NVIDIA Render Interface (NRI): 革新图形渲染的低级抽象接口

NVIDIA Render Interface：重新定义图形渲染抽象层

在现代图形编程的世界里，开发者们经常需要在不同的图形API之间进行选择和切换。每种API都有其独特的优势和复杂性，这使得跨平台开发成为一项挑战。为了解决这个问题，NVIDIA推出了一个创新的解决方案——NVIDIA Render Interface（简称NRI）。NRI是一个低级抽象渲染接口，旨在为开发者提供一个统一的平台，以简化图形编程并提高跨平台开发效率。

NRI的设计理念与目标

NRI的核心设计理念是在保持低开销的同时，为开发者提供对现代图形API底层特性的访问。它的主要目标包括：

1. 统一Direct3D 12和Vulkan等现代图形API
2. 提供对底层图形API特性的访问
3. 保持低开销
4. 明确性和显式控制
5. 尽可能支持Direct3D 11

值得注意的是，NRI并不试图成为一个高级渲染接口，也不会引入图形API中不存在的概念。它专注于提供一个共同的抽象层，让开发者能够更容易地在不同API之间切换，而不需要重写大量代码。

NRI的关键特性

NRI提供了一系列强大的特性，使其成为图形开发者的得力助手：

1. C++和C兼容接口：NRI同时支持C++和C语言接口，为开发者提供了更大的灵活性。
2. 低开销：NRI的设计目标之一就是保持低开销，确保性能不会因为抽象层的引入而受到显著影响。
3. 光线追踪支持：随着实时光线追踪技术的普及，NRI提供了对光线追踪的支持，让开发者能够轻松地实现高质量的全局光照效果。
4. 网格着色器支持：NRI支持最新的网格着色器技术，为开发者提供了更多的几何处理能力。
5. D3D12 Ultimate特性支持：包括增强型屏障等高级功能，让开发者能够充分利用最新的硬件特性。
6. Vulkan printf支持：为开发者提供了更便捷的调试能力，特别是在Vulkan环境下。
7. 验证层：NRI提供了自己的验证层，同时也支持图形API提供的验证层，帮助开发者更容易地发现和修复问题。
8. 跨平台支持：NRI支持Windows、Linux、MacOS和Android等多个平台，真正实现了"一次编写，到处运行"的理想。

NRI的实际应用

NRI已经在一些项目中得到了应用，包括：

• NRI samples：一系列展示NRI功能的示例程序。
• NRD Sample：展示了NRI在实时去噪技术中的应用。

这些项目不仅展示了NRI的强大功能，也为开发者提供了学习和参考的资源。

使用NRI进行开发

要开始使用NRI进行开发，开发者需要遵循以下步骤：

1. 安装CMake 3.15+版本。

2. 根据目标平台安装必要的SDK：

   • Windows：安装最新的WindowsSDK和VulkanSDK
   • Linux（x86-64）：安装最新的VulkanSDK，可选安装libx11-dev和libwayland-dev
   • Linux（aarch64）：可选安装libx11-dev和libwayland-dev

3. 克隆NRI项目并初始化子模块。

4. 使用CMake生成并构建项目。

NRI提供了多个CMake选项，让开发者可以根据需要启用或禁用特定的后端支持和功能。例如，可以通过NRI_STATIC_LIBRARY选项将NRI构建为静态库，或者使用NRI_ENABLE_VK_SUPPORT启用Vulkan后端支持。

NRI实体与图形API的对应关系

NRI定义了一系列实体，这些实体与不同图形API中的概念有着对应关系。例如：

• Device对应D3D11的ID3D11Device，D3D12的ID3D12Device，以及Vulkan的VkDevice
• CommandBuffer对应D3D11的延迟ID3D11DeviceContext，D3D12的ID3D12CommandList，以及Vulkan的VkCommandBuffer
• Texture对应D3D11的ID3D11Texture，D3D12的ID3D12Resource，以及Vulkan的VkImage

这种对应关系使得开发者可以更容易地理解NRI的概念，并将现有的图形API知识迁移到NRI中。

NRI的示例概览

为了帮助开发者更好地理解和使用NRI，NVIDIA提供了一系列示例程序。这些示例涵盖了从基础功能到高级特性的各个方面：

1. DeviceInfo：查询并打印系统中设备组的信息。
2. Clear：最小化的渲染示例，仅使用帧缓冲清除。
3. CTest：展示C接口使用的简单示例。
4. Triangle：简单的纹理三角形渲染。
5. SceneViewer：加载和渲染带材质的网格。
6. BindlessSceneViewer：无绑定的GPU驱动渲染测试。
7. Readback：从GPU获取数据回传到CPU。
8. AsyncCompute：演示图形和计算工作负载的并行执行。
9. MultiThreading：展示多线程命令缓冲区记录的优势。
10. MultiGPU：多GPU示例。
11. RayTracingTriangle：通过光线追踪进行简单的三角形渲染。
12. RayTracingBoxes：更高级的光线追踪示例，在TLAS中包含多个BLAS。
13. Wrapper：展示如何将原生D3D11/D3D12/VK对象包装成NRI实体。
14. Resize：演示窗口大小调整。

这些示例不仅展示了NRI的各种功能，还为开发者提供了实际应用的参考代码，大大降低了学习曲线。

NRI的未来发展

作为一个开源项目，NRI的发展得益于开发者社区的贡献。NVIDIA鼓励开发者参与到NRI的开发中来，无论是通过提交问题、贡献代码，还是改进文档。

NRI的未来发展方向可能包括：

1. 支持更多的图形API和平台
2. 进一步优化性能和减少开销
3. 添加对新兴图形技术的支持
4. 改进开发工具和调试功能
5. 扩展示例库，覆盖更多实际应用场景

结语

NVIDIA Render Interface (NRI) 代表了图形编程抽象的一个重要进步。通过提供一个统一的、低开销的接口，NRI使得跨平台图形开发变得更加简单和高效。无论是对于独立游戏开发者还是大型游戏工作室，NRI都提供了一个强大的工具，帮助他们专注于创造令人惊叹的视觉效果，而不必过多担心底层API的差异。

随着图形技术的不断发展，NRI也将继续演进，为开发者提供最前沿的功能和最佳的开发体验。对于那些希望在现代图形编程中保持竞争力的开发者来说，学习和使用NRI无疑是一个明智的选择。

通过采用NRI，开发者可以期待：

• 更快的开发周期
• 更容易的跨平台移植
• 更好的性能优化机会
• 更便捷的先进图形特性使用

在这个图形技术快速发展的时代，NRI为开发者提供了一个强大而灵活的工具，帮助他们在竞争激烈的游戏和实时图形应用市场中脱颖而出。随着更多开发者加入NRI的生态系统，我们可以期待看到更多令人惊叹的视觉效果和创新的图形应用。

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