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WebGL 与 WebGPU 比对[2] - 初始化篇

转载 作者:知者 更新时间:2024-03-13 07:43:20 25 4
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1. 获取高频操作对象

1.1 WebGL 获取上下文对象

WebGL 获取的是 WebGLRenderingContext/WebGLRenderingContext2 对象,必须依赖于有合适宽度和高度的 HTMLCanvasElement,通常命名为 gl,gl 变量有非常多方法,允许修改 WebGL 的全局状态

const gl = document.getElementById("id")?.getContext("webgl")

// ...

1.2 WebGPU 获取设备对象

而 WebGPU 则不依赖具体的 Canvas,它操作的是物理图形卡设备,并使用 ES6/7 的异步语法获取,获取的是 GPUAdapterGPUDevice,但是与 WebGLRenderingContext 起着类似“发出大多数命令”的大管家式角色的,更多是 GPUDevice 对象

const entryFn = async () => {
  if (!navigator.gpu) {
    return
  }
  // 测试版 Chrome 有可能返回 null
  const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter()
  if (!adapter) {
    return
  }
	const device = await adapter.requestDevice()
  // ...
}

entryFn()

WebGPU 的入口是 navigator.gpu 对象,这个对象在 WebWorker 中也有,所以对 CPU 端的多线程有良好的支持。使用此对象异步请求适配器后,再使用适配器请求具象化的设备对象即可。

至于“适配器”和“设备”的概念界定,需要读者自行阅读 WebGPU Explainer、WebGPU Specification Core Object 等资料,前者大概是物理设备的一个变量符号,而根据不同的场景、线程需求再次请求“设备”,此设备并非物理设备,只是一个满足代码上下文所需要条件的、更实际的“对象”。
每次请求的适配器对象是不同的,不具备单例特征。

设备对象用于创建 WebGPU 中几乎所有的子类型,包括 GPUBufferGPUTexture 等,以及访问一些自有属性,例如队列属性 device.queue.

2. 初始化参数的异同

2.1 WebGL

在 WebGLRenderingContext 时,允许传递一些参数:

const gl = canvasEle.getContext("webgl", {
  alpha: false, // 是否包含透明度缓存区
  antialias: false, // 是否开抗锯齿
  depth: false, // 是否包含一个16位的深度缓冲区
  stencil: false, // 是否包含一个8位的模板缓冲区
  failIfMajorPerformanceCaveat: false, // 在系统性能低的环境中是否创建上下文
  powerPreference: "high-performance", // GPU电源配置,"high-performance" 是高性能
  preserveDrawingBuffer: false, // 是否保留缓冲区
  premultipliedAlpha: false, // 是否预乘透明度通道
})

2.2 WebGPU 分两步

2.2.1 GPUAdapter

在请求 WebGPU 的适配器时,保留了性能选项(当前规范)powerPreference:

// in async function
const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter({
  powerPreference: "high-performance",
})

关于 requestAdapter 方法的参数,其类型 GPURequestAdapterOptions 定义,见下:

dictionary GPURequestAdapterOptions {
  GPUPowerPreference powerPreference;
  boolean forceFallbackAdapter = false;
};

enum GPUPowerPreference {
  "low-power",
  "high-performance",
};

forceFallbackAdapter 参数用得不多,有需要的读者可自行查询官方文档。

2.2.2 GPUDevice

请求设备对象时,则允许传入 GPUDeviceDescriptor 参数对象,该对象允许有两个可选参数,一个是 requiredFeatures,类型为 string[],另一个是 requiredLimits,类型是键为 string 值为 number 的对象:

dictionary GPUDeviceDescriptor : GPUObjectDescriptorBase {
  sequence<GPUFeatureName> requiredFeatures = [];
  record<DOMString, GPUSize64> requiredLimits = {};
};

requireFeatures 数组的元素是字符串,不是随便填的,要参考 WebGPU Spec 24 功能索引表 中的功能。传递这个功能数组,就意味着要向适配器请求有这么多功能的设备对象;

requireLimits 则向图形处理器请求判断,我传递进来的这个要求,你能不能满足。

如果超过了适配器的 limits,那么请求将失败,适配器的 requestDevice 方法将返回一个 reject 的 Promise;

如果传入的限制条目的要求没有比全局默认值更好(有“更大更好”和“更小更好”,参考 WebGPU 第3章 中有关 limits 的表述),那就返回带默认值的设备对象,并 resolve Promise;

其中,限制条目有哪些,默认值是多少,对某个限制条目“更大值更好”还是“更小值更好”,要参考 WebGPU Spec 3.6 限制 中的表格。

上面这么说会比较抽象,下面举例说明。

例如下面这个例子,请求设备对象时,会问适配器能不能满足我要求的条件:

  • 最多要有 2 个绑定组(默认是4个,越大越好,显然 2 < 4)
  • 最多只能有 4 个 UBO(默认12个,越大越好,显然 4 < 12)
  • 能不能满足 2048 像素尺寸的 2D 纹理(默认 8192 像素,越大越好,显然 2048 < 8192)
const device = await adapter.requestDevice({
  maxBindGroups: 2,
  maxUniformBuffersPerShaderStage: 4,
  maxTextureDimension2D: 2048,
})

显然,请求的这三个条件都满足要求,返回的设备对象的限制列表都按所有限制条目的默认值来。

console.log(device.limits)

{
  maxBindGroup: 4,
  maxUniformBuffersPerShaderStage: 12,
  maxTextureDimension2D: 8192,
  // ...
}

关于这段,requiredLimits 的含义是“我的程序可能要这样的要求,你这个适配器能不能满足”,而不是“我要这么多要求,你给我返回一个这些参数的设备对象”。设备的创建过程,在 WebGPU Specification 的第 3 章,核心对象 - 设备中有详细描述。

3. 总结

WebGL 的请求参数包括了性能参数和功能参数,较为简单。

WebGPU 分成了两个阶段,请求适配器时可以对性能作要求,请求设备对象时可以对使用 GPU 时各个方面的参数作校验能不能满足程序要求。

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