揭秘WebGPU：从入门到快速开发的终极指南

前端

2023-06-28 13:01:29

拥抱 WebGPU：现代图形编程的未来

告别 WebGL，迈入新时代

在 Web 开发的世界中，图形技术不断演进，从老牌的 WebGL 到如今备受瞩目的 WebGPU。随着图形需求的不断增长，WebGL 的局限性逐渐凸显，而 WebGPU 的出现则为 Web 图形编程带来了革命性的变革。

WebGPU：GPU 加速与并行计算的完美结合

WebGPU 的核心原理在于将 GPU 加速与并行计算完美融合。GPU 作为专门处理图形计算的强大处理器，拥有卓越的并行计算能力。WebGPU 将图形渲染任务交给 GPU 处理，大幅提升了图形应用程序的性能。

WebGPU 的流程：从数据输入到最终渲染

WebGPU 的流程大致如下：

数据输入： 将图形数据，如顶点数据和纹理数据，输入 GPU。
着色器处理： GPU 利用着色器程序对数据进行变换和着色处理。
光栅化： 将三维图形投影到二维屏幕上。
深度缓冲： 存储每个像素的深度值，用于深度测试。
混合： 将光栅化图像与深度缓冲进行混合，生成最终图像。

WebGPU 的开发：快速上手，轻松图形编程

WebGPU 的开发相对容易，我们可以使用 JavaScript 和 WebAssembly 编写应用程序。JavaScript 负责逻辑控制，而 WebAssembly 负责图形渲染。以下是一些有用的资源：

WebGPU 官方文档：https://www.w3.org/Graphics/WGSL/
WebGPU 教程：https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebGPU/Using_WebGPU
WebGPU 示例代码：https://github.com/gpuweb/samples

WebGPU 的优势：性能、易用性和跨平台

WebGPU 拥有以下优势：

性能强劲： 充分利用 GPU 的并行计算能力，大幅提升图形渲染效率。
易于使用： 相对简单的 API，让开发者更容易编写图形程序。
跨平台： 支持 Windows、macOS、Linux、Android 和 iOS 等多种平台。

案例展示：WebGPU 在行动

让我们通过一个示例来看看 WebGPU 在实际应用中的强大性能：

const canvas = document.getElementById('canvas');
const gpu = new GPU();

// 创建顶点缓冲区
const vertexBuffer = gpu.createBuffer({
  usage: GPUBufferUsage.VERTEX,
  size: 4 * 3 * Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT,
});
vertexBuffer.set(new Float32Array([
  -1, -1, 0,
  1, -1, 0,
  1, 1, 0,
  -1, 1, 0
]));

// 创建索引缓冲区
const indexBuffer = gpu.createBuffer({
  usage: GPUBufferUsage.INDEX,
  size: 4 * Uint32Array.BYTES_PER_ELEMENT,
});
indexBuffer.set(new Uint32Array([
  0, 1, 2,
  2, 3, 0
]));

// 创建着色器模块
const vertexShader = gpu.createShaderModule({
  code: `
    @vertex
    fn main(@builtin(vertex_index) VertexIndex : u32) -> @builtin(position) vec3<f32> {
      return position[VertexIndex];
    }
  `
});
const fragmentShader = gpu.createShaderModule({
  code: `
    @fragment
    fn main() -> @location(0) vec4<f32> {
      return vec4<f32>(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    }
  `
});

// 创建渲染管线
const pipeline = gpu.createRenderPipeline({
  vertex: {
    module: vertexShader,
    buffers: [
      {
        arrayStride: 4 * 3 * Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT,
        attributes: [
          {
            format: 'float32x3',
            offset: 0,
            shaderLocation: 0
          }
        ]
      }
    ]
  },
  fragment: {
    module: fragmentShader,
    targets: [
      {
        format: 'bgra8unorm',
      }
    ]
  },
  primitive: {
    topology: 'triangle-list'
  },
  depthStencil: {
    format: 'depth32float',
    depthWriteEnabled: true
  }
});

// 创建命令编码器
const commandEncoder = gpu.createCommandEncoder();
commandEncoder.setRenderPipeline(pipeline);
commandEncoder.setVertexBuffer(0, vertexBuffer);
commandEncoder.setIndexBuffer(indexBuffer);
commandEncoder.drawIndexed(6);

// 执行命令并提交到 GPU
const commandBuffer = commandEncoder.finish();
gpu.queue.submit([commandBuffer]);