Grafiikkaputken voiman vapauttaminen: syväsukellus WebGL:n geometriavarjostimiin

Reaaliaikaisen 3D-grafiikan maailmassa kehittäjät etsivät jatkuvasti lisää hallintaa renderöintiprosessiin. Vuosien ajan standardi grafiikkaputki oli suhteellisen kiinteä polku: verteksit sisään, pikselit ulos. Ohjelmoitavien varjostimien käyttöönotto mullisti tämän, mutta pitkään geometrian perusrakenne pysyi muuttumattomana verteksi- ja fragmenttivaiheiden välillä. OpenGL ES 3.0:aan perustuva WebGL 2.0 muutti tämän tuomalla mukanaan tehokkaan, valinnaisen vaiheen: geometriavarjostimen.

Geometriavarjostimet (GS) antavat kehittäjille ennennäkemättömän kyvyn käsitellä geometriaa suoraan grafiikkasuorittimella (GPU). Ne voivat luoda uusia primitiivejä, tuhota olemassa olevia tai muuttaa niiden tyyppiä kokonaan. Kuvittele muuttavasi yhden pisteen kokonaiseksi nelikulmioksi, pursottavasi eviä kolmiosta tai renderöiväsi kuutiokartan kaikki kuusi tahkoa yhdellä ainoalla piirtokutsulla. Tämä on se teho, jonka geometriavarjostin tuo selainpohjaisiin 3D-sovelluksiisi.

Tämä kattava opas vie sinut syväsukellukselle WebGL:n geometriavarjostimiin. Tutkimme, mihin ne sijoittuvat grafiikkaputkessa, niiden ydinajatuksia, käytännön toteutusta, tehokkaita käyttötapauksia ja kriittisiä suorituskykyyn liittyviä näkökohtia globaalille kehittäjäyleisölle.

Moderni grafiikkaputki: Mihin geometriavarjostimet sijoittuvat

Ymmärtääksemme geometriavarjostimien ainutlaatuisen roolin, tarkastellaan ensin modernia ohjelmoitavaa grafiikkaputkea sellaisena kuin se on WebGL 2.0:ssa:

1. Verteksivarjostin: Tämä on ensimmäinen ohjelmoitava vaihe. Se suoritetaan kerran jokaiselle syötteen verteksille. Sen päätehtävä on käsitellä verteksin attribuutteja (kuten sijainti, normaalit ja tekstuurikoordinaatit) ja muuntaa verteksin sijainti malliavaruudesta leikkausavaruuteen tuottamalla `gl_Position`-muuttujan. Se ei voi luoda tai tuhota verteksejä; sen syöte-tuotos-suhde on aina 1:1.
2. (Tesselaatiovarjostimet - Ei saatavilla WebGL 2.0:ssa)
3. Geometriavarjostin (valinnainen): Tämä on keskipisteemme. GS suoritetaan verteksivarjostimen jälkeen. Toisin kuin edeltäjänsä, se operoi kokonaisella primitiivillä (piste, viiva tai kolmio) kerrallaan, sekä sen viereisillä vertekseillä pyydettäessä. Sen supervoima on kyky muuttaa geometrian määrää ja tyyppiä. Se voi tuottaa nolla, yhden tai useita primitiivejä kutakin syöteprimitiiviä kohden.
4. Transform Feedback (valinnainen): Erityinen tila, joka mahdollistaa verteksi- tai geometriavarjostimen tuotoksen kaappaamisen takaisin puskuriin myöhempää käyttöä varten, ohittaen lopun putkesta. Sitä käytetään usein GPU-pohjaisissa partikkelisimulaatioissa.
5. Rasterointi: Kiinteätoiminen (ei-ohjelmoitava) vaihe. Se ottaa geometriavarjostimen (tai verteksivarjostimen, jos GS puuttuu) tuottamat primitiivit ja selvittää, mitkä näytön pikselit ne peittävät. Tämän jälkeen se generoi fragmentteja (potentiaalisia pikseleitä) näille peitetyille alueille.
6. Fragmenttivarjostin: Tämä on viimeinen ohjelmoitava vaihe. Se suoritetaan kerran jokaiselle rasteroijan generoimalle fragmentille. Sen päätehtävä on määrittää pikselin lopullinen väri, minkä se tekee tuottamalla arvon muuttujaan, kuten `gl_FragColor` tai käyttäjän määrittelemään `out`-muuttujaan. Tässä lasketaan valaistus, teksturointi ja muut pikselikohtaiset tehosteet.
7. Näytekohtaiset operaatiot: Viimeinen kiinteätoiminen vaihe, jossa syvyystestaus, sapluunatestaus ja sekoitus tapahtuvat ennen lopullisen pikselin värin kirjoittamista framebufferiin.

Geometriavarjostimen strateginen sijainti verteksien käsittelyn ja rasteroinnin välissä tekee siitä niin tehokkaan. Sillä on pääsy primitiivin kaikkiin vertekseihin, mikä mahdollistaa sellaisten laskutoimitusten suorittamisen, jotka ovat mahdottomia verteksivarjostimessa, joka näkee vain yhden verteksin kerrallaan.

Geometriavarjostimien ydinkäsitteet

Hallitaksesi geometriavarjostimet, sinun on ymmärrettävä niiden ainutlaatuinen syntaksi ja suoritusmalli. Ne eroavat perustavanlaatuisesti verteksi- ja fragmenttivarjostimista.

GLSL-versio

Geometriavarjostimet ovat WebGL 2.0 -ominaisuus, mikä tarkoittaa, että GLSL-koodisi on alettava OpenGL ES 3.0:n versiodirektiivillä:

#version 300 es

Syöte- ja tuotosprimitiivit

GS:n tärkein osa on sen syöte- ja tuotosprimitiivityyppien määrittely `layout`-määrittimillä. Tämä kertoo GPU:lle, miten tuloverteksit tulkitaan ja minkälaisia primitiivejä aiot rakentaa.

• Syötteen asettelut:
  • points: Vastaanottaa yksittäisiä pisteitä.
  • lines: Vastaanottaa 2 verteksin viivasegmenttejä.
  • triangles: Vastaanottaa 3 verteksin kolmioita.
  • lines_adjacency: Vastaanottaa viivan ja sen kaksi viereistä verteksiä (yhteensä 4).
  • triangles_adjacency: Vastaanottaa kolmion ja sen kolme viereistä verteksiä (yhteensä 6). Naapuruustieto on hyödyllistä esimerkiksi siluettien ääriviivojen luomisessa.
• Tuotoksen asettelut:
  • points: Tuottaa yksittäisiä pisteitä.
  • line_strip: Tuottaa yhdistetyn sarjan viivoja.
  • triangle_strip: Tuottaa yhdistetyn sarjan kolmioita, mikä on usein tehokkaampaa kuin yksittäisten kolmioiden tuottaminen.

Sinun on myös määritettävä varjostimen yhden syöteprimitiivin osalta tuottamien verteksien enimmäismäärä käyttämällä `max_vertices`. Tämä on kova raja, jota GPU käyttää resurssien varaamiseen. Tämän rajan ylittäminen ajon aikana ei ole sallittua.

Tyypillinen GS-määrittely näyttää tältä:

layout (triangles) in;
layout (triangle_strip, max_vertices = 4) out;

Tämä varjostin ottaa syötteenä kolmioita ja lupaa tuottaa kolmiosoirokeen, jossa on enintään 4 verteksiä kutakin syötekolmiota kohden.

Suoritusmalli ja sisäänrakennetut funktiot

Geometriavarjostimen `main()`-funktio kutsutaan kerran per syöteprimitiivi, ei per verteksi.

• Syötetiedot: Syöte verteksivarjostimesta saapuu taulukkona. Sisäänrakennettu muuttuja `gl_in` on rakenteiden taulukko, joka sisältää verteksivarjostimen tuotokset (kuten `gl_Position`) jokaiselle syöteprimitiivin verteksille. Sitä käytetään kuten `gl_in[0].gl_Position`, `gl_in[1].gl_Position`, jne.
• Tuotoksen generointi: Et vain palauta arvoa. Sen sijaan rakennat uusia primitiivejä verteksi kerrallaan käyttämällä kahta avainfunktiota:
  • EmitVertex(): Tämä funktio ottaa kaikkien `out`-muuttujiesi nykyiset arvot (mukaan lukien `gl_Position`) ja liittää ne uutena verteksinä nykyiseen tuotosprimitiivin soirokkeeseen.
  • EndPrimitive(): Tämä funktio ilmoittaa, että olet saanut nykyisen tuotosprimitiivin (esim. pisteen, viivan soirokkeessa tai kolmion soirokkeessa) rakentamisen valmiiksi. Tämän kutsumisen jälkeen voit aloittaa verteksien emittoinnin uudelle primitiiville.

Toimintatapa on yksinkertainen: aseta tuotosmuuttujasi, kutsu `EmitVertex()`, toista tämä kaikille uuden primitiivin vertekseille ja kutsu sitten `EndPrimitive()`.

Geometriavarjostimen käyttöönotto JavaScriptissä

Geometriavarjostimen integroiminen WebGL 2.0 -sovellukseesi vaatii muutamia lisävaiheita varjostimen kääntämis- ja linkitysprosessissa. Prosessi on hyvin samankaltainen kuin verteksi- ja fragmenttivarjostimien käyttöönotto.

1. Hanki WebGL 2.0 -konteksti: Varmista, että pyydät `"webgl2"`-kontekstia canvas-elementiltäsi. Jos tämä epäonnistuu, selain ei tue WebGL 2.0:aa.
2. Luo varjostin: Käytä `gl.createShader()`-funktiota, mutta tällä kertaa välitä tyypiksi `gl.GEOMETRY_SHADER`.

   const geometryShader = gl.createShader(gl.GEOMETRY_SHADER);

3. Syötä lähdekoodi ja käännä: Kuten muidenkin varjostimien kanssa, käytä `gl.shaderSource()` ja `gl.compileShader()`.

   gl.shaderSource(geometryShader, geometryShaderSource);
gl.compileShader(geometryShader);
   Tarkista käännösvirheet käyttämällä `gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)`.

4. Liitä ja linkitä: Liitä käännetty geometriavarjostin varjostinohjelmaasi verteksi- ja fragmenttivarjostimien rinnalle ennen linkittämistä.

   const program = gl.createProgram();
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, geometryShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
gl.linkProgram(program);
   Tarkista linkitysvirheet käyttämällä `gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)`.

Siinä kaikki! Muu WebGL-koodisi puskurien, attribuuttien ja uniformien asettamiseen sekä lopullinen piirtokutsu (`gl.drawArrays` tai `gl.drawElements`) pysyy samana. GPU kutsuu geometriavarjostinta automaattisesti, jos se on osa linkitettyä ohjelmaa.

Käytännön esimerkki 1: Läpivientivarjostin

Geometriavarjostimien "hello world" on läpivientivarjostin. Se ottaa primitiivin syötteenä ja tuottaa täsmälleen saman primitiivin ilman muutoksia. Tämä on erinomainen tapa varmistaa, että asetuksesi toimivat oikein ja ymmärtää perusdatavirta.

Verteksivarjostin

Verteksivarjostin on minimaalinen. Se vain muuntaa verteksin ja välittää sen sijainnin eteenpäin.

            #version 300 es

layout (location=0) in vec3 a_position;

uniform mat4 u_modelViewProjection;

void main() {
    gl_Position = u_modelViewProjection * vec4(a_position, 1.0);
}
            

              
                Copy
              
            
          

Geometriavarjostin

Tässä otamme sisään kolmion ja emittoimme saman kolmion.

            #version 300 es

// Tämä varjostin ottaa syötteenä kolmioita
layout (triangles) in;

// Se tuottaa kolmiosoirokkeen, jossa on enintään 3 verteksiä
layout (triangle_strip, max_vertices = 3) out;

void main() {
    // Syöte 'gl_in' on taulukko. Kolmiolle siinä on 3 elementtiä.
    // gl_in[0] sisältää verteksivarjostimen tuotoksen ensimmäiselle verteksille.
    // Käymme yksinkertaisesti läpi syötteen verteksit ja emittoimme ne.

    for (int i = 0; i < gl_in.length(); i++) {
        // Kopioi sijainti syöteverteksistä tuotokseen
        gl_Position = gl_in[i].gl_Position;

        // Emittoi verteksi
        EmitVertex();
    }

    // Olemme valmiita tämän primitiivin (yksi kolmio) kanssa
    EndPrimitive();
}
            

              
                Copy
              
            
          

Fragmenttivarjostin

Fragmenttivarjostin tuottaa vain tasaisen värin.

            #version 300 es
precision mediump float;

out vec4 outColor;

void main() {
    outColor = vec4(0.2, 0.6, 1.0, 1.0); // Kiva sininen väri
}
            

              
                Copy
              
            
          

Kun suoritat tämän, näet alkuperäisen geometrian renderöitynä täsmälleen samalla tavalla kuin ilman geometriavarjostinta. Tämä vahvistaa, että data virtaa oikein uuden vaiheen läpi.

Käytännön esimerkki 2: Primitiivien generointi - pisteistä nelikulmioiksi

Tämä on yksi yleisimmistä ja tehokkaimmista tavoista käyttää geometriavarjostinta: monistaminen. Otamme syötteenä yhden pisteen ja generoimme siitä nelikulmion (quad). Tämä on perusta GPU-pohjaisille partikkelijärjestelmille, joissa jokainen partikkeli on kameraan päin suunnattu billboard.

Oletetaan, että syötteenämme on joukko pisteitä, jotka on piirretty `gl.drawArrays(gl.POINTS, ...)`-kutsulla.

Verteksivarjostin

Verteksivarjostin on edelleen yksinkertainen. Se laskee pisteen sijainnin leikkausavaruudessa. Välitämme myös alkuperäisen maailmanavaruuden sijainnin, mikä voi olla hyödyllistä.

            #version 300 es

layout (location=0) in vec3 a_position;

uniform mat4 u_modelView;
uniform mat4 u_projection;

out vec3 v_worldPosition;

void main() {
    v_worldPosition = a_position;
    gl_Position = u_projection * u_modelView * vec4(a_position, 1.0);
}
            

              
                Copy
              
            
          

Geometriavarjostin

Tässä tapahtuu taika. Otamme yhden pisteen ja rakennamme sen ympärille nelikulmion.

            #version 300 es

// Tämä varjostin ottaa syötteenä pisteitä
layout (points) in;

// Se tuottaa nelikulmion muodostamiseksi 4 verteksin kolmiosoirokkeen
layout (triangle_strip, max_vertices = 4) out;

// Uniformit nelikulmion koon ja suunnan hallintaan
uniform mat4 u_projection; // Muuntaa siirtymämme leikkausavaruuteen
uniform float u_size;

// Voimme myös välittää dataa fragmenttivarjostimelle
out vec2 v_uv;

void main() {
    // Pisteen syötesijainti (nelikulmiomme keskipiste)
    vec4 centerPosition = gl_in[0].gl_Position;

    // Määritellään nelikulmion neljä kulmaa näyttöavaruudessa
    // Luomme ne lisäämällä siirtymiä keskipisteeseen.
    // 'w'-komponenttia käytetään tekemään siirtymistä pikselikokoisia.
    float halfSize = u_size * 0.5;
    vec4 offsets[4];
    offsets[0] = vec4(-halfSize, -halfSize, 0.0, 0.0);
    offsets[1] = vec4( halfSize, -halfSize, 0.0, 0.0);
    offsets[2] = vec4(-halfSize,  halfSize, 0.0, 0.0);
    offsets[3] = vec4( halfSize,  halfSize, 0.0, 0.0);

    // Määritellään UV-koordinaatit teksturointia varten
    vec2 uvs[4];
    uvs[0] = vec2(0.0, 0.0);
    uvs[1] = vec2(1.0, 0.0);
    uvs[2] = vec2(0.0, 1.0);
    uvs[3] = vec2(1.0, 1.0);

    // Jotta nelikulmio olisi aina kameraan päin (billboarding), meidän
    // tulisi tyypillisesti hakea kameran oikea- ja ylös-vektorit näkymämatriisista
    // ja käyttää niitä siirtymien rakentamiseen maailmanavaruudessa ennen projektiota.
    // Yksinkertaisuuden vuoksi luomme tässä näyttöön kohdistetun nelikulmion.

    // Emitoidaan nelikulmion neljä verteksiä
    gl_Position = centerPosition + offsets[0];
    v_uv = uvs[0];
    EmitVertex();

    gl_Position = centerPosition + offsets[1];
    v_uv = uvs[1];
    EmitVertex();

    gl_Position = centerPosition + offsets[2];
    v_uv = uvs[2];
    EmitVertex();

    gl_Position = centerPosition + offsets[3];
    v_uv = uvs[3];
    EmitVertex();

    // Viimeistellään primitiivi (nelikulmio)
    EndPrimitive();
}
            

              
                Copy
              
            
          

Fragmenttivarjostin

Fragmenttivarjostin voi nyt käyttää GS:n generoimia UV-koordinaatteja tekstuurin lisäämiseen.

            #version 300 es
precision mediump float;

in vec2 v_uv;
uniform sampler2D u_texture;
out vec4 outColor;

void main() {
    outColor = texture(u_texture, v_uv);
}
            

              
                Copy
              
            
          

Tällä asetuksella voit piirtää tuhansia partikkeleita vain välittämällä 3D-pisteiden puskurin GPU:lle. Geometriavarjostin hoitaa monimutkaisen tehtävän laajentaa jokainen piste teksturoituun nelikulmioon, mikä vähentää merkittävästi CPU:lta lähetettävän datan määrää.

Käytännön esimerkki 3: Primitiivin muunnos - räjähtävät mallit

Geometriavarjostimet eivät ole vain uuden geometrian luomiseen; ne ovat myös erinomaisia olemassa olevien primitiivien muokkaamiseen. Klassinen efekti on "räjähtävä malli", jossa mallin jokainen kolmio työnnetään ulospäin keskustasta.

Verteksivarjostin

Verteksivarjostin on jälleen hyvin yksinkertainen. Meidän tarvitsee vain välittää verteksin sijainti ja normaali geometriavarjostimelle.

            #version 300 es

layout (location=0) in vec3 a_position;
layout (location=1) in vec3 a_normal;

// Emme tarvitse unifomeja tässä, koska GS tekee muunnoksen

out vec3 v_position;
out vec3 v_normal;

void main() {
    // Välitä attribuutit suoraan geometriavarjostimelle
    v_position = a_position;
    v_normal = a_normal;
    gl_Position = vec4(a_position, 1.0); // Väliaikainen, GS korvaa tämän
}
            

              
                Copy
              
            
          

Geometriavarjostin

Tässä käsittelemme kokonaisen kolmion kerralla. Laskemme sen geometrisen normaalin ja työnnämme sen verteksit ulos tuota normaalia pitkin.

            #version 300 es

layout (triangles) in;
layout (triangle_strip, max_vertices = 3) out;

uniform mat4 u_modelViewProjection;
uniform float u_explodeAmount;

in vec3 v_position[]; // Syöte on nyt taulukko
in vec3 v_normal[];

out vec3 f_normal; // Välitä normaali fragmenttivarjostimelle valaistusta varten

void main() {
    // Hae syötekolmion kolmen verteksin sijainnit
    vec3 p0 = v_position[0];
    vec3 p1 = v_position[1];
    vec3 p2 = v_position[2];

    // Laske tahkon normaali (ei käytetä verteksinormaaleja)
    vec3 v01 = p1 - p0;
    vec3 v02 = p2 - p0;
    vec3 faceNormal = normalize(cross(v01, v02));

    // --- Emittoi ensimmäinen verteksi ---
    // Siirrä sitä normaalia pitkin räjähdysmäärän verran
    vec4 newPos0 = u_modelViewProjection * vec4(p0 + faceNormal * u_explodeAmount, 1.0);
    gl_Position = newPos0;
    f_normal = v_normal[0]; // Käytä alkuperäistä verteksinormaalia pehmeään valaistukseen
    EmitVertex();

    // --- Emittoi toinen verteksi ---
    vec4 newPos1 = u_modelViewProjection * vec4(p1 + faceNormal * u_explodeAmount, 1.0);
    gl_Position = newPos1;
    f_normal = v_normal[1];
    EmitVertex();

    // --- Emittoi kolmas verteksi ---
    vec4 newPos2 = u_modelViewProjection * vec4(p2 + faceNormal * u_explodeAmount, 1.0);
    gl_Position = newPos2;
    f_normal = v_normal[2];
    EmitVertex();

    EndPrimitive();
}
            

              
                Copy
              
            
          

Säätämällä `u_explodeAmount`-uniformia JavaScript-koodissasi (esimerkiksi liukusäätimellä tai ajan perusteella) voit luoda dynaamisen ja visuaalisesti vaikuttavan tehosteen, jossa mallin tahkot lentävät erilleen toisistaan. Tämä osoittaa GS:n kyvyn suorittaa laskutoimituksia kokonaiselle primitiiville vaikuttaakseen sen lopulliseen muotoon.

Edistyneet käyttötapaukset ja tekniikat

Näiden perusesimerkkien lisäksi geometriavarjostimet mahdollistavat joukon edistyneitä renderöintitekniikoita.

• Proseduraalinen geometria: Generoi ruohoa, turkkia tai eviä lennossa. Jokaista maastomallin syötekolmiota kohden voitaisiin generoida useita ohuita, korkeita nelikulmioita simuloimaan ruohonkorsia.
• Normaalien ja tangenttien visualisointi: Fantastinen virheenkorjaustyökalu. Jokaiselle verteksille voit emittoida pienen viivasegmentin, joka on suunnattu sen normaalin, tangentin tai bitangentin suuntaisesti, mikä auttaa sinua visualisoimaan mallin pintaominaisuuksia.
• Kerroksittainen renderöinti `gl_Layer`-muuttujalla: Tämä on erittäin tehokas tekniikka. Sisäänrakennettu tuotosmuuttuja `gl_Layer` antaa sinun ohjata, mihin framebuffer-taulukon kerrokseen tai kuutiokartan tahkoon tuotosprimitiivi tulisi renderöidä. Erinomainen käyttötapaus on ympärisäteilevien varjokarttojen renderöinti pistevaloille. Voit sitoa kuutiokartan framebufferiin ja yhdellä piirtokutsulla iteroida kaikkien kuuden tahkon läpi geometriavarjostimessa, asettaa `gl_Layer`:in arvoksi 0-5 ja projisoida geometrian oikealle kuution tahkolle. Tämä välttää kuusi erillistä piirtokutsua CPU:lta.

Suorituskykyvaroitus: Käsittele varoen

Suuren voiman myötä tulee suuri vastuu. Geometriavarjostimet ovat tunnetusti vaikeita GPU-laitteiston optimoitaviksi ja voivat helposti muuttua suorituskyvyn pullonkaulaksi, jos niitä käytetään väärin.

Miksi ne voivat olla hitaita?

1. Rinnakkaisuuden rikkominen: GPU:t saavuttavat nopeutensa massiivisella rinnakkaisuudella. Verteksivarjostimet ovat erittäin rinnakkaisia, koska jokainen verteksi käsitellään itsenäisesti. Geometriavarjostin kuitenkin käsittelee primitiivejä peräkkäin pienen ryhmänsä sisällä, ja tuotoksen koko on vaihteleva. Tämä ennustamattomuus häiritsee GPU:n erittäin optimoitua työnkulkua.
2. Muistin kaistanleveys ja välimuistin tehottomuus: GS:n syöte on koko verteksivarjostusvaiheen tuotos yhdelle primitiiville. GS:n tuotos syötetään sitten rasteroijalle. Tämä välivaihe voi piiskata GPU:n välimuistia, erityisesti jos GS monistaa geometriaa merkittävästi ("monistuskerroin").
3. Ajurin ylikuorma: Joillakin laitteistoilla, erityisesti mobiili-GPU:illa, jotka ovat yleisiä kohteita WebGL:lle, geometriavarjostimen käyttö voi pakottaa ajurin hitaammalle, vähemmän optimoidulle polulle.

Milloin geometriavarjostinta tulisi käyttää?

Varoituksista huolimatta on tilanteita, joissa GS on oikea työkalu tehtävään:

• Matala monistuskerroin: Kun tuotosverteksien määrä ei ole dramaattisesti suurempi kuin syöteverteksien määrä (esim. yhden nelikulmion generointi pisteestä tai kolmion räjäyttäminen toiseksi kolmioksi).
• CPU-sidonnaiset sovellukset: Jos pullonkaulasi on CPU, joka lähettää liian monta piirtokutsua tai liikaa dataa, GS voi siirtää sen työn GPU:lle. Kerroksittainen renderöinti on tästä täydellinen esimerkki.
• Algoritmit, jotka vaativat primitiivien naapuruustietoa: Efekteille, jotka tarvitsevat tietoa kolmion naapureista, GS naapuruusprimitiiveillä voi olla tehokkaampi kuin monimutkaiset monivaiheiset tekniikat tai datan esilaskenta CPU:lla.

Vaihtoehtoja geometriavarjostimille

Harkitse aina vaihtoehtoja ennen geometriavarjostimeen turvautumista, erityisesti jos suorituskyky on kriittinen:

• Instanssirenderöinti: Massiivisen määrän identtisten objektien (kuten partikkelien tai ruohonkorsien) renderöintiin instanssirenderöinti on lähes aina nopeampi. Tarjoat yhden mallin ja puskurin instanssidataa (sijainti, kierto, väri), ja GPU piirtää kaikki instanssit yhdellä, erittäin optimoidulla kutsulla.
• Verteksivarjostintemput: Voit saavuttaa jonkin verran geometrian monistamista verteksivarjostimessa. Käyttämällä `gl_VertexID`:tä ja `gl_InstanceID`:tä sekä pientä hakutaulukkoa (esim. uniform-taulukko), voit saada verteksivarjostimen laskemaan nelikulmion kulmasiirtymät yhden piirtokutsun sisällä käyttämällä syötteenä `gl.POINTS`. Tämä on usein nopeampaa yksinkertaisen spriten generointiin.
• Compute Shaders: (Ei WebGL 2.0:ssa, mutta relevantti kontekstin kannalta) Natiiveissa API:ssa, kuten OpenGL, Vulkan ja DirectX, Compute Shaders ovat moderni, joustavampi ja usein suorituskykyisempi tapa suorittaa yleiskäyttöisiä GPU-laskutoimituksia, mukaan lukien proseduraalinen geometrian generointi puskuriin.

Johtopäätös: Tehokas ja vivahteikas työkalu

WebGL:n geometriavarjostimet ovat merkittävä lisä verkkografiikan työkalupakkiin. Ne rikkovat verteksivarjostimien jäykän 1:1 syöte/tuotos-paradigman, antaen kehittäjille vallan luoda, muokata ja karsia geometrisia primitiivejä dynaamisesti GPU:lla. Niiden potentiaali on valtava, aina partikkeli-spritejen ja proseduraalisten yksityiskohtien generoinnista erittäin tehokkaisiin renderöintitekniikoihin, kuten yhden ajon kuutiokarttarenderoinnin mahdollistamiseen.

Tätä valtaa on kuitenkin käytettävä ymmärtäen sen suorituskykyvaikutukset. Ne eivät ole universaali ratkaisu kaikkiin geometriaan liittyviin tehtäviin. Profiloi aina sovelluksesi ja harkitse vaihtoehtoja, kuten instanssirenderöintiä, joka saattaa sopia paremmin suurivolyymiseen monistamiseen.

Ymmärtämällä perusteet, kokeilemalla käytännön sovelluksia ja olemalla tietoinen suorituskyvystä, voit tehokkaasti integroida geometriavarjostimet WebGL 2.0 -projekteihisi ja rikkoa reaaliaikaisen 3D-grafiikan rajoja verkossa maailmanlaajuiselle yleisölle.