Unity 2019.3为移动VR设备提供Vulkan支持

虽然移动VR从一开始就将OpenGL ES作为图形API，但Vulkan具备更大的灵活性和更低的渲染负载，所以现在大多数开发者已经将目光转向Vulkan API。这也意味着Vulkan或将替代OpenGL ES成为VR渲染新的跨平台标准。

本文将为大家介绍Vulkan相较于GL有哪些优势；Unity 2019.3为移动VR设备提供了哪些Vulkan扩展支持；Unity 2019.3中开发者如何为Oculus Quest启用Vulkan以及在URP中使用Vulkan的事项等相关内容。

最新上线的Unity 2019.3版本中带来了超过260项功能的改进，其中就有为移动VR设备提供Vulkan支持这一项。

在此之前，我们先来谈谈Vulkan！正如并行性和多线程编程为多核CPU的性能提升铺平了道路一样，Vulkan作为全新的图形API ,OpenGL 的替代者，也着手打造一个多线程、跨平台的GPU编程和高性能渲染的未来。

Vulkan相比较于GL的优势在哪里？

与OpenGL ES相比，Vulkan的主要优势在于速度。Vulkan旨在通过允许应用程序在多个线程中并行构建命令列表来利用多个CPU内核。这使应用程序可以利用设备上的所有CPU内核，从而提高性能。Vulkan增加速度的同时，降低驱动、CPU负担，不仅功耗有了明显的降低而且画质也有提升。

即使在单个线程中运行渲染器，也可以看到很大的性能提升。在一项内部基准测试中，发现与OpenGL ES 3.1渲染器相比，Android的帧率提高了35％ ，即使它们都在单个渲染线程中运行。

Unity 2019.3为移动VR设备提供了哪些Vulkan扩展支持？

1、支持多重采样抗锯齿（Multi-sampling Anti-aliasing；MSAA）

与PC显卡不同，移动芯片集的MSAA是由Tiler执行MASS操作，然后当Tile完成时进行解析（将所有子样本平均到最终像素），再将其结果存储到主存储器。由于从Tile内存到一般内存的带宽是非MSAA，这允许我们以接近与非MSAA相同的速度运行MSAA帧缓冲器。这对VR非常重要，因为每个眼睛的像素非常低，会产生明显的边缘锯齿。

对于OpenGL ES，这是通过使用MSAA帧缓冲区将其渲染到非MSAA纹理来完成。这种方式尽管有效，但由于其隐式性质，同时也带来了一系列的问题。我在实际项目中就遇到过这样的问题，由于不清楚硬件具体是否支持MSAA以及最大能支持到多少，而引起的一些渲染问题。

但是在Vulkan中，一切都将显现出来。

每个子通道包含pColorAttachments、pDepthStencilAttachment、pResolveAttachments的vkSubpassDescription结构定义。一个优秀的Vulkan应用程序应该通过附着4x MSAA缓冲区来设置MSAA，这将减轻CPU 的负担，使应用软件能够更快速的被处理。并且将其用于颜色/深度附件中的颜色和深度，以及pResolveAttachment中的非MSAA颜色缓冲区。

应用程序同时应该将pColorAttachments及pDepthStencilAttachment storeOperations设置为VK_ATTACHMENT_STORE_OP_DONT_CARE。这将告诉驱动：“以后不会要求这种颜色或深度，请不要将它们存储在Tile内存中并丢弃它们”。

2、支持多视图（Multiview）

Multiview这个扩展允许GPU驱动程序在纹理数组的N个不同的切片（slice）执行N次绘制调用。它在VR中通过单次绘制调用来在2-deep纹理阵列绘制左眼和右眼。Vulkan通过VK_KHR_Multiview扩展提供支持。它需要颜色，深度和解析图像为2D Array而非2D，并且需要将VkRenderPassMultiviewCreateInfo结构添加到要通过Multiview执行的渲染通道。它支持多个子通道。renderdoc管道状态图片（与上面相同）展示了具有2个视图的多视图捕获（一个用于左眼，一个用于右眼）。VkRenderPassMultiviewCreateInfo有一个pViewMasks参数，其要求对多视图的视图数进行按位掩码。对于viewMask[0]值为0b11，双视图系统要求bit0和bit1为真。运行本身支持纹理数组作为时间扭曲合成的输入纹理。开发者应该使用VRAPI_TEXTURE_TYPE_2D_ARRAY枚举创建纹理，而非渲染到多视图缓冲区，然后再手动将它们复制到非多视图图像并发送到VR API 。

3、支持固定注视点渲染（Fixed Foveated Rendering；FFR）

FFR是一种应用于帧缓冲区的渲染设置可以显著的提高VR图像质量，因为它会修改GPU计算帧的方式，同时不会以任何方式影响纹理。从开发者的角度来看，由于两个FFR API之间存在较大的架构差异，所以GL和Vulkan之间的FFR非常不同。首先，因为它是基于VRAPI修改颜色纹理元数据，所以每个预通道（不会渲染到颜色纹理中）都不是根据注视点进行。现在没有太大问题，因为我们的大多数应用程序都是单通道，如果开发者希望启用诸如HDR管道时，情况可能会发生改变。其次，QCOM有一个硬编码的注视点功能模型，它不允许我们根据视场和透镜来选择我们真正想要的分辨率曲线。通过引入VK_EXT_fragment_density_map扩展，而Vulkan完全修复了这个问题。

另外由于Vulkan更贴近硬件与降低CPU的负担也有助于缓解VR设备上的电力和发热问题。

在Unity 2019.3中开发者如何为Quest启用Vulkan支持的？

Unity 2019.3正在转向新的XR Management模型。当结合使用Oculus XR Plugin和XR Plugin Management系统时，2019.3以后将仅提供Vulkan支持。要启用Vulkan，你需要对设置进行一定的改动，并且现有项目应该能够轻松转换为新的XR Management系统。

首先，请导航至Package Manager，并确保未安装“Oculus Android”软件包。接下来，在Project Settings下转到“XR Plugin Management”。确保选择Android选项卡。安装“Oculus XR Plugin”，并在“Plugin Providers”区域选择“Oculus Loader”。最后，要配置特定于Oculus的设置，请导航至“Oculus”选项卡（下图左下角）。

然后要启用Vulkan支持，请打开“Player Settings…”，转到“Other Settings”窗格，然后清除“自动图形API”复选框。你会看到有序的图形API列表供您选择。如果Vulkan不在该列表中，请单击列表底部的“ +”号将其添加。

最后将Vulkan拖动到列表中的第一项，以便在受支持的任何时候都可以使用它，完成了！你所有现有的着色器都将转换为Vulkan SPIR-V（除非已通过#pragma only_renderers或类似功能特别禁用）。

将Vulkan与Universal Render Pipeline一起使用

与URP相比，当前使用Unity内置渲染管线的Quest开发人员数量众多。所以URP功能会稍微落后于内置RP功能，所以，目前URP与Vulkan的使用还不完全稳定。但是，Unity会将URP视为未来发展的重中之重，并且会在接下来的几个月中逐渐完善，帮助开发者们可以更稳定地用Vulkan来使用URP。

在此前的2月系列直播中，我们曾开设了一场以《如何通过Unity使用Vulkan API & 移动端Vulkan GPU 大PK》为主题的直播，感兴趣的小伙伴可关注B站：Unity官方观看、回顾。

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