Sony和Nintendo系游戏主机的软件开发基于什么图形库？
Sony 和 Nintendo 的游戏主机，在其软件开发过程中，确实会利用各种图形库来渲染游戏画面。但需要强调的是，它们并非 完全依赖于某一个单一的、公开的“图形库”。其背后的真相更为复杂，涉及多层级的抽象和 proprietary（专有的）技术。
总的来说，它们的软件开发基于以下几个层面的图形技术：
1. 硬件抽象层 (Hardware Abstraction Layer HAL) 和低级 API：
这是最接近硬件的部分。每一代游戏主机都有其定制的 GPU（图形处理器）。为了让开发者能够有效地控制这些 GPU，索尼和任天堂会开发或授权使用特定的低级 API。
低级 API 的作用： 这些 API 允许开发者直接与 GPU 的寄存器、显存、纹理单元等进行交互，进行最底层的图形管线控制，例如：
顶点数据提交： 定义模型的顶点坐标、法线、UV 坐标等。
着色器（Shaders）的编写和加载： 这是现代图形渲染的核心。开发者需要使用特定的着色语言（如 HLSL for Xbox, GLSL for PlayStation 和 PC）来编写顶点着色器、像素着色器、几何着色器等，用于计算光照、颜色、纹理映射等。
渲染状态设置： 控制混合模式、深度测试、模板测试、抗锯齿等。
纹理和缓冲区管理： 创建、上传和绑定纹理、渲染目标（Render Targets）、深度缓冲区等。
命令列表生成： 将一系列渲染命令组织起来，以高效的方式提交给 GPU 执行。
Console Specific APIs (专有API)：
PlayStation (Sony): 索尼的 PlayStation 系列（PS4, PS5）通常使用基于 GNM (Graphics Native Material) 的 API。GNM 是索尼为其 GPU 设计的低级、高效的图形 API。在 GNM 之上，索尼也提供了更高级的、更易于使用的库和框架。在早期，PS3 使用的是 LibGCM (Graphics Command Manager)，这是一个更低级别的接口。
Nintendo Switch: 任天堂的 Switch 同样有其专有的图形 API，通常是与 GPU 供应商（NVIDIA）的驱动紧密结合的。开发者会使用任天堂提供的 SDK（Software Development Kit）中的图形接口。
DirectX 和 Vulkan 的影响 (间接): 虽然主机有自己的专有低级 API，但它们的设计和概念很大程度上受到了 PC 领域图形 API 的影响，尤其是 DirectX。但主机不会直接运行 DirectX。Vulkan 的出现，以其跨平台和低级控制的特性，也为现代主机的 API 设计提供了一些借鉴和灵感。
2. 中级图形库和框架：
为了简化开发过程并提高效率，索尼和任天堂通常会在低级 API 之上构建更高级的图形库和开发框架。这些库封装了许多常见的渲染技术和功能，让开发者可以更专注于游戏逻辑和艺术设计，而不是底层的 GPU 交互。
这些库可能包含：
场景管理： 组织游戏世界中的对象（模型、灯光、摄像机等）。
材质系统： 抽象化纹理、着色器和渲染属性的管理。
后处理效果： 实现如景深、动态模糊、光晕等效果的便捷接口。
粒子系统： 创建和管理粒子效果。
实例化渲染： 高效渲染大量相同或相似的对象（如树木、草丛）。
内存管理和同步： 帮助开发者管理 GPU 内存和 CPUGPU 同步。
PlayStation (Sony):
PS4/PS5: 除了 GNM，索尼还提供了一系列被称为 "lib" (libraries) 的开发库。其中可能包含一些图形相关的工具和中层接口。早期也可能提及一些基于其自家中间件的库。对于更高级的开发者而言，他们可能会直接使用 GNM 进行精细控制。
Sony Middleware: 索尼还可能推广或支持第三方中间件，这些中间件会建立在索尼的底层 API 之上，并提供更高级的图形功能。
Nintendo Switch:
NVN (Nintendo NVN): 这是任天堂 Switch 使用的图形 API 名称，它是建立在 NVIDIA Tegra GPU 的驱动和 Vulkan 概念之上，但进行了任天堂的定制化。NVN 旨在提供低开销、高效率的图形渲染。
NX (内部代号): 在 Switch 发布前，可能存在内部代号为 NX 的开发工具和库，但最终对外公布的是 NVN。
3. 游戏引擎和第三方中间件：
绝大多数现代游戏都不是从头开始编写所有图形代码的。游戏开发者通常会使用成熟的游戏引擎或第三方图形中间件，这些引擎和中间件已经封装了复杂的图形渲染流水线，并且会根据不同的目标平台（如 PS5, Switch）进行适配。
主流游戏引擎对主机平台的支持：
Unreal Engine: 作为最流行的游戏引擎之一，Unreal Engine 对 PlayStation 和 Nintendo Switch 平台提供了强大的支持。它会处理平台特定的图形 API 调用，为开发者提供一个统一的、高级的渲染接口。
Unity: Unity 也是一个非常受欢迎的游戏引擎，同样支持包括 PS 和 Switch 在内的多个平台。
CryEngine, Godot Engine 等： 其他游戏引擎也会根据其商业策略和技术能力对主机平台提供支持。
第三方图形中间件: 除了完整的游戏引擎，还有一些专注于图形渲染的中间件。这些中间件可能被嵌入到自定义引擎中，或者与游戏引擎结合使用，提供特定的高级图形功能。例如：
图形渲染器： 专门优化渲染性能的库。
物理引擎： 虽然不直接是图形库，但物理模拟的结果（如布料、粒子运动）需要通过图形管线来可视化。
总结来说，Sony 和 Nintendo 的游戏主机的软件开发基于以下多层图形技术：
最底层： 定制的专有低级图形 API (如索尼的 GNM, 任天堂的 NVN)，直接与主机 GPU 交互，提供对硬件的精细控制。这些 API 的设计受 PC 图形 API 概念影响，但并非直接使用 DirectX 或 Vulkan。
中间层： Sony 和 Nintendo 提供的开发库和框架，在低级 API 之上提供更高级的功能和抽象，简化开发。
最高层： 成熟的游戏引擎 (Unreal Engine, Unity) 和第三方中间件，这些工具封装了复杂的图形管线，并通过适配器将通用图形指令转换为平台特定的 API 调用，是绝大多数游戏开发者的主要开发环境。
开发者在选择开发方式时，会根据项目的需求和团队的熟悉程度来决定是直接使用低级 API 进行极致优化，还是利用游戏引擎或中间件来提高开发效率。但无论哪种方式，最终都需要通过 Sony 或 Nintendo 提供的开发工具链和 SDK 来编译和部署到相应的游戏主机上。
总的来说，它们的软件开发基于以下几个层面的图形技术：
1. 硬件抽象层 (Hardware Abstraction Layer HAL) 和低级 API：
这是最接近硬件的部分。每一代游戏主机都有其定制的 GPU（图形处理器）。为了让开发者能够有效地控制这些 GPU，索尼和任天堂会开发或授权使用特定的低级 API。
低级 API 的作用： 这些 API 允许开发者直接与 GPU 的寄存器、显存、纹理单元等进行交互，进行最底层的图形管线控制，例如：
顶点数据提交： 定义模型的顶点坐标、法线、UV 坐标等。
着色器（Shaders）的编写和加载： 这是现代图形渲染的核心。开发者需要使用特定的着色语言（如 HLSL for Xbox, GLSL for PlayStation 和 PC）来编写顶点着色器、像素着色器、几何着色器等，用于计算光照、颜色、纹理映射等。
渲染状态设置： 控制混合模式、深度测试、模板测试、抗锯齿等。
纹理和缓冲区管理： 创建、上传和绑定纹理、渲染目标（Render Targets）、深度缓冲区等。
命令列表生成： 将一系列渲染命令组织起来，以高效的方式提交给 GPU 执行。
Console Specific APIs (专有API)：
PlayStation (Sony): 索尼的 PlayStation 系列（PS4, PS5）通常使用基于 GNM (Graphics Native Material) 的 API。GNM 是索尼为其 GPU 设计的低级、高效的图形 API。在 GNM 之上，索尼也提供了更高级的、更易于使用的库和框架。在早期，PS3 使用的是 LibGCM (Graphics Command Manager)，这是一个更低级别的接口。
Nintendo Switch: 任天堂的 Switch 同样有其专有的图形 API，通常是与 GPU 供应商（NVIDIA）的驱动紧密结合的。开发者会使用任天堂提供的 SDK（Software Development Kit）中的图形接口。
DirectX 和 Vulkan 的影响 (间接): 虽然主机有自己的专有低级 API，但它们的设计和概念很大程度上受到了 PC 领域图形 API 的影响，尤其是 DirectX。但主机不会直接运行 DirectX。Vulkan 的出现，以其跨平台和低级控制的特性，也为现代主机的 API 设计提供了一些借鉴和灵感。
2. 中级图形库和框架：
为了简化开发过程并提高效率，索尼和任天堂通常会在低级 API 之上构建更高级的图形库和开发框架。这些库封装了许多常见的渲染技术和功能，让开发者可以更专注于游戏逻辑和艺术设计，而不是底层的 GPU 交互。
这些库可能包含：
场景管理： 组织游戏世界中的对象（模型、灯光、摄像机等）。
材质系统： 抽象化纹理、着色器和渲染属性的管理。
后处理效果： 实现如景深、动态模糊、光晕等效果的便捷接口。
粒子系统： 创建和管理粒子效果。
实例化渲染： 高效渲染大量相同或相似的对象（如树木、草丛）。
内存管理和同步： 帮助开发者管理 GPU 内存和 CPUGPU 同步。
PlayStation (Sony):
PS4/PS5: 除了 GNM，索尼还提供了一系列被称为 "lib" (libraries) 的开发库。其中可能包含一些图形相关的工具和中层接口。早期也可能提及一些基于其自家中间件的库。对于更高级的开发者而言，他们可能会直接使用 GNM 进行精细控制。
Sony Middleware: 索尼还可能推广或支持第三方中间件，这些中间件会建立在索尼的底层 API 之上，并提供更高级的图形功能。
Nintendo Switch:
NVN (Nintendo NVN): 这是任天堂 Switch 使用的图形 API 名称，它是建立在 NVIDIA Tegra GPU 的驱动和 Vulkan 概念之上，但进行了任天堂的定制化。NVN 旨在提供低开销、高效率的图形渲染。
NX (内部代号): 在 Switch 发布前，可能存在内部代号为 NX 的开发工具和库，但最终对外公布的是 NVN。
3. 游戏引擎和第三方中间件：
绝大多数现代游戏都不是从头开始编写所有图形代码的。游戏开发者通常会使用成熟的游戏引擎或第三方图形中间件，这些引擎和中间件已经封装了复杂的图形渲染流水线，并且会根据不同的目标平台（如 PS5, Switch）进行适配。
主流游戏引擎对主机平台的支持：
Unreal Engine: 作为最流行的游戏引擎之一，Unreal Engine 对 PlayStation 和 Nintendo Switch 平台提供了强大的支持。它会处理平台特定的图形 API 调用，为开发者提供一个统一的、高级的渲染接口。
Unity: Unity 也是一个非常受欢迎的游戏引擎，同样支持包括 PS 和 Switch 在内的多个平台。
CryEngine, Godot Engine 等： 其他游戏引擎也会根据其商业策略和技术能力对主机平台提供支持。
第三方图形中间件: 除了完整的游戏引擎，还有一些专注于图形渲染的中间件。这些中间件可能被嵌入到自定义引擎中，或者与游戏引擎结合使用，提供特定的高级图形功能。例如：
图形渲染器： 专门优化渲染性能的库。
物理引擎： 虽然不直接是图形库，但物理模拟的结果（如布料、粒子运动）需要通过图形管线来可视化。
总结来说，Sony 和 Nintendo 的游戏主机的软件开发基于以下多层图形技术：
最底层： 定制的专有低级图形 API (如索尼的 GNM, 任天堂的 NVN)，直接与主机 GPU 交互，提供对硬件的精细控制。这些 API 的设计受 PC 图形 API 概念影响，但并非直接使用 DirectX 或 Vulkan。
中间层： Sony 和 Nintendo 提供的开发库和框架，在低级 API 之上提供更高级的功能和抽象，简化开发。
最高层： 成熟的游戏引擎 (Unreal Engine, Unity) 和第三方中间件，这些工具封装了复杂的图形管线，并通过适配器将通用图形指令转换为平台特定的 API 调用，是绝大多数游戏开发者的主要开发环境。
开发者在选择开发方式时，会根据项目的需求和团队的熟悉程度来决定是直接使用低级 API 进行极致优化，还是利用游戏引擎或中间件来提高开发效率。但无论哪种方式，最终都需要通过 Sony 或 Nintendo 提供的开发工具链和 SDK 来编译和部署到相应的游戏主机上。
网友意见
PS4 的图形 API 分两种，自有标准的 GNM 和 GNMX，前者更为接近底层，类似 Vulkan 和 DX 12，能够更为充分的调动硬件机能，同时也意味着开发难度更大；后者层级较高，开发效率上较 GNM 有一定优势，当然表现在实际执行效率上可能逊于 GNM。这也可以解释为何 Sony 本社开发的游戏在利用硬件平台机能上有一定优势：因为愿意花费大量的时间、人工和开支。
前面提到类似 Vulkan／DX 12 指的是 API 接近硬件底层，实际上 GNM／GNMX 结合了 DX 11.4+／OpenGL 4.4 以及 SCE 自行开发的部分指令集扩展。
Shading Language 则是 PSSL，以及配合 CPU 部分使用的 C++11 CPU Compiler 。PSSL 支持较新的 Vertex 与 Pixel Shaders、Geometry Shaders、HS DS Tessellatio、Modern Compute Shaders。遵循 PC 平台 ANSI C style syntax，支持向量、标准库、C++ Style Structs with Members、Static and Dynamic Control Flow。此外还有 SCE 自己提供的各种系统库和开发套件负责解码、输入输出、网络等方面。SDK 以 LLVM 和 Clang 为基础。
2013 年的开发文档预览里给出了 Vertex Shaders 的示例：
struct VS_INPUT { float3 Position float3 Normal float4 Tangent float2 TextureUV : POSITION; : NORMAL; : TEXCOORD0; : TEXCOORD1; }; VS_OUTPUT main( VS_INPUT input ) { VS_OUTPUT Output; Output.Position = mul( float4(input.Position.xyz,1), m_modelViewProjection ); ... float3 vN = normalize(mul(float4(input.Normal,0), m_modelView).xyz); ... return Output; } 以及 Pixel Shaders：
SamplerState samp0 : register(s0); Texture2D colorMap : register( t0 ); Texture2D bumpGlossMap : register( t1 ); float4 main( VS_OUTPUT In ) : S_TARGET_OUTPUT { ... float4 diff_col = colorMap.Sample(samp0, In.TextureUV.xy); float3 spec_col = 0.4*normalGloss.w+0.1; ... return float4(vLight.xyz, diff_col.a); } 此外开发文档预览还指出 PS4 的开发支持 Visual Studio。
PS3 同样有两种 API：较低层级的 LibGCM 与特征接近 OpenGL 的 PSGL。PSGL 以 OpenGL ES 1.1 和部分 SCE 自有标准的指令集为基础构建。两种 API 均以 NVIDIA Cg 为 Shading Language。可能是较低的内存和显存容量所致，PS3 时代的开发人员更为青睐 LibGCM 以提高游戏运行效率。
PSGL 最早可追朔到 PS2 时代，不过没多少人用。
由于 PS 系列主机详细开发文档仅对注册开发者开放，以及 NDA 限制，详细内容无法得知。上述内容肯定与实际情况有相当的出入。所以如果觉得回答似乎言之有物的话就点击“感谢”而不是旁边向上的箭头以免误人子弟......吧？
参考资料：
ICE Team, AMD & Other Devs Discuss API's - Sony's LibGCM First Modern Low Level API?
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