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开发环境

概述

本文将指导你完成 Vulkan 应用程序开发环境的设置，包括安装必要的工具和库。

注意，CMake 和 vcpkg 自身的安装，以及 MSVC/Clang 等编译器的安装，不是本教程的内容。

作为跨平台的教程，我们不限制编译器的选择，但请保证它支持您需要的 C++ 标准。

安装 Vulkan SDK

Vulkan SDK 是开发Vulkan应用程序的核心组件，包含：

  • 头文件
  • 函数加载器
  • 标准验证层
  • 着色器编译支持
  • ······

可以从 LunarG官网 下载SDK，无需注册账户。

Windows 安装

  1. 从 官网 下载 Vulkan SDK 并运行安装程序，允许它设置环境变量
  2. 验证安装：
    • 进入 SDK 安装目录的 Bin 子目录
    • 运行 vkcube.exe 演示程序
    • 应看到旋转的立方体窗口

cube

Linux

图形界面安装

参考Windows安装方法。

命令行安装：

Ubuntu/Debian系 

sudo apt install vulkan-tools libvulkan-dev vulkan-validationlayers-dev spirv-tools

Fedora/RHEL系 

sudo dnf install vulkan-tools vulkan-loader-devel mesa-vulkan-devel vulkan-validation-layers-devel

Arch Linux 

sudo pacman -S vulkan-devel

验证安装：

vkcube

确保您看到以下窗口弹出

cube

MacOS 安装

要求：

  • MacOS 10.11或更高版本
  • 支持Metal API的硬件

步骤：

  1. 从 LunarG官网 下载SDK

  2. 解压到选定目录

  3. 运行 Applications 目录下的 vkcube 演示程序

您应该看到以下内容

cube

依赖库安装

我们使用 vcpkg 作为跨平台包管理器，安装方式请参考 官方文档 。

GLFW

Vulkan 本身是一个平台无关的 API，不包含用于创建窗口以显示渲染结果的工具。 我们将使用 GLFW 库来创建窗口，它支持 Windows、Linux 和 MacOS，且和 Vulkan 有很好的集成。

安装命令： 

vcpkg install glfw3

GLM

与 DirectX 12 不同，Vulkan 不包含用于线性代数运算的库。我们使用 GLM 线性代数库，它专为图形 API 设计，常用于 OpenGL 与 Vulkan 。

安装命令： 

vcpkg install glm

项目初始化

目录结构

项目根目录/
│
├── CMakeLists.txt          # 主CMake配置文件
│
└── src/                    # 源代码目录
    │
    └── main.cpp            # 主程序入口

CMake配置

  1. 设置工具链为vcpkg。
  2. 设定项目C++标准。
  3. 查找Vulkan，glm，glfw3三个库。
  4. 添加主程序。
  5. 链接库。

参考代码：

# CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 4.0.0)

# 需要设置环境变量VCPKG_ROOT
file(TO_CMAKE_PATH "$ENV{VCPKG_ROOT}" VCPKG_CMAKE_PATH)
set(CMAKE_TOOLCHAIN_FILE "${VCPKG_CMAKE_PATH}/scripts/buildsystems/vcpkg.cmake")

project(HelloVulkan LANGUAGES CXX)

# 此处使用 23 标准，你可以按需设置
set(CMAKE_CXX_STANDARD 23)

# 需要设置VULKAN_SDK环境变量，比如 D:\Vulkan\1.4.309.0
# 环境变量默认在Vulkan SDK安装时，自动设置
find_package(Vulkan REQUIRED)

# 通过vcpkg导入第三方库
find_package(glfw3 CONFIG REQUIRED)
find_package(glm CONFIG REQUIRED)

# 添加可执行程序目标
add_executable(${PROJECT_NAME} src/main.cpp)

# 链接库
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE Vulkan::Vulkan )
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE glm::glm )
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE glfw )

CMakeLists.txt代码将在较长时间内不再变动。

测试代码

添加测试代码，测试三个库是否正常：

// main.cpp
#include <iostream>
#include <string_view>
#include <print>

#include <vulkan/vulkan.hpp>
#include <vulkan/vulkan_raii.hpp>

#include <GLFW/glfw3.h>

#define GLM_FORCE_RADIANS
#define GLM_FORCE_DEPTH_ZERO_TO_ONE
#include <glm/vec4.hpp>
#include <glm/mat4x4.hpp>

int main() {
    // vulkan test
    const vk::raii::Context context;
    const auto extensions = context.enumerateInstanceExtensionProperties();
    std::cout << "vulkan available extensions:" << std::endl;
    for (const auto& extension : extensions) {
        std::println("{}", std::string_view( extension.extensionName ));
    }

    // glm test
    constexpr glm::mat4 matrix(1.0f);
    constexpr glm::vec4 vec(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);
    constexpr glm::vec4 test = matrix * vec;
    std::println("{} {} {} {}", test.x, test.y, test.z, test.w);

    // glfw test
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "Vulkan window", nullptr, nullptr);
    while(!glfwWindowShouldClose(window)) {
        glfwPollEvents();
    }
    glfwDestroyWindow(window);
    glfwTerminate();
}

你无需理解上述C++代码的含义，这只是测试库是否成功导入。

构建运行

下面尝试构建和运行程序，在项目根目录执行：

cmake -B build
cmake --build build

运行： 

# Windows
build/HelloVulkan.exe

# Linux/MacOS
build/HelloVulkan

预期结果：

  • 控制台输出 Vulkan 可用的扩展列表
  • 控制台输出 GLM 计算结果： 1 2 3 4
  • 弹出空白窗口，可点击右上角关闭窗口

关于CMake预设

注意：CMake预设不是必须的，我们没有复杂的配置需求，你完全可以通过上面两行简单的CMake指令构建项目！

如果你喜欢使用 CMakePresets.json （它可以很好地和 CLion、VSCode、Visual Studio 配合），可以参考 这个 预设模板。

此预设模板使用 Ninja 作为生成器，提供了 MSVC/GNU/Clang 工具链的预设配置。

代码编辑器

建议使用一个足够智能的编辑器。 当你不确定某些函数的参数和它的含义时，可以右键函数并跳转到它的定义并查看实现。Visual Studio / VSCode / CLion都能提供此功能。

CMake代码

C++代码

CMake预设模板

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