鸿蒙（API 12 Beta6版）图形加速【Vulkan平台】超帧功能开发

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：

用户进入超帧适用的游戏场景。
游戏应用调用[HMS_FG_CreateContext_VK]接口创建超帧上下文实例。
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。
游戏应用调用[HMS_FG_Activate_VK])接口激活超帧上下文实例。
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。
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。
预测帧绘制UI并送显。
绘制缓存中的上一帧真实渲染帧，并绘制UI。
上一帧真实渲染帧送显。
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。
用户退出超帧适用的游戏场景。
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。

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>
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}
)
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;
}
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;
}
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;
}
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;
}

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
     // ...
 }

}

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。

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总结

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