WebGPU 中的纹理: 全面指南

2023-10-28 00:19:22

前言

在 WebGPU 的世界中，纹理扮演着至关重要的角色，它们是表示图像和数据的二维或三维阵列。通过高效地访问和处理纹理，开发者可以创建令人惊叹的图形效果和逼真的场景。本文将全面探讨 WebGPU 中的纹理，从基础概念到实际应用，深入浅出地阐述纹理的方方面面。

纹理基础

纹理本质上是多维数组，每个元素称为纹素（texel）。纹素可以存储诸如颜色、法线或深度值等信息。纹理通过两个坐标进行寻址：纹理坐标 u 和纹理坐标 v，范围均在 0 到 1 之间。

纹理格式

WebGPU 支持多种纹理格式，每种格式都有特定的数据类型和存储布局。常见格式包括：

RGBA8：8 位 RGBA 颜色
RGBA16Float：16 位浮点 RGBA 颜色
Depth24Plus：24 位深度和 8 位模板

纹理采样

纹理采样是获取纹理中特定纹素值的过程。WebGPU 提供了多种采样器，每种采样器具有不同的过滤模式和边界模式，用于处理纹理坐标与纹素坐标之间的差异。

纹理单位

纹理单元是 GPU 用于存储和访问纹理的内存位置。WebGPU 着色器最多可以访问 16 个纹理单元。每个纹理单元与一个特定纹理格式相关联，并且可以动态绑定到纹理。

类型和用途

WebGPU 支持多种不同类型的纹理，每种类型都有其独特的用途：

2D 纹理

2D 纹理是二维纹理阵列，广泛用于表示图像、UI 元素和纹理映射。

立方体纹理

立方体纹理是一种特殊类型的 2D 纹理，它由六个面组成，每个面对应一个场景的特定方向。立方体纹理主要用于创建天空盒和其他环境纹理。

3D 纹理

3D 纹理是三维纹理阵列，常用于存储体积数据，例如高度图或医学图像。

纹理阵列

纹理阵列是一组 2D 纹理，每个纹理共享相同的格式和尺寸。纹理阵列可用于存储动画纹理、精灵表和光照贴图。

多重采样纹理

多重采样纹理是一种特殊类型的纹理，它存储多个样本值，以提高图像质量并减少混叠。

应用和示例

纹理在 WebGPU 开发中有着广泛的应用。以下是一些常见示例：

纹理映射

纹理映射将纹理应用于 3D 模型，以添加颜色、细节和纹理。

环境光遮蔽

环境光遮蔽使用纹理来模拟物体之间的阴影和遮挡。

体积渲染

体积渲染使用 3D 纹理来渲染三维数据，例如云彩和烟雾。

着色器计算

纹理可用于在着色器中存储计算数据，例如纹理查找表和梯度贴图。

代码示例

以下代码示例展示了如何在 WebGPU 中使用纹理：

const texture = device.createTexture({
  size: [256, 256],
  format: 'rgba8unorm',
  usage: GPUTextureUsage.TEXTURE_BINDING | GPUTextureUsage.COPY_DST | GPUTextureUsage.RENDER_ATTACHMENT,
});

const sampler = device.createSampler({
  magFilter: 'linear',
  minFilter: 'linear',
});

const bindGroup = device.createBindGroup({
  layout: bindGroupLayout,
  entries: [
    {
      binding: 0,
      resource: texture.createView(),
    },
    {
      binding: 1,
      resource: sampler,
    },
  ],
});

const renderPassEncoder = commandEncoder.beginRenderPass({
  colorAttachments: [
    {
      view: renderTargetView,
      loadValue: { r: 0.0, g: 0.0, b: 0.0, a: 1.0 },
      storeOp: 'store',
    },
  ],
});

renderPassEncoder.setBindGroup(0, bindGroup);
renderPassEncoder.draw(6, 1, 0, 0);
renderPassEncoder.end();