引言
WebGPU 是下一代 Web 图形 API，它为在网页上实现高性能图形渲染提供了强大的能力。与前辈 WebGL 相比，WebGPU 具有更好的性能优化、更低的开销以及对现代 GPU 特性的支持。对于想要涉足图形编程领域的开发者来说，WebGPU 是一个值得深入探索的方向。
WebGPU 的优势
- 性能提升：WebGPU 采用了多线程渲染模型，能够充分利用多核 CPU 的性能，使得图形渲染更加高效。它可以并行处理多个渲染任务，减少了渲染时间。
- 更低的开销：相比 WebGL，WebGPU 对 GPU 的控制更加直接，减少了中间层的开销。这意味着开发者可以更精细地管理 GPU 资源，提高渲染效率。
- 现代 GPU 特性支持：WebGPU 支持诸如计算着色器、异步计算等现代 GPU 特性，为开发者提供了更多的创作可能性，能够实现更复杂、更逼真的图形效果。
环境准备
在开始 WebGPU 编程之前，需要确保浏览器支持 WebGPU。目前，Chrome、Firefox 等主流浏览器已经提供了一定程度的支持。此外，还需要一个简单的文本编辑器和一个本地服务器来运行网页文件，例如可以使用 Node.js 自带的 http - server 模块。
基本概念
- 设备（Device）：代表系统中的 GPU 设备，通过它可以创建各种 GPU 资源，如队列、管道等。
- 队列（Queue）：用于提交 GPU 工作，例如将渲染命令提交给 GPU 进行处理。
- 管道（Pipeline）：定义了渲染过程中的各种设置，包括顶点着色器、片元着色器、光栅化状态等。
- 缓冲区（Buffer）：用于存储数据，如顶点数据、索引数据等，这些数据会被传递给 GPU 进行处理。
实现步骤
- 初始化 WebGPU：首先，在 JavaScript 中通过
navigator.gpu.requestAdapter()方法请求一个 GPU 适配器，然后通过适配器获取 GPU 设备。async function initWebGPU() { const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter(); const device = await adapter.requestDevice(); return device; } - 创建渲染管道：定义顶点着色器和片元着色器代码，然后使用设备创建渲染管道。顶点着色器负责处理顶点数据，片元着色器负责计算像素颜色。
const vertexShaderCode = ` // 顶点着色器代码 [[stage(vertex)]] fn main([[builtin(vertex_index)]] vertexIndex: u32) -> [[builtin(position)]] vec4<f32> { // 简单示例，返回固定顶点位置 let positions = array<vec2<f32>, 3>( vec2<f32>(0.0, 0.5), vec2<f32>(0.5, -0.5), vec2<f32>(-0.5, -0.5) ); return vec4<f32>(positions[vertexIndex], 0.0, 1.0); } `;
const fragmentShaderCode = // 片元着色器代码 [[stage(fragment)]] fn main() -> [[location(0)]] vec4<f32> { return vec4<f32>(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 红色 } ;
async function createPipeline(device) { const shaderModule = device.createShaderModule({ code: vertexShaderCode + "\n" + fragmentShaderCode });
const pipeline = device.createRenderPipeline({ layout: "auto", vertex: { module: shaderModule, entryPoint: "main" }, fragment: { module: shaderModule, entryPoint: "main", targets: [{ format: "bgra8unorm" }] }, primitive: { topology: "triangle-list" } });
return pipeline; }
3. **创建渲染循环**：在渲染循环中，获取交换链的当前纹理，创建渲染命令编码器，设置渲染管道和视图，提交渲染命令到队列，最后展示渲染结果。
```javascript
async function renderLoop(device, pipeline) {
const surface = navigator.gpu.getCurrentSurface();
const swapChain = device.configureSwapChain({
surface,
format: "bgra8unorm",
usage: GPUTextureUsage.RENDER_ATTACHMENT
});
while (true) {
const textureView = swapChain.getCurrentTexture().createView();
const commandEncoder = device.createCommandEncoder();
const renderPassDescriptor = {
colorAttachments: [
{
view: textureView,
clearValue: { r: 0.0, g: 0.0, b: 0.0, a: 1.0 },
loadOp: "clear",
storeOp: "store"
}
]
};
const passEncoder = commandEncoder.beginRenderPass(renderPassDescriptor);
passEncoder.setPipeline(pipeline);
passEncoder.draw(3, 1, 0, 0);
passEncoder.end();
device.queue.submit([commandEncoder.finish()]);
await new Promise(requestAnimationFrame);
}
}- 整合代码：将上述步骤整合起来，启动 WebGPU 渲染。
async function main() { const device = await initWebGPU(); const pipeline = await createPipeline(device); await renderLoop(device, pipeline); }
main();
## 总结
通过以上步骤，我们初步实现了一个简单的 WebGPU 图形渲染程序，展示了一个红色的三角形。WebGPU 的图形编程之旅才刚刚开始，后续还可以探索更复杂的模型加载、光照计算、纹理映射等内容。随着 WebGPU 的不断发展和完善，它将为 Web 图形应用带来更多精彩的可能性。 本文链接：https://blog.runxinyun.com/post/986.html 转载需授权！
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