21世纪以来,计算机图形学得到迅猛发展,从固定管线时代演变到可编程管线时代。可编程管线给图形学带来了巨大的变化,它能不断提高图形的渲染画质,但同时也增加了图形程序开发的复杂度。图形程序开发涉及到很多底层技术的应用,但是对于很多开发者来说,只需关注应用层的相关技术,并不需要关注底层技术,因此就需要一个工具集来封装这些底层技术。三维渲染引擎封装跨平台、图像渲染、内存管理、资源管理等相关技术,提供给开发者简单易用的接口来开发图形程序,大大地提高了开发者的工作效率。本文通过对新型图形开发库Vulkan进行研究,分析Vulkan的工作流程和接口设计,同时对一些主流的三维渲染引擎架构和模块进行分析,设计和开发一套适合本引擎的架构。在引擎架构的基础上,集成了目前比较先进的渲染算法。本文设计的三维渲染引擎按照不同的功能划分为多个模块,主要有ECS模块、渲染模块、内存管理模块、场景管理模块和资源管理模块等,并对其一一进行设计和实现。本引擎使用了最新的工业标准Vulkan作为底层图形API,Vulkan作为新型的图形API优化了CPU上操作图形驱动的性能,并且容易支持多线程,对此本引擎使用了多线程模型,充分利用现代CPU多核的优势,多个线程之间相互配合,提高了引擎运行效率。此外本文在内存管理模块使用缓存式内存管理策略,明显减少了内存的动态分配次数,避免了内存碎片的产生,提高内存使用效率。