WebGPU阶段间变量，解密图形管道内幕

2023-11-02 15:37:13

在上一篇文章中，我们介绍了一些关于 WebGPU 的非常基础的知识。在本文中，我们将回顾阶段间变量( inter-stage)的基础知识。 Inter-stage variables come into play when you have multiple passes. In this case, the render pipeline's output is needed as input in another pass. For this purpose, you use a special variable declaration called [[stage_out]] that is placed at the end of a fragment shader.

要全面理解这一概念，我们需要先了解WebGPU的图形流水线（Graphics Pipeline）。图形流水线由一系列称为阶段（Stage）的模块组成，每个阶段都执行特定的任务。在各个阶段之间，我们常常需要传递数据，而WebGPU提供了名为“阶段间变量”的特性来实现数据的交换。

从输入到输出的阶段间变量

阶段间变量通常与用于并行化的辅助绘图通道（Secondary Command Buffer）密切相关。在普通绘图通道中，我们只能在所有阶段的处理结束后再开始下一帧的渲染。而通过辅助绘图通道，我们可以在普通绘图通道并行执行其它耗时较长的任务，从而提高渲染效率。

阶段间变量的妙用

下面是一个非常形象的例子，有助于理解阶段间变量的用法：

你是一个厨师，要烹饪一道美食，你需要一个烤箱和一个炉灶。炉灶用于烹饪肉，而烤箱用于烤蔬菜。你将肉块放在炉灶上，然后将蔬菜放入烤箱。同时，你也可以在烤蔬菜的同时烹饪肉。当肉和蔬菜都烹制完成后，你将它们装盘并端上餐桌。

在这个过程中，炉灶和烤箱就相当于WebGPU中的两个阶段，而肉和蔬菜就是阶段间变量。我们同时将数据放入两个阶段进行处理，当处理完成后再将数据组合起来，形成最终的输出。

深入理解阶段间变量

自定义阶段间变量： 在WebGPU中，您可以自定义阶段间变量。这表示您可以将自定义数据类型作为阶段间变量。
阶段间变量的大小： 阶段间变量的最大大小为 4GB。这是每个着色器可以访问的最大内存量。
阶段间变量的性能： 阶段间变量的使用会带来一些性能损失。这是因为阶段间变量需要在不同的阶段之间进行复制。但是，在某些情况下，性能损失可以忽略不计。
阶段间变量的用途： 阶段间变量可用于各种目的。例如，您可以将阶段间变量用于：
- 将数据从一个阶段传递到另一个阶段
- 在多个阶段之间共享数据
- 在阶段之间进行通信
- 实现自定义渲染效果