correspondants à l'API pour leur mise en place dans votre programme
  • Placement d'une partie de ces appels dans des fonctions pour une réutilisation future

Bien que chaque chapitre soit écrit comme suite du précédent, il est également possible de lire chacun d'entre eux comme un article introduisant une certaine fonctionnalité de Vulkan. Ainsi le site peut vous être utile comme référence. Toutes les fonctions et les types Vulkan sont liés à leur spécification, vous pouvez donc cliquer dessus pour en apprendre plus. La spécification est par contre en Anglais. Vulkan est une API récente, il peut donc y avoir des lacunes dans la spécification elle-même. Vous êtes encouragés à transmettre vos retours dans ce repo Khronos.

Comme indiqué plus haut, Vulkan est une API assez prolixe, avec de nombreux paramètres, pensés pour vous fournir un maximum de contrôle sur le hardware graphique. Ainsi des opérations comme créer une texture prennent de nombreuses étapes qui doivent être répétées chaque fois. Nous créerons notre propre collection de fonctions d'aide tout le long du tutoriel.

Chaque chapitre se conclura avec un lien menant à la totalité du code écrit jusqu'à ce point. Vous pourrez vous y référer si vous avez un quelconque doute quant à la structure du code, ou si vous rencontrez un bug et que voulez comparer. Tous les fichiers de code ont été testés sur des cartes graphiques de différents vendeurs pour pouvoir affirmer qu'ils fonctionnent. Chaque chapitre possède également une section pour écrire vos commentaires en relation avec le sujet discuté. Veuillez y indiquer votre plateforme, la version de votre driver, votre code source, le comportement attendu et celui obtenu pour nous simplifier la tâche de vous aider.

Ce tutoriel est destiné à être un effort de communauté. Vulkan est encore une API très récente et les meilleures manières d'arriver à un résultat n'ont pas encore été déterminées. Si vous avez un quelconque retour sur le tutoriel et le site lui-même, n'hésitez alors pas à créer une issue ou une pull request sur le repo GitHub. Vous pouvez watch le dépôt afin d'être notifié des dernières mises à jour du site.

Après avoir accompli le rituel de l'affichage de votre premier triangle avec Vulkan, nous étendrons le programme pour y inclure les transformations linéaires, les textures et les modèles 3D.

Si vous avez déjà utilisé une API graphique auparavant, vous devez savoir qu'il y a nombre d'étapes avant d'afficher la première géométrie sur l'écran. Il y aura beaucoup plus de ces étapes préliminaires avec Vulkan, mais vous verrez que chacune d'entre elle est simple à comprendre et n'est pas redondante. Gardez aussi à l'esprit qu'une fois que vous savez afficher un triangle - certes peu intéressant -, afficher un modèle 3D parfaitement texturé ne nécessite pas tant de travail supplémentaire, et que chaque étape à partir de ce point est bien mieux récompensée visuellement.

Si vous rencontrez un problème en suivant ce tutoriel, vérifiez d'abord dans la FAQ que votre problème et sa solution n'y sont pas déjà listés. Si vous êtes toujours coincé après cela, demandez de l'aide dans la section des commentaires du chapitre le plus en lien avec votre problème.

Prêt à vous lancer dans le futur des API graphiques de haute performance? Allons-y!