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介绍

为了便于读者的理解,译者选择性的添加了一些内容,并对原文中有歧义或错误的地方进行重新表述。所有的添加与修改均不会做单独标记。

翻译时采用了第一人称视角,故,除了带 🆕 标记的章节,教程中的主要指的是原作者 @sotrh

另外,专有名词在一个段落中第一次出现时做了加粗处理,同一段落里反复出现时就不再加粗。

什么是 WebGPU

WebGPU 是由 W3C GPU for the Web 社区组所发布的规范,目标是允许网页代码以高性能且安全可靠的方式访问 GPU 功能。它通过借鉴 Vulkan API,并将其转换为宿主硬件上使用的各式 API(如 DirectX、Metal、Vulkan)来实现这一目标。

wgpu 与 WebGPU 的关系

wgpu 是基于 WebGPU API 规范的、跨平台的、安全的、纯 Rust 图形 API。它是 Firefox、Servo 和 Deno 中 WebGPU 整合的核心。

wgpu 不仅可以在 Web 环境运行,还可以在 macOS / iOS、Android、Window 和 Linux 等系统上原生运行。

为什么选择 Rust

wgpu 实际上提供了 C 语言绑定 (wgpu-native),你可以写 C/C++ 或其他能与 C 互通的语言来使用它。尽管如此,wgpu 本身是用 Rust 实现的,它便利的 Rust 绑定能减少你使用中的阻碍。更重要的是,Rust 是一门高性能,内存和线程安全且极具生产力的现代底层语言。

在学习本教程之前你需要先熟悉 Rust,因为这里不会详细介绍 Rust 的语法知识。如果对 Rust 还不太熟悉,可以回顾一下 Rust 教程Rust 语言圣经。另外还需要熟悉 Rust 包管理工具 Cargo

为什么要学习 wgpu,直接用 JS/TS 搞 WebGPU 开发不香吗?

从 wgpu 及 dawn 这两个主要的 WebGPU 标准的实现库的开发动向可以看出,大量的扩展特性目前只有在 Native 端(Windows、macOS、Linux、iOS、Android)原生运行才能支持。wgpu 更是将 Native 端运行做为首要目标,WebGPU 是做为最低支持的特性集而存在。

使用 wgpu 在桌面及移动端做跨平台原生应用开发的体验极好,甚至我偏向于认为:WebGPU 更容易在 Native 端得到普及。因为不用受限于 1.0 标准啥时候发布,用户的浏览器是否支持等问题,现在就可以发布采用了 wgpu 的商业应用。

学习 wgpu 还有另一个重要的优势,那就是可以利用各种强大的桌面端 GPU 调试工具。在开发大型 2D/3D 应用时,通过使用命令记录/回放、帧捕捉、Buffer 视图等功能,可以快速定位 GPU 层代码/数据的性能瓶颈和程序缺陷。相较于仅依靠浏览器提供的有限调试能力,这些工具能够事半功倍,帮助开发者更快地解决问题。

wgpu/WebGPU 的学习资料是不是很少?

其实不用纠结于 WebGPU 方面的直接学习资料的多少。

WebGPU 就是一套图形接口,绝大部分概念都是各图形接口里通用的,任何一本经典图形学书籍都是我们的学习资料。 要利用好这些经典资料,前提仅仅就是要先学习一套图形接口。因为图形学的书不是使用统一的特定图形接口所写,先学会一个图形接口及常见的概念,然后再去深入学习某个方面的资料就会事半功倍。

现在学习 wgpu 是不是为时尚早?

WebGPU 1.0 API 已经稳定,Google 已经在 2023/4/6 宣布从 Chrome 113 版本开始正式支持 WebGPU

WebGPU Spec 1.0 补充一下 @Kangz 的话: Web 规范有点滑稽,因为“草案”或“推荐”之类的名称在很大程度上是一个管理细节,实际上对规范是否稳定可用没有任何影响。事实上,W3C 程序建议至少有两个浏览器在规范通过“草案”之前已经发布了兼容的实现,但显然这些浏览器会认为规范相当稳定,然后才愿意发布实现。然而,这确实令开发人员感到困惑,我们对此深表歉意。

如何运行示例代码

本教程的示例代码大部分放在 code/ 目录下,且示例程序的名称与程序目录同名。 比如,第一章 依赖与窗口 所有在的目录是 code/beginner/tutorial1-window, 此示例程序的名称也叫 tutorial1-window:

sh
# 在桌面环境本地运行
cargo run --bin tutorial3-pipeline

# 在浏览器中运行
# 需要先安装 Rust WebAssembly target
rustup target add wasm32-unknown-unknown
# 使用 WebGPU(需要使用 Chrome/Edge 113+ 或 Chrome/Edge Canary,Canary 需手动开启 WebGPU 试验功能)
# compute-pipeline, vertex-animation 及 hilbert-curve 示例只能在桌面端与浏览器端 WebGPU 环境运行
cargo run-wasm --bin vertex-animation
# 使用 WebGL 2.0
cargo run-wasm --bin tutorial2-surface --features webgl

调试与集成 部分的代码是 2 个独立的项目: wgpu-in-appbevy-in-app

simuverse 是基于 wgpu + egui 的扩展示例,提供了粒子矢量场,流体场及 GPU 程序化纹理的实现。

如何开启浏览器 WebGPU 功能支持

Chrome

Chrome 113+、Microsoft Edge 113+ 均已经默认开启了 WebGPU 支持。

FireFox

安装 Nightly 版本,在地址栏中输入 about:config , 将 dom.webgpu.enabled 设置为 true: FireFox Nightly

Safari

安装 Safari Technology Preview 185+,从顶部菜单栏选择 开发 -> 功能标志 , 搜索并勾选 WebGPU: Edge Canary

关于译者

我是一名移动端架构师,有多年使用 OpenGL / WebGL, Metal 的实践经验。2018 年开始接触 WebGPU,目前正积极地参与到 wgpu 开源项目的开发与完善之中,并且已于两年前在 AppStore 上架了基于 wgpu 实现的毛笔书法模拟 App 字习 Pro

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