WebGPU学习（4）---使用 UniformBuffer

news2024/9/24 19:24:24

接下来让我们使用 UniformBuffer。UniformBuffer 是一个只读内存区域，可以在着色器上访问。
这次，我们将传递给着色器的矩阵存储在 UniformBuffer 中。演示示例

1.在顶点着色器中的 UniformBuffer

这次我们在顶点着色器里定义一个名为Uniforms的新结构体，并定义一些成员变量来将我们想要传递的矩阵存储在其中。我们准备了三个矩阵：投影矩阵projectionMatrix 、视图矩阵viewMatrix 和世界矩阵worldMatrix(或者说模型矩阵)。

struct Uniforms {
  projectionMatrix : mat4x4<f32>,
  viewMatrix : mat4x4<f32>,
  worldMatrix : mat4x4<f32>,
}
@binding(0) @group(0) var<uniform> uniforms : Uniforms;

struct VertexOutput {
  @builtin(position) Position : vec4<f32>,
  @location(0) fragColor : vec4<f32>,
}

@vertex
fn main(
  @location(0) position: vec4<f32>,
  @location(1) color: vec4<f32>
) -> VertexOutput {

  var output : VertexOutput;
  output.Position = uniforms.projectionMatrix * uniforms.viewMatrix * uniforms.worldMatrix * position;
  output.fragColor = color;
  
  return output;
}

2.生成UniformBuffer

下面是生成 UniformBuffer 的代码。

  const uniformBufferSize = 4 /* bytes */ * 16 * 3; // 4x4 matrix * 3
  const uniformBuffer = g_device.createBuffer({
    size: uniformBufferSize,
    usage: GPUBufferUsage.UNIFORM | GPUBufferUsage.COPY_DST,
  });

usage除了GPUBufferUsage.UNIFORM的选项，还有一个GPUBufferUsage.COPY_DST选项，这个选项是用来表明将数据复制到 GPU 内存区域。

3.复制矩阵到UniformBuffer

然后将具体的矩阵数据复制到 UniformBuffer 中，这次我们使用 glMatrix 库来处理矩阵。

function getTransformationMatrix(uniformBuffer: GPUBuffer) {
  const projectionMatrix = glMatrix.mat4.create();
  glMatrix.mat4.perspective(projectionMatrix, (2 * Math.PI) / 5, 1, 1, 100.0);
  g_device.queue.writeBuffer(
    uniformBuffer,
    4 * 16 * 0,
    projectionMatrix.buffer,
    projectionMatrix.byteOffset,
    projectionMatrix.byteLength
  );

  const viewMatrix = glMatrix.mat4.create();
  glMatrix.mat4.translate(viewMatrix, viewMatrix, glMatrix.vec3.fromValues(0, 0, -4));
  g_device.queue.writeBuffer(
    uniformBuffer,
    4 * 16 * 1,
    viewMatrix.buffer,
    viewMatrix.byteOffset,
    viewMatrix.byteLength
  );
	
  const worldMatrix = glMatrix.mat4.create();
	const now = Date.now() / 1000;
  glMatrix.mat4.rotate(
    worldMatrix,
    worldMatrix,
    1,
    glMatrix.vec3.fromValues(Math.sin(now), Math.cos(now), 0)
  );
  g_device.queue.writeBuffer(
    uniformBuffer,
    4 * 16 * 2,
    worldMatrix.buffer,
    worldMatrix.byteOffset,
    worldMatrix.byteLength
  );
}

设置每个矩阵后，使用g_device.queue.writeBuffer将数据复制到 GPU 上的 UniformBuffer。注意第二个参数指定了复制目标的偏移量，它指定应放置每个矩阵数据的起始地址。

4.生成GPUBindGroup

接下来，创建一个名为 GPUBindGroup 的对象。WebGPU 在为 GPU 设置 GPU 资源（例如 UniformBuffers、纹理和采样器）时使用此对象。

前面创建的 uniformBuffer 设置为entities[0].resource.buffer。

  const bindGroup = g_device.createBindGroup({
    layout: g_pipeline.getBindGroupLayout(0),
    entries: [
      {
        binding: 0, // @binding(0) in shader
        resource: {
          buffer: uniformBuffer,
        },
      },
    ],
  });

这里binding: 0对应的是顶点着色器中写的属性@binding(0)。layout：g_pipeline.getBindGroupLayout(0)中的0对应顶点着色器中写的属性@group(0)。

5.在renderPassEncoder中设置GPUBindGroup

最后，使用renderPassEncoder上的setBindGroup方法设置 GPUBindGroup。

  const renderPassEncoder = commandEncoder.beginRenderPass(renderPassDescriptor);
  renderPassEncoder.setPipeline(pipeline);
  renderPassEncoder.setBindGroup(0, uniformBindGroup); // <--- 设置bindGroup
  renderPassEncoder.setVertexBuffer(0, verticesBuffer);
  renderPassEncoder.draw(cubeVertexCount);
  renderPassEncoder.end();

  g_device.queue.submit([commandEncoder.finish()]);