WebGPU学习（九）：学习“fractalCube”示例

大家好，本文学习Chrome->webgpu-samplers->fractalCube示例。

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学习fractalCube.ts

最终渲染结果：

该示例展示了如何用上一帧渲染的结果作为下一帧的纹理。

与“texturedCube”示例相比，该示例的纹理并不是来自图片，而是来自上一帧渲染的结果

下面，我们打开fractalCube.ts文件，分析相关代码：

传输顶点的color

它与“texturedCube”示例->“传递顶点的uv数据”类似，这里不再分析

上一帧渲染的结果作为下一帧的纹理

• 配置swapChain

因为swapChain保存了上一帧渲染的结果，所以将其作为下一帧纹理的source。因此它的usage需要增加GPUTextureUsage.COPY_SRC：

  const swapChain = context.configureSwapChain({
    device,
    format: "bgra8unorm",
    usage: GPUTextureUsage.OUTPUT_ATTACHMENT | GPUTextureUsage.COPY_SRC,
  });

• 创建空纹理（cubeTexture）和sampler，设置到uniform bind group中

相关代码如下：

  const fragmentShaderGLSL = `#version 450
  ...
  layout(set = 0, binding = 2) uniform texture2D myTexture;
  ...  

  void main() {
    vec4 texColor = texture(sampler2D(myTexture, mySampler), fragUV * 0.8 + 0.1);

    ...

    outColor = mix(texColor, fragColor, f);
  }`;

  ...

  const cubeTexture = device.createTexture({
    size: { width: canvas.width, height: canvas.height, depth: 1 },
    format: "bgra8unorm",
    usage: GPUTextureUsage.COPY_DST | GPUTextureUsage.SAMPLED,
  });

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

  const uniformBindGroup = device.createBindGroup({
    layout: bindGroupLayout,
    bindings: [
    ...
    {
      binding: 1,
      resource: sampler,
    }, {
      binding: 2,
      //传递cubeTexture到fragment shader中
      resource: cubeTexture.createView(),
    }],
  });

• 绘制和拷贝

在每一帧中：

绘制带纹理的立方体；

将渲染结果（swapChainTexture）拷贝到cubeTexture中。

相关代码如下：

  return function frame() {
    const swapChainTexture = swapChain.getCurrentTexture();

    renderPassDescriptor.colorAttachments[0].attachment = swapChainTexture.createView();

    const commandEncoder = device.createCommandEncoder({});
    const passEncoder = commandEncoder.beginRenderPass(renderPassDescriptor);
    ...
    passEncoder.setBindGroup(0, uniformBindGroup);
    ...
    passEncoder.draw(36, 1, 0, 0);
    passEncoder.endPass();

    commandEncoder.copyTextureToTexture({
      texture: swapChainTexture,
    }, {
      texture: cubeTexture,
    }, {
      width: canvas.width,
      height: canvas.height,
      depth: 1,
    });

    device.defaultQueue.submit([commandEncoder.finish()]); 

    ...

  }

分析shader代码

本示例的vertex shader与“texturedCube”示例的vertex shader相比，增加了color attribute：

  const vertexShaderGLSL = `#version 450
  ...
  layout(location = 1) in vec4 color;
  ...

  layout(location = 0) out vec4 fragColor;
  ...

  void main() {
    ...
    fragColor = color;
    ...
  }`;

fragment shader的代码如下：

  const fragmentShaderGLSL = `#version 450
  layout(set = 0, binding = 1) uniform sampler mySampler;
  layout(set = 0, binding = 2) uniform texture2D myTexture;

  layout(location = 0) in vec4 fragColor;
  layout(location = 1) in vec2 fragUV;
  layout(location = 0) out vec4 outColor;

  void main() {
    vec4 texColor = texture(sampler2D(myTexture, mySampler), fragUV * 0.8 + 0.1);

    // 1.0 if we're sampling the background
    float f = float(length(texColor.rgb - vec3(0.5, 0.5, 0.5)) < 0.01);

    outColor = mix(texColor, fragColor, f);
  }`;

第10行对fragUV进行了处理，我们会在分析渲染时间线中分析它。

第13行和第15行相当于做了if判断：

if(纹理颜色 === 背景色){
    outColor = fragColor
}
else{
    outColor = 纹理颜色
}

这里之所以不用if判断而使用计算的方式，是为了减少条件判断，提高gpu的并行性

分析渲染时间线

下面分析下渲染的时间线：

第一帧

因为纹理为空纹理，它的颜色为背景色，所以fragment shader的outColor始终为fragColor，因此立方体的所有片段的颜色均为fragColor。

第一帧的渲染结果如下：

第一帧绘制结束后，渲染结果会被拷贝到cubeTexture中。

第二帧

分析执行的fragment shader代码：

  const fragmentShaderGLSL = `#version 450
  layout(set = 0, binding = 1) uniform sampler mySampler;
  layout(set = 0, binding = 2) uniform texture2D myTexture;

  layout(location = 0) in vec4 fragColor;
  layout(location = 1) in vec2 fragUV;
  layout(location = 0) out vec4 outColor;

  void main() {
    vec4 texColor = texture(sampler2D(myTexture, mySampler), fragUV * 0.8 + 0.1);

    // 1.0 if we're sampling the background
    float f = float(length(texColor.rgb - vec3(0.5, 0.5, 0.5)) < 0.01);

    outColor = mix(texColor, fragColor, f);
  }`;

• 第10行的“fragUV * 0.8 + 0.1”是为了取纹理坐标u、v方向的[0.1-0.9]部分，从而使纹理中立方体所占比例更大。

得到的纹理区域如下图的红色区域所示：

• 第13行和第15行代码，将纹理中的背景色替换为了fragColor

第二帧的渲染结果如下：

• 第三帧

依次类推，第三帧的渲染结果如下：

参考资料

WebGPU规范

webgpu-samplers Github Repo

WebGPU-7