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图形API发展史

      现在手机同质越来越严重,又有厂商推出游戏手机:小米旗下的“黑鲨”、努比亚旗下的“红魔”以及雷蛇 Razer Phone;其CPU还是和其它旗舰机一样都是骁龙835或845、主要卖点在于散热、温控等。殊不知很多人在追求硬件的同时,图形的API渲染对于游戏的流畅程度同样重要。
我们拿目前最流行的手游《王者荣耀》举例,仔细观察《王者荣耀》登入界面的左上角,可以发现有“O2,T”、“O2,F”等字样,视设备不同,还会出现“O3,T”、“O3,F”、“V,T”、“M,T”,这些字样其实就标明此时的《王者荣耀》所使用什么图形API来运作,以及是否使用多线程优化,字样的含义具体如下:
O2:使用OpenGL ES 2.0 API
O3:使用OpenGL ES 3.X API
M:使用Metal API(iOS平台特有)
V:使用Vulkan API(安卓平台特有)
T:使用多线程(多线程True)
F:使用单线程(多线程False)
      这些图形API在效率上有优劣之分,使用不同的API会极大程度影响流畅度,这也是为何有人用上骁龙845反而没有骁龙660流畅的原因。

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      下面就大致从年代顺序上讲讲手机图形API的发展。
OpenGL ES 2.0
      OpenGL ES由OpenGL(PC端)演化而来,精简了OpenGL的大量内容,以适配移动设备,几乎所有的手机都会支持OpenGL ES这个图形接口。OpenGL ES 2.0版本于2007年3月发布,安卓2.0(NDK)/安卓2.2(JAVA)、iOS5以后的版本,以及黑莓OS、WebOS等平台都支持OpenGL ES 2.0,普及率非常高。
      不过OpenGL ES 2.0针对不同的硬件,需要游戏提供不同的纹理包进行适配,不同的GPU(比如PowerVR、Mali、Adreno、Tegra等)需要不同的纹理包,非常麻烦。这也是为什么《王者荣耀》显示是“O2”基本上都会卡顿的主要原因之一。
OpenGL ES 3.X
      这是OpenGL ES 2.0的升级版本。安卓4.3、iOS7以后的版本支持OpenGL ES 3.0,安卓5.0之后的版本支持OpenGL ES 3.1,安卓6.0以后的版本支持OpenGL ES 3.2。苹果在iOS8开始主打Metal图形API,不再以OpenGL ES为重点。
      OpenGL ES 3.X使用了统一的ETC2/EAC纹理格式,不再需要为不同的硬件区分纹理包,而且使用了新版的着色语言,增强了纹理功能;而3.1版本中支持通用计算着色器、3.2版本中支持新的ASTC纹理格式等改进,也都大大拓展了OpenGL ES的应用范畴,提升了效率。
      目前OpenGL ES 2.0和3.X还处于长时间并存的情况, OpenGL ES 3.X兼容旧版,在支持OpenGL ES 3.X的设备上,游戏依然可以使用OpenGL ES 2.0的接口。也因为如此,目前仍有不少游戏使用OpenGL ES 2.0,这主要是出于兼容性方面的考虑。
Metal
      从iOS8开始,Metal API逐渐替代了OpenGL ES,现在Metal已经成为了iOS和macOS的专用图形API。Metal的运行效率有多高?举个例子,同样配置在macOS上《魔兽世界》和《星际争霸2》从OpenGL换用到了Metal,性能可以提高了50%。目前,iOS上的一流游戏大作基本都使用了Metal,这一方面能够使用更华丽的特效,另一方面也能够保证游戏的流畅度。因此《王者荣耀》中看到“M,T”的显示,那么就完全无需担心会卡顿和掉帧了。
Vulkan
      2015年,Vulkan在当年游戏开发者大会(GDC)上发表。直到安卓7.0发布时(2017年初),才正式加入Vulkan API以提升安卓的图形性能。Vulkan的优点和Metal类似,远比OpenGL ES高效,能够访问OpenGL ES所不及的GPU特性,Vulkan相较对于OpenGL ES 3.X,对图形性能的提升也是巨大的。
相对于Metal只能作用于iOS和macOS;Vulkan则是支持更多的平台,除了安卓,还支持iOS、Windows、Linux甚至任天堂Switch等平台。Vulkan更适用于了8核心乃至10核心的处理器等多线程SOC,相信越来越多的游戏厂商和手机厂商都会发布支持Vulkan的接口。
      一般说来如果游戏界面显示“V,T”,那意味着得到了安卓上最好的优化。

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