WebGL 与 WebGPU比对[7]

Posted 2022-03-14 四季留歌

1. 综述

其实，写到第六篇比对基本上常规的 API 就差不多比对完了（除了 GPGPU、查询方面的 API 未涉及），但是有一个细节仍然值得我开一篇比对文章进行思考、记录，那就是渲染到何处。

WebGL 的上下文对象是与 canvas 元素强关联的，没有 canvas 创建不了上下文，也就是说，WebGL 在设计之初就是拿来绘图的（的确如此），没考虑 GPU 的其它功能，后来才逐渐加入其它功能。所以说，WebGL 若不显式指定 Framebuffer，那默认就是画到 canvas 自己身上。

WebGPU 则更强调“GPU”本身，它是需要自己制定绘制目标的，也就是在通道编码器中设置的颜色附件关联的纹理对象。

本篇着重介绍 WebGPU 这一处新设计。有关 FBO 和 RBO 技术与 WebGPU 的差异我另有文章，请自行查阅。

2. WebGL 中的绘图区

把帧缓冲映射到绘图窗口，就算完成了。WebGL 需要使用 gl.viewport() 来指定绘图区的大小：

gl.viewport(0, 0, canvas.width, canvas.height)

通常就是 canvas 的像素长宽（而不是 CSS 长宽）。

一般页面变化时要修改：

const resize = (canvas) => 
  // 获取 css 实际渲染尺寸
  const displayWidth  = canvas.clientWidth;
  const displayHeight = canvas.clientHeight;
 
  // 检查尺寸是否相同
  if (canvas.width != displayWidth || canvas.height != displayHeight) 
    // 设置为相同的尺寸
    canvas.width  = displayWidth;
    canvas.height = displayHeight;
  


const frame = () => 
  // ...
  resize(gl.canvas)
  gl.viewport(0, 0, gl.canvas.width, gl.canvas.height)

你可以获取当前机器上的最大视口：

gl.getParameter(gl.MAX_VIEWPORT_DIMS)

也可以获取当前的视口大小：

gl.getParameter(gl.VIEWPORT)

扩展知识：ThreeJS 对尺寸变化的处理方式是修改 renderer 的 size，以及修改 camera 的宽高比并更新投影矩阵。

3. WebGPU 中配置 canvas 的连接

在一个常规的 WebGPU 渲染程序中，如果要显式绘制到 canvas 上，那就要让 canvas 作为一张纹理，附着到渲染通道的颜色附件上。

// 这一步在请求设备对象之后就可以进行了
const context = canvasRef.current.getContext(\'webgpu\');
const presentationFormat = context.getPreferredFormat(adapter)

const devicePixelRatio = window.devicePixelRatio || 1
const presentationSize = [
  canvasRef.current.clientWidth * devicePixelRatio,
  canvasRef.current.clientHeight * devicePixelRatio,
]

// 使用设备对象配置 canvas，让它变成合适的纹理
context.configure(
  device,
  format: presentationFormat,
  size: presentationSize,
)

然后在渲染通道编码器就可以用 canvas 这个纹理了：

const frame = () => 
  // ...
  
  // 渲染的每一帧，获取新的纹理和视图绑定至渲染通道
  const textureView = context.getCurrentTexture().createView()
  const renderPassDescriptor = 
    colorAttachments: [
      
        view: textureView,
        loadValue:  r: 0.0, g: 0.0, b: 0.0, a: 1.0 ,
        storeOp: \'store\',
      ,
    ],
  
  
  // ... draw
  
  requestAnimationFrame(frame)

也许你会问，为什么要这么复杂？这跟 WebGPU 的使命有关，前面说了，WebGPU 更专注于 GPU 本身，而不是一个简单的绘图 API，在 WebGPU 中，渲染绘图不再是第一优先级，调用 WebGPU 的最大意义就是可以通过统一的 API 访问 GPU 的计算核心。

每当调用 configure() 方法去配置 canvas 纹理时，先前的纹理对象就会被销毁，并重新生成一个，适合窗口缩放时进行。

当然，你也可以使用 context.unconfigure() 方法仅取消配置，不再生成纹理。

同一个配置前提下，getCurrentTexture() 返回的纹理总是同一个。

如果你补显式指定配置参数的 size，那么内部会默认使用 canvas 的绘图长宽。如果你设置的长宽与 canvas 的绘图长宽不一致，那么它会帮你缩放到 canvas 的长宽。

关于改变 canvas 大小后的行为

改变 canvas 的大小，可以是改变其 CSS 渲染大小，也可以改变它的绘制长宽。

规范给了一个简单的例子，使用 ResizeObserver API 来监听 canvas 的大小，并重新配置 canvas 纹理：

const canvas = document.createElement(\'canvas\')
const context =  canvas.getContext(\'webgpu\')

const resizeObserver = new ResizeObserver(entries => 
  for (const entry of entries) 
    // 跳过非 canvas 目标
    if (entry.target != canvas)  
      continue
    
    // 为 webgpu 重新配置 canvas 纹理
    context.configure(
      device: gpuDevice,
      format: context.getPreferredFormat(gpuAdapter),
      size: 
        // 获取到新的长宽
        width: entry.devicePixelContentBoxSize[0].inlineSize,
        height: entry.devicePixelContentBoxSize[0].blockSize,
      
    )
  
)

// 仅观察 canvas
resizeObserver.observe(canvas)