专有名词

本文涉及到的专有名词：SoC 、GPU 、Android 、Windows 、Linux

什么是图形 API？

图形 API 是什么？

图形 API（Graphics API）是程序和显卡（GPU）之间的「翻译官」。它定义了一套标准化的命令，让程序能用统一的方式让 GPU 画图。

打个比方：你（程序）想让工厂（GPU）生产一批零件（画图），但你不会开机器。于是你写了一份操作手册（图形 API），手册里规定了「按这个按钮机器就这么动」。你只要按手册操作，工厂就能生产。不同工厂（不同 GPU）都遵守同一份手册，所以你不用管具体工厂细节。

更具体的比喻：

• 没有图形 API：每个程序都要直接和每种显卡打交道，写一遍 NVIDIA 的代码、再写一遍 AMD 的代码、再写一遍 Intel 的代码……累死。
• 有图形 API：程序只对 API 说话（「画一个三角形」），API 翻译给 GPU 听，不管 GPU 是哪家产的。一次编写，所有 GPU 都能跑。

名词解释

API：Application Programming Interface，应用程序编程接口。简单说就是「程序之间对话的标准」。图形 API 就是「程序和 GPU 对话的标准」。

主流图形 API 有哪些？

世界上主流的图形 API 有四个，分别属于不同平台：

图形 API	由谁开发	用在哪	特点
OpenGL	SGI → Khronos	跨平台（电脑、手机、嵌入式）	老牌，跨平台，但已停止更新
Vulkan	Khronos	跨平台（电脑、手机）	现代，性能强，但难写
DirectX (Direct3D)	微软	Windows、Xbox	Windows 专用，性能强
Metal	苹果	iOS、macOS	苹果专用，性能强
OpenGL ES	Khronos	手机、嵌入式	OpenGL 的移动版

下面分别讲。

一、OpenGL

OpenGL（Open Graphics Library）是 1992 年 SGI 公司发布的图形 API，现在由 Khronos Group 维护。它是最老牌、最通用的图形 API。

特点：

• 跨平台：Windows、Mac、Linux、手机（通过 OpenGL ES）都能用。
• 状态机模型：OpenGL 是「状态机」，你设置好状态（颜色、纹理），然后画图，状态一直保持。打个比方：状态机就像洗衣机——你选好「标准洗、水温 40 度」，然后按开始，机器就按这个设定一直运行，直到你手动改设置。
• 简单易用：API 设计直观，初学者好上手。
• 已停止更新：Khronos 不再添加新功能，主推 Vulkan。但 OpenGL 4.6 仍然够用。

Minecraft Java 版用的就是 OpenGL（通过 LWJGL 库）。这也是为什么 Minecraft Java 版跨平台——OpenGL 在 Windows、Mac、Linux 都有实现。

名词解释

Khronos Group：一个开放标准联盟，由多家公司（Apple、Intel、NVIDIA、AMD、Google 等）组成，维护 OpenGL、Vulkan、OpenCL 等开放标准。

二、Vulkan

Vulkan 是 Khronos 2016 年发布的现代图形 API，是 OpenGL 的继任者。

特点：

• 跨平台：Windows、Linux、Android 都能用（Mac 通过 MoltenVK 转 Metal）。MoltenVK 就是一个「翻译官」，把 Vulkan 的指令翻译成 Mac 能听懂的 Metal 指令，让 Mac 也能跑 Vulkan 程序。
• 性能强：比 OpenGL 快 20%–50%，因为降低 CPU 开销。CPU 开销 = CPU 干活的时间和精力。开销越低，CPU 越轻松，游戏越流畅。
• 多线程友好：能利用多核 CPU 并行提交渲染命令。多线程 = 多个任务同时跑，就像食堂多个窗口同时打饭，比只有一个窗口快。渲染命令 = 让 GPU 画什么的指令，比如「画个三角形、涂成红色」。
• 显式控制：程序员要管内存、管同步、管管线，更复杂但更高效。显式控制就像手动挡汽车：离合、换挡、油门都得自己操作，比自动挡麻烦，但老司机能开得更快更省油。这里的「内存」是显存（GPU 的临时仓库），「同步」是协调 GPU 和 CPU 别抢活，「管线」是 GPU 画图的流水线工序。
• 难写：API 底层、显式，初学者难上手。

Vulkan 适合追求性能的 AAA 游戏、引擎（DOOM、Quake、Id Tech 引擎都用 Vulkan）。

名词解释

• AAA 游戏 = 俗称「3A 大作」，就是投入大、画面好、规模大的顶级游戏（比如 GTA、赛博朋克）
• 引擎 = 游戏的「发动机」，一套现成的工具，开发者不用从零造轮子。

从 Minecraft 26.2 版本开始，Mojang 往里面塞了图形 API 选项，可以自由切换成 Vulkan 选项，以提高帧率。

提示

目前只有以下移动端 SoC 内置的 GPU 部分可以运行 Vulkan 下的 Minecraft：

• Qualcomm 高通骁龙 Adreno
• 三星使用的 AMD RDNA 的 Xclipse
• Apple Silicon 苹果
• Imagination Technologies 的 PowerVR

其它移动端 SoC 内置的 GPU 部分缺少了一个 Vulkan 特性：fillModeNonSolid。简单说，这个功能就是能画「线框模式」和「点模式」（把实体模型变成只看骨架的线框）。即使 Vulkan API 版本满足要求，因为缺少这个特性，Minecraft 无法运行，会产生 "Device[GPU] does not have required feature[fillModeNonSolid]" 的报错，导致游戏崩溃。

三、DirectX（Direct3D）

DirectX 是微软 1995 年推出的多媒体 API 集合，其中负责 3D 图形的部分叫 Direct3D（D3D）。多媒体 API = 不止管画图，还管声音、手柄、网络的一套工具箱。

特点：

• Windows 专用：只能在 Windows、Xbox 上用。
• 性能强：和 Vulkan 同级，比 OpenGL 快。
• 生态成熟：Windows 游戏基本都用 DirectX。
• 版本：DirectX 9、10、11、12。DirectX 12 是最新，2015 年发布，类似 Vulkan 的底层 API。

主流 PC 游戏（赛博朋克 2077、原神 PC 版、GTA V）都用 DirectX。但 DirectX 不能在手机、Mac、Linux 上跑（除非用翻译层，比如 Wine 的 DXVK 把 DirectX 翻译成 Vulkan）。

名词解释

• 翻译层 = 两个不同语言的人之间，负责实时翻译的中间人。
• Wine = 让 Linux/Mac 能跑 Windows 程序的兼容工具。
• DXVK = Wine 里的一个「翻译官」，把 DirectX 的画图指令翻译成 Vulkan。

四、Metal

Metal 是苹果 2014 年推出的图形 API，只用在苹果设备（iPhone、iPad、Mac）。

特点：

• 苹果专用：iOS、macOS 都用。
• 性能强：和 Vulkan、DirectX 12 同级。
• 简单：比 Vulkan 好写，比 OpenGL 快。
• 取代 OpenGL：苹果已经停止更新 OpenGL，主推 Metal。

iPhone 上的游戏、Minecraft 基岩版 iOS 版都用 Metal。Mac 上的程序也用 Metal（OpenGL 在 Mac 上已废弃）。

五、OpenGL ES

OpenGL ES（Embedded Systems）是 OpenGL 的移动版，专为手机、嵌入式设备设计。嵌入式设备 = 功能简单、资源少的专用设备，比如智能手表、路由器、车载屏幕。

特点：

• 简化版：去掉 OpenGL 一些复杂功能，适合资源受限的设备。
• 跨平台：Android、iOS（被 Metal 取代前）、嵌入式设备都能用。
• 版本：OpenGL ES 1.0（固定管线）、2.0（可编程管线）、3.0、3.2。
  • 固定管线 = GPU 画图的步骤是固定的，程序员只能调参数，不能改流程。就像傻瓜相机，按快门就行。
  • 可编程管线 = 程序员可以自己写代码控制每一步怎么画，就像单反相机，专业但灵活。
• 手机主流：Android 手机基本都支持 OpenGL ES 3.2。

Android 手机上的 App、游戏大部分用 OpenGL ES 或 Vulkan。

各 API 对比

API	平台	性能	难度	状态
OpenGL	跨平台	中	易	维护中（不更新）
OpenGL ES	移动	中	易	维护中
Vulkan	跨平台	高	难	活跃
DirectX 12	Windows	高	难	活跃
Metal	苹果	高	中	活跃

图形 API 和 Minecraft 的关系

• Minecraft Java 版：用 OpenGL（通过 LWJGL）和 Vulkan。
• Minecraft 基岩版：用 DirectX（Windows）、Metal（iOS/Mac）、OpenGL ES / Vulkan（Android）。
• Zalith Launcher / Fold Craft Launcher（手机跑 Java 版）：把 OpenGL 调用翻译成 OpenGL ES / Vulkan（用 GL4ES / ANGLE）或直接调用 Vulkan。

小结

• 图形 API = 程序和 GPU 之间的翻译官，定义标准化的画图命令。
• 主流 API：
  • OpenGL：老牌跨平台，但在现代显卡上性能发挥有限。
  • Vulkan：现代跨平台，性能强但难写。
  • DirectX：Windows 专用，PC 游戏主流。
  • Metal：苹果专用。
  • OpenGL ES：移动版 OpenGL。
• API 让程序「一次编写，所有 GPU 都能跑」。