探索WebGPU: 下一代Web圖形API

WebGPU 是 WebAssembly 標準的一部分，是一種新的Web圖形API，目的是為Web開發者提供一種現代化、高性能的圖形處理API，能夠更好地利用現代GPU的性能。本文將深入探討WebGPU，包括什麼是WebGPU、WebGPU的特性、WebGPU如何工作、WebGPU的使用及其代碼示例。

一、什麼是WebGPU

WebGPU是一種WebGraphical Processing Unit(圖形處理單元) API，是下一代瀏覽器圖形API，可以更好地支持WebVR和WebAR等新技術應用。WebGPU是一種低級別、現代化的、跨平台的、並行化的API，能夠更好地利用跨平台的並行架構和現代化硬體，提供更高的性能。

二、WebGPU的特性

WebGPU的特性主要包括：

1. 低級別API

你可以手動控制GPU，直接操作圖形硬體。

2. 並行化

WebGPU使用現代GPU的並行化能力，提高了性能。

3. 跨平台

WebGPU支持多平台，包括Mac OS、Windows、Android、iOS等。

4. 類似於Vulkan和Metal的API

WebGPU基於WebAssembly，與其他高性能圖形API很相似，例如Vulkan和Metal。

三、WebGPU如何工作

WebGPU基於WebAssembly運行，也就是說，主要是C或C++語言編寫的，實現了更高的性能。WebGPU基於安全的Web環境，不允許訪問系統層級的API，所以需要一個與平台間的介面，可以通過WebSocket、WebRTC和XHR等提供。

WebGPU API提供了兩個主要的對象：數據對象和操作對象，例如buffer、texture、sampler、shader等等。您可以使用這些對象創建和配置您的GPU工作流。操作對象可以配置管道狀態、繪製命令、計算命令、取樣等等。

WebGPU管道實現了三個階段：輸入、中間、輸出。每個階段都使用不同的shader。

四、WebGPU的使用

使用WebGPU需要遵循以下基本步驟：

1. 初始化WebGPU

要使用WebGPU，首先需要初始化WebGPU。以下示例演示了如何初始化WebGPU，並創建顯卡適配器、設備和命令編碼器。

async function initWebGPU() {

    // 獲取canvas
    const canvas = document.querySelector('#canvas');

    // 獲取適配器
    const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter();

    // 獲取設備
    const device = await adapter.requestDevice();

    // 獲取命令編碼器
    const commandEncoder = device.createCommandEncoder();
}

2. 創建資源

WebGPU需要資源，包括渲染目標(例如canvas)、著色器、輸入數據等等。以下示例演示了如何創建渲染目標和著色器。

function createResources() {

    //獲取canvas的webgl上下文
    const gl = canvas.getContext('webgl', webglContextOption);

    //創建渲染目標
    const swapChainDescriptor = {
        usage: GPUTextureUsage.RENDER_ATTACHMENT,
        format: 'bgra8unorm',
        width: gl.canvas.width,
        height: gl.canvas.height
    };
    const swapChain = device.createSwapChain(gl, swapChainDescriptor);

   //創建一個著色器，參數為頂點和片元著色器代碼
   const shaderModule = device.createShaderModule({code: {"VERTEX":vertexShader, "FRAGMENT":fregmentShader}});
}

3. 繪製命令和計算命令

繪製命令和計算命令是WebGPU處理圖形的核心。以下示例演示了如何創建和使用繪製命令。

function draw() {

    // 開始繪製
    const renderPassDescriptor = {
        colorAttachments: [{
            view: swapChain.getCurrentTextureView(),
            loadValue: [0, 0, 0, 1]
        }]
    };
    const renderPass = commandEncoder.beginRenderPass(renderPassDescriptor);
  
    // 設置渲染狀態管道
    const pipeline = device.createRenderPipeline({...});

    //設置頂點和索引buffer
    const vertexBuffer = device.createBuffer({...});
    const indexBuffer = device.createBuffer({...});

    // 綁定buffer
    renderPass.setVertexBuffer(0, vertexBuffer);
    renderPass.setIndexBuffer(indexBuffer);

    // 繪製圖形
    renderPass.drawIndexed(...);

    // 結束繪製
    commandEncoder.endRenderPass();
    device.queue.submit([commandEncoder.finish()]);
}

五、結論

WebGPU是下一代Web圖形API，具有諸多性能優良的特性，能夠更好地利用現代GPU的性能。WebGPU的使用方式與現有的高性能圖形API類似，但更貼近Web環境。相信WebGPU將會開啟全新的Web圖形應用程序的時代。