Vulkan con Raytraced

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Vulkan con raytraced, esta es la novedad principal que trae la última actualización, este conjunto de extensiones están diseñadas por Khronos Group, la propia compañía se harta de decir que su herramienta es una API de aceleración RayTraced verdaderamente multiplataforma, esta actualización también incluye extensiones para el lenguaje de sombreado en sistemas GLSL y Spir-V, como la creación del primer estándar de código abierto para la industria relacionada con la aceleración de RayTraced.

Este sistema debería facilitar el camino para desarrollar más sistemas de RayTraced en tiempo real, utilizando software para gráficos que se ejecuten bajo GPU, y en teoría para cualquier fabricante sin distinciones, así como en cualquier sistema operativo más o menos plural. Esto no afecta tan sólo a ordenadores, también a cualquier dispositivo, desde consolas hasta dispositivos móviles y plataformas integradas.

Además de incluirse en las tarjetas AMD y Nvidia, también se incluirá al hardware de próxima fabricación incorporando tecnología Xe GPU y GPGPU de Intel.

Esta actualización integra extensiones comprobadas en el núcleo de la API que usa Vulkan, esto beneficia un acceso al desarrollador dando al nacimiento de nuevas funcionalidades para el hardware, mejorando el rendimiento de cualquier aplicación y dándole un mayor número de utilidades.

Cualquier aplicación que utilice aceleración Raytraced debe tener en cuenta estos cambios, el código es abierto y libre de modificar para que cada desarrollador pueda adaptarlo o modificarlo a su gusto para su aplicación.

En este enlace se puede comprobar que versión de Vulkan se utiliza en cada hardware, y por supuesto más información del producto en su sitio oficial.

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Si te gusta probar nuevos motores de render, aquí tienes otro, Ray Tracer Sandbox en Vulkan, un proyecto que permite a los usuarios crear y probar nuevos sombreadores. El proyecto está siendo desarrollado por Wojciech Zielonka y Firtina Ozbalikci.

El equipo está trabajando en un motor que le permite crear o probar nuevos sombreadores en tiempo real utilizando un sistema de RayTrace basado en la física. La idea principal es que los usuarios puedan probar sus propios integradores en un entorno predefinido con activos como mallas, materiales, luces y texturas, la canalización de Vulkan se abstrae en forma de sombreador y la única preocupación para un usuario es proporcionar su propia descripción de escena o usar una ya existente.

Vulkan es una nueva API del grupo Khronos (conocida por OpenGL) que proporciona una abstracción mucho mejor de las tarjetas gráficas modernas. Esta nueva interfaz te permite describir mejor lo que su aplicación pretende hacer, lo que puede conducir a un mejor rendimiento y un comportamiento menos sorprendente del controlador en comparación con las API existentes como OpenGL y Direct3D. Las ideas detrás de Vulkan son similares a las de Direct3D 12 y Metal, pero Vulkan tiene la ventaja de ser totalmente multiplataforma y le permite desarrollar para Windows, Linux y Android al mismo tiempo.

Sin embargo, el precio que paga por estos beneficios es que tiene que trabajar con una API significativamente más detallada. La aplicación debe configurar todos los detalles relacionados con la API de gráficos desde cero, incluida la creación inicial del búfer de fotogramas y la administración de memoria para objetos como búferes e imágenes de textura. El controlador de gráficos hará mucho menos sujeción de la mano, lo que significa que tendrá que hacer más trabajo en su aplicación para garantizar el comportamiento correcto.

Lo que tienes que tener claro es que Vulkan no es para todos. Está dirigido a programadores que están entusiasmados con los gráficos informáticos de alto rendimiento, y están dispuestos a poner un poco de trabajo por su parte. Si estás más interesado en el desarrollo de juegos, en lugar de gráficos por ordenador, entonces es posible que desees adherirte a OpenGL o Direct3D. Otra alternativa es utilizar un motor como Unreal Engine o Unity, que permite utilizar Vulkan mientras te expone una API de nivel mucho más alto.

Con las dudas despejadas, vamos a cubrir algunos requisitos previos para seguir este tutorial:

Una tarjeta gráfica y un controlador compatible con Vulkan (NVIDIA, AMD, Intel).
Experiencia con C++ (familiaridad con RAII, listas de inicializadores).
Un compilador con compatibilidad decente con características de C++17 (Visual Studio 2017+, GCC 7+o Clang 5+).

Si te interesa el tema de los motores de render puros e investigar por tu cuenta, aquí tienes más información sobre el tema.

En la imagen adjunta puedes ver cómo se muestran las sombras en el render prácticamente en tiempo real.

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La API de Vulkan está en constante desarrollo, con un grupo cada vez mayor de extensiones para resolver problemas y agregar nuevas características. Sin embargo, las extensiones generalmente no vienen con una línea de tiempo de implementación o una garantía de qué dispositivos las admitirán.

Como resultado, puede ser difícil para los desarrolladores tener una idea clara de cuándo y dónde se admitirán las extensiones, y en qué funcionalidad se puede confiar para los proyectos actuales y futuros. Esta situación es aún más compleja para los desarrolladores que publican aplicaciones a través de plataformas móviles y de escritorio.

Con Vulkan 1.3 y la nueva hoja de ruta pública, estamos dando un paso significativo para reducir la fragmentación de características.

Vulkan 1.3

Como era de esperar, Vulkan 1.3 agrega una gama de características que son ampliamente implementables en todo el hardware con soporte activo. De hecho, cualquier hardware que tenga una implementación 1.2 y sea compatible debería ser capaz de admitir Vulkan 1.3.

Por ejemplo, VK_KHR_dynamic_rendering agrega una ruta optimizada para comenzar a renderizar: las aplicaciones que no pueden o no quieren usar subpasos no necesitan crear ningún pase de renderizado u objetos framebuffer. Lo que reduce significativamente la complejidad de la aplicación! El blog Streamlining Render Passes entra en más detalles, y llevar esta opción a Vulkan 1.3 ayuda a garantizar que sea compatible con los dispositivos futuros.

También hemos agregado o requerido una serie de características en Vulkan 1.3 que facilitan la administración de la compilación de canalizaciones:

El estado dinámico adicional introducido originalmente por VK_EXT_extended_dynamic_state y VK_EXT_extended_dynamic_state2 ayuda a reducir el número de permutaciones de canalizaciones necesarias. VK_EXT_pipeline_creation_cache_control ofrece a los desarrolladores más control sobre cómo y cuándo se compilan las canalizaciones VK_EXT_pipeline_creation_feedback proporciona información sobre las canalizaciones compiladas, lo que facilita el perfil y la depuración de problemas de canalización.

Algunas opciones pasan a ser por defecto

Ahora se requieren algunas características que antes eran opcionales en versiones anteriores de Vulkan. En particular, el soporte de direcciones de dispositivos de búfer, lo que permite a los desarrolladores comenzar a usar punteros en todo el ecosistema.

Todavía hay trabajo por hacer para dar soporte en HLSL, pero los usuarios de herramientas y GLSL ya pueden aprovechar esto. Arm lanzó una publicación de blog que explica los entresijos de esta característica única si está interesado en obtener más información.

Vulkan 1.3 también requiere el modelo de memoria Vulkan, que mejora las garantías hechas por la especificación sobre primitivas atómicas y de sincronización.

VK_EXT_subgroup_size_control agregado soporte para un control más fino sobre los subgrupos. En particular, permite a los proveedores anunciar varios tamaños de subgrupo, permite a los desarrolladores seleccionar un tamaño de subgrupo particular (donde se admita) y requiere una asignación definida entre subgrupos y grupos de trabajo para tamaños de grupo de trabajo alineados.

Sombreador de cómputo SPIR-V 1.6

En Vulkan 1.3, cualquier sombreador de cómputo SPIR-V 1.6 obtendrá automáticamente la asignación definida y el tamaño de subgrupo variable.

Los marcos de aprendizaje automático de nivel superior están ejecutando modelos cada vez más a través de Vulkan, y como un paso para mejorar esta ruta de aceleración, hemos agregado VK_KHR_shader_integer_dot_product a Vulkan 1.3.

Los algoritmos de aprendizaje automático deberían poder usar esto en lugar de las funciones de producto de puntos implementadas manualmente y beneficiarse de la aceleración de hardware de estas instrucciones cuando estén disponibles.

La API expone si una instrucción determinada se acelera para permitir un mejor ajuste por dispositivo.

Vulkan 1.3 también agrega una serie de mejoras menores que hacen que el soporte del ecosistema sea más consistente y permiten características futuras como VK_KHR_synchronization2, VK_KHR_maintenance4, VK_KHR_copy_commands2, VK_KHR_format_feature_flags2 y VK_EXT_texel_buffer_alignment.

Tienes más información en el sitio web de Vulkan.

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El Grupo Khronos anuncia que LunarG ha publicado la versión 1.3.239.0 del SDK de Vulkan para Windows y Linux con soporte para las cuatro extensiones de Vulkan Video finalizadas en diciembre. Incluidas las actualizaciones de encabezado y la integración de la capa de validación.

Varios proveedores de GPU están implementando su soporte para las extensiones de Vulkan Video, incluidos los controladores beta de NVIDIA para Windows y Linux, y el controlador beta de AMD para Windows. Intel tiene planes de admitir el video Vulkan con una próxima versión del controlador de gráficos Intel para Intel Arc A-Series Graphics e Intel Iris Xe Graphics a finales de este año.

SDK Vulkan para video y juegos

Capas validadas y formatos de video

Las capas de validación de Vulkan, los archivos de encabezado de API y el registro de API ahora incluyen soporte para:

• VK_KHR_video_queue: API comunes para todas las operaciones de codificación de vídeo.
• VK_KHR_video_decode_queue: API comunes para todas las operaciones de decodificación de vídeo.
• VK_KHR_video_decode_h264: Capacidades y parámetros específicos de decodificación H.264.
• VK_KHR_video_decode_h265: Capacidades y parámetros específicos de decodificación H.265.

El nuevo SDK de Vulkan también proporciona encabezados específicos del códec de Vulkan Video, que incluyen:

• vulkan_video_codec_h264std.h: define estructuras y tipos compartidos por las operaciones de decodificación y codificación H.264.
• vulkan_video_codec_h264std_decode.h: define las estructuras utilizadas sólo por las operaciones de decodificación H.264.
• vulkan_video_codec_h265std.h: define estructuras y tipos compartidos por las operaciones de decodificación y codificación H.265.
• vulkan_video_codec_h265std_decode.h: define las estructuras utilizadas sólo por las operaciones de decodificación H.265.
• vulkan_video_codecs_common.h: define una macro de control de versiones utilizada por otros encabezados estándar para el mantenimiento de versiones.

LunarG ha publicado la versión 1.3.239.0 del Kit de desarrollo de software (SDK) de Vulkan para Windows y Linux con soporte completo para las cuatro extensiones de Vulkan Video finalizadas en diciembre de 2022, incluidas las actualizaciones de encabezado y la integración de la capa de validación. Junto con los controladores que se envían desde múltiples proveedores de GPU, los desarrolladores ahora están equipados con las herramientas esenciales para usar la decodificación H.264 y H.265 acelerada por Vulkan Video en marcos y aplicaciones.

Creciente adopción de la industria de video de Vulkan

Los controladores de Vulkan que admiten las extensiones de Vulkan Video ahora se están implementando desde múltiples proveedores de GPU, incluidos los controladores beta de Windows y Linux de NVIDIA y el controlador beta de AMD para Windows. Intel admitirá Vulkan Video con una próxima versión del controlador de gráficos Intel para gráficos Intel Arc A-Series e Intel Iris Xe Graphics a finales de este año.

La comunidad de código abierto también está impulsando el soporte de Vulkan Video en los controladores Vulkan RADV para AMD y los controladores ANV para GPU Intel.

Los marcos de medios de código abierto populares, incluidos GStreamer y FFmpeg, están integrando activamente la aceleración de Vulkan Video para ofrecer experiencias de usuario mejoradas en múltiples plataformas.

Muchas compañías han trabajado duro en Vulkan Video para ofrecer especificaciones, pruebas de conformidad, controladores, herramientas, muestras y ahora un SDK para permitir a los desarrolladores utilizar de manera eficiente esta API innovadora, y estamos encantados con el compromiso temprano y la adopción por parte de la comunidad de código abierto, dijo Ahmed Abdelkhalek, presidente del subgrupo técnico de Vulkan Video.

También somos muy conscientes del fuerte interés de la industria en las extensiones de codificación, incluidos los códecs VP9 y AV1, junto con características adicionales para optimizar una gama creciente de casos de uso. Cumplir con nuestra hoja de ruta será el enfoque del subgrupo en 2023, y apreciamos el apoyo continuo de la comunidad.

Recursos de video adicionales de Vulkan

Los recursos adicionales de Vulkan Video están siendo evolucionados constantemente tanto por Khronos como por los miembros del subgrupo Vulkan Video, incluyendo:

El blog de Khronos de diciembre de 2022 tiene una descripción detallada de las extensiones actuales de Vulkan Video.
Con la versión 2022.7 prevista para febrero de 2023, el depurador de fotogramas NVIDIA Nsight Graphics y el perfilador del sistema NVIDIA Nsight Systems admitirán explícitamente Vulkan Video.

La muestra de vk_video_decode de código abierto de NVIDIA encapsula cómo analizar una transmisión de video desde un archivo de entrada, emplear la decodificación acelerada por hardware y pasar la transmisión decodificada cuadro por cuadro al procesamiento y presentación de gráficos. Este código de este ejemplo también se puede utilizar como una biblioteca personalizable para acelerar el desarrollo.

Además, todos están invitados a asistir al tutorial virtual que se transmitirá en vivo desde el evento Vulkanised 2023 en Munich, que tendrá lugar del 7 al 9 de febrero. El registro de tutoriales en línea es gratuito, pero la disponibilidad es limitada.

El subgrupo Khronos Vulkan Video agradece todos los comentarios de los desarrolladores y está monitoreando cuidadosamente el rastreador de problemas de Vulkan en GitHub.

Soporte de la industria para Vulkan Video

La estandarización de la aceleración de video en Vulkan agrega un bloque de construcción esencial para mejorar la eficiencia de muchos casos de uso, desde la transcodificación de video hasta la transmisión de juegos en una amplia gama de dispositivos. El soporte finalizado para la decodificación H.264 y H.265 es solo el comienzo para Vulkan.

AMD se enorgullece de haber iniciado este esfuerzo con Khronos. Esperamos apoyar a los usuarios finales con una próxima versión de un controlador AMD Software: Adrenalin Edition que ofrece una implementación optimizada de Vulkan Video para sus productos y soluciones en gráficos basados en la arquitectura AMD RDNA, dijo Andrej Zdravkovic, vicepresidente senior de desarrollo de software de AMD.

Las posibilidades abiertas al tener un estándar de decodificación/codificación de video multiplataforma y multiproveedor son muy interesantes para la comunidad de código abierto. La proliferación de API en todas las plataformas ha obstaculizado seriamente el desarrollo en esta área, y la oportunidad de estandarizar una solución con un conjunto consistente de expectativas y pruebas es muy emocionante, dijo Dave Airlie, desarrollador de Linux, colaborador de video de controladores RADV/ANV.

Collabora se enorgullece de apoyar el desarrollo y la implementación de la familia de extensiones de Vulkan Video. Vulkan Video extiende la cobertura de soporte multimedia eficiente y de alta calidad a una amplia variedad de plataformas con una interfaz estándar y neutral para el proveedor. Esperamos ver su desarrollo en todo el ecosistema de código abierto, ayudado por los años de experiencia de Collabora con un soporte multimedia de código abierto eficiente y eficiente, dijo Daniel Almeida, ingeniero de software multimedia de Collabora.

Más opiniones de la industria sobre Vulkan

Igalia se enorgullece de haber contribuido a las extensiones de Vulkan Video y las respectivas pruebas CTS, ya que cubren la gran necesidad de tener un estándar multiplataforma en torno a la codificación de video acelerada por hardware. Como contribuyentes a largo plazo a los gráficos de código abierto y las pilas de video, estamos trabajando arduamente para proporcionar soporte de Vulkan Video en GStreamer, un popular marco multimedia de código abierto, que beneficiará a las aplicaciones que requieren funcionalidad de codificación de video acelerada por hardware, dijo Samuel Iglesias, director de desarrollo de controladores de GPU en Igalia.

NVIDIA ha sido una fuerza impulsora detrás de la integración del procesamiento de video acelerado en la potencia y flexibilidad de la API de Vulkan, ampliando la elección de API de video para desarrolladores como parte de nuestro compromiso con estándares abiertos y multiplataforma. Trabajando con líderes de la industria, continuaremos expandiendo las capacidades de Vulkan Video con soporte para codificación y códecs populares adicionales para elevar las cargas de trabajo, dijo Bob Pette, vicepresidente de visualización profesional de NVIDIA.

RasterGrid se enorgullece de haber desempeñado un papel clave en la finalización de las extensiones Vulkan Video Core & Decode y en la adición de soporte para ellas a las capas de validación de Vulkan. Esperamos que Vulkan Video redefina el punto de referencia para el rendimiento de codificación de video acelerado por hardware y que los desarrolladores aprovechen la estrecha integración de cargas de trabajo de gráficos; computación y codificación de video de maneras nuevas e innovadoras, dijo Daniel Rakos, CEO de RasterGrid.

Acerca de Vulkan y Vulkan Video

Vulkan es una API abierta y libre de regalías para un acceso multiplataforma de alta eficiencia a las GPU modernas, con una adopción generalizada en motores líderes, juegos de vanguardia y aplicaciones exigentes. Vulkan es compatible con una amplia gama de dispositivos, desde PC con Windows y Linux, consolas y la nube, hasta teléfonos móviles y plataformas integradas.

Este formato proporciona a los desarrolladores una API de procesamiento de video multiplataforma potente y flexible al integrar a la perfección la compresión y descompresión de flujo acelerada por hardware con toda la potencia de la API de Vulkan, con un control flexible y detallado sobre la programación, la sincronización y la asignación de memoria. Lo que permite a los desarrolladores combinar la representación de GPU, la aceleración de cómputo y el procesamiento de video dentro de un solo tiempo de ejecución eficiente.

Vulkan Video permite un uso eficiente, de baja latencia y baja sobrecarga de los recursos de procesamiento, incluida la distribución de tareas de procesamiento de flujo a través de múltiples núcleos de CPU y hardware de códec de video. Todo con portabilidad de aplicaciones en múltiples plataformas y dispositivos que van desde pequeños dispositivos integrados hasta servidores de alto rendimiento compatibles con Windows y Linux.

La hoja de ruta de extensión de Khronos Vulkan Video permitirá códecs y funcionalidades adicionales durante 2023.

Acerca de Khronos

El Grupo Khronos es un consorcio abierto, sin fines de lucro, impulsado por miembros de más de 200 compañías líderes en la industria que crean estándares de interoperabilidad avanzados y libres de regalías para gráficos 3D, metaverso, realidad aumentada y virtual, programación paralela, aceleración de visión y aprendizaje automático. Las actividades de Khronos incluyen 3D Commerce, ANARI, glTF, Kamaros, NNEF, OpenCL, OpenGL, OpenGL ES, OpenVG, OpenVX, OpenXR, SPIR-V, SYCL, Vulkan y WebGL.

Los miembros de Khronos impulsan el desarrollo y la evolución de las especificaciones de Khronos y pueden acelerar la entrega de plataformas y aplicaciones de vanguardia a través del acceso temprano a borradores de especificaciones y pruebas de conformidad.

Puedes ver el anuncio oficial aquí.