જ્યોમેટ્રીનું અનાવરણ: WebGLના મેશ શેડર ટાસ્ક એમ્પ્લીફિકેશન પાઇપલાઇનમાં ઊંડાણપૂર્વકનો અભ્યાસ

વેબ હવે સ્થિર, દ્વિ-પરિમાણીય માધ્યમ રહ્યું નથી. તે સમૃદ્ધ, ઇમર્સિવ 3D અનુભવો માટે એક જીવંત પ્લેટફોર્મ તરીકે વિકસિત થયું છે, જેમાં આકર્ષક પ્રોડક્ટ કન્ફિગ્યુરેટર્સ અને આર્કિટેક્ચરલ વિઝ્યુલાઇઝેશનથી માંડીને જટિલ ડેટા મોડલ્સ અને સંપૂર્ણ રમતોનો સમાવેશ થાય છે. જોકે, આ વિકાસ ગ્રાફિક્સ પ્રોસેસિંગ યુનિટ (GPU) પર અભૂતપૂર્વ માંગ મૂકે છે. વર્ષોથી, પ્રમાણભૂત રિયલ-ટાઇમ ગ્રાફિક્સ પાઇપલાઇન, શક્તિશાળી હોવા છતાં, જૂની થઈ ગઈ છે, જે ઘણીવાર આધુનિક એપ્લિકેશનોને જરૂરી ભૌમિતિક જટિલતા માટે અવરોધ તરીકે કામ કરે છે.

હવે આવે છે મેશ શેડર પાઇપલાઇન, જે WEBGL_mesh_shader એક્સ્ટેંશન દ્વારા વેબ પર ઉપલબ્ધ એક પેરાડાઈમ-શિફ્ટિંગ સુવિધા છે. આ નવું મોડેલ આપણે GPU પર જ્યોમેટ્રી વિશે કેવી રીતે વિચારીએ છીએ અને તેની પ્રક્રિયા કરીએ છીએ તેને મૂળભૂત રીતે બદલી નાખે છે. તેના કેન્દ્રમાં એક શક્તિશાળી ખ્યાલ છે: ટાસ્ક એમ્પ્લીફિકેશન. આ માત્ર એક વધારાનું અપડેટ નથી; તે એક ક્રાંતિકારી છલાંગ છે જે શેડ્યુલિંગ અને જ્યોમેટ્રી જનરેશન લોજિકને CPU થી સીધા GPU ના અત્યંત સમાંતર આર્કિટેક્ચર પર ખસેડે છે, જે વેબ બ્રાઉઝરમાં અગાઉ અવ્યવહારુ અથવા અશક્ય હતી તેવી શક્યતાઓને ખોલે છે.

આ વ્યાપક માર્ગદર્શિકા તમને મેશ શેડર જ્યોમેટ્રી પાઇપલાઇનમાં ઊંડાણપૂર્વક લઈ જશે. આપણે તેના આર્કિટેક્ચરનું અન્વેષણ કરીશું, ટાસ્ક અને મેશ શેડર્સની વિશિષ્ટ ભૂમિકાઓ સમજીશું, અને જાણીશું કે ટાસ્ક એમ્પ્લીફિકેશનનો ઉપયોગ આગામી પેઢીની દૃષ્ટિની અદભૂત અને કાર્યક્ષમ વેબ એપ્લિકેશનો બનાવવા માટે કેવી રીતે કરી શકાય છે.

એક ઝડપી રીવાઇન્ડ: પરંપરાગત જ્યોમેટ્રી પાઇપલાઇનની મર્યાદાઓ

મેશ શેડર્સની નવીનતાને સાચી રીતે સમજવા માટે, આપણે સૌ પ્રથમ તે જે પાઇપલાઇનને બદલે છે તેને સમજવી પડશે. દાયકાઓથી, રિયલ-ટાઇમ ગ્રાફિક્સ પર પ્રમાણમાં નિશ્ચિત-ફંક્શન પાઇપલાઇનનું પ્રભુત્વ રહ્યું છે:

1. વર્ટેક્સ શેડર (Vertex Shader): વ્યક્તિગત વર્ટિસીસની પ્રક્રિયા કરે છે, તેમને સ્ક્રીન સ્પેસમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
2. (વૈકલ્પિક) ટેસેલેશન શેડર્સ (Tessellation Shaders): વધુ સૂક્ષ્મ વિગતો બનાવવા માટે જ્યોમેટ્રીના પેચને પેટાવિભાજિત કરે છે.
3. (વૈકલ્પિક) જ્યોમેટ્રી શેડર (Geometry Shader): ફ્લાય પર પ્રિમિટિવ્સ (પોઇન્ટ્સ, લાઇન્સ, ત્રિકોણ) બનાવી અથવા નાશ કરી શકે છે.
4. રાસ્ટરાઇઝર (Rasterizer): પ્રિમિટિવ્સને પિક્સેલ્સમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
5. ફ્રેગમેન્ટ શેડર (Fragment Shader): દરેક પિક્સેલના અંતિમ રંગની ગણતરી કરે છે.

આ મોડેલે આપણને સારી સેવા આપી, પરંતુ તેની સાથે કેટલીક જન્મજાત મર્યાદાઓ છે, ખાસ કરીને જ્યારે દ્રશ્યોની જટિલતા વધે છે:

• સીપીયુ-બાઉન્ડ ડ્રો કોલ્સ (CPU-Bound Draw Calls): સીપીયુ પર એ નક્કી કરવાનું મોટું કામ હોય છે કે બરાબર શું દોરવાની જરૂર છે. આમાં ફ્રસ્ટમ કલિંગ (કેમેરાના દૃશ્યની બહારની વસ્તુઓને દૂર કરવી), ઓક્લુઝન કલિંગ (અન્ય વસ્તુઓ દ્વારા છુપાયેલી વસ્તુઓને દૂર કરવી), અને લેવલ-ઓફ-ડિટેલ (LOD) સિસ્ટમ્સનું સંચાલન શામેલ છે. લાખો વસ્તુઓવાળા દ્રશ્ય માટે, આનાથી સીપીયુ મુખ્ય અવરોધ બની શકે છે, જે ભૂખ્યા જીપીયુને પૂરતી ઝડપથી ડેટા આપી શકતું નથી.
• કઠોર ઇનપુટ માળખું (Rigid Input Structure): પાઇપલાઇન એક કઠોર ઇનપુટ-પ્રોસેસિંગ મોડેલ પર બનેલી છે. ઇનપુટ એસેમ્બલર એક પછી એક વર્ટિસીસ ફીડ કરે છે, અને શેડર્સ તેમની પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં નિયંત્રિત રીતે કરે છે. આ આધુનિક જીપીયુ આર્કિટેક્ચર માટે આદર્શ નથી, જે સુસંગત, સમાંતર ડેટા પ્રોસેસિંગમાં શ્રેષ્ઠ છે.
• બિનકાર્યક્ષમ એમ્પ્લીફિકેશન (Inefficient Amplification): જ્યારે જ્યોમેટ્રી શેડર્સ જ્યોમેટ્રી એમ્પ્લીફિકેશનની મંજૂરી આપતા હતા (એક ઇનપુટ પ્રિમિટિવમાંથી નવા ત્રિકોણ બનાવવા), તેઓ કુખ્યાત રીતે બિનકાર્યક્ષમ હતા. તેમનું આઉટપુટ વર્તન હાર્ડવેર માટે ઘણીવાર અણધાર્યું હતું, જેના કારણે પ્રદર્શન સમસ્યાઓ થતી હતી જેણે તેમને ઘણા મોટા પાયાના એપ્લિકેશનો માટે બિનઉપયોગી બનાવ્યા હતા.
• વ્યર્થ કાર્ય (Wasted Work): પરંપરાગત પાઇપલાઇનમાં, જો તમે રેન્ડર કરવા માટે એક ત્રિકોણ મોકલો છો, તો વર્ટેક્સ શેડર ત્રણ વખત ચાલશે, ભલે તે ત્રિકોણ આખરે કલ થઈ જાય અથવા પાછળની બાજુનું પાતળું પિક્સેલ હોય. ઘણી બધી પ્રોસેસિંગ પાવર એવી જ્યોમેટ્રી પર ખર્ચવામાં આવે છે જે અંતિમ છબીમાં કોઈ યોગદાન આપતી નથી.

પેરાડાઈમ શિફ્ટ: મેશ શેડર પાઇપલાઇનનો પરિચય

મેશ શેડર પાઇપલાઇન વર્ટેક્સ, ટેસેલેશન અને જ્યોમેટ્રી શેડર તબક્કાઓને એક નવા, વધુ લવચીક બે-તબક્કાના મોડેલથી બદલે છે:

1. ટાસ્ક શેડર (Task Shader) (વૈકલ્પિક): એક ઉચ્ચ-સ્તરનો નિયંત્રણ તબક્કો જે નક્કી કરે છે કે કેટલું કામ કરવાની જરૂર છે. તેને એમ્પ્લીફિકેશન શેડર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
2. મેશ શેડર (Mesh Shader): મુખ્ય કાર્ય તબક્કો જે "મેશલેટ્સ" નામના જ્યોમેટ્રીના નાના, સ્વનિર્ભર પેકેટો બનાવવા માટે ડેટાના બેચ પર કાર્ય કરે છે.

આ નવો અભિગમ રેન્ડરિંગ ફિલોસોફીને મૂળભૂત રીતે બદલી નાખે છે. સીપીયુ દ્વારા દરેક ઓબ્જેક્ટ માટેના દરેક ડ્રો કોલનું માઇક્રોમેનેજમેન્ટ કરવાને બદલે, તે હવે એક જ, શક્તિશાળી ડ્રો કમાન્ડ જારી કરી શકે છે જે અનિવાર્યપણે જીપીયુને કહે છે: "અહીં એક જટિલ દ્રશ્યનું ઉચ્ચ-સ્તરીય વર્ણન છે; તમે વિગતો શોધી કાઢો."

જીપીયુ, ટાસ્ક અને મેશ શેડર્સનો ઉપયોગ કરીને, પછી કલિંગ, એલઓડી પસંદગી અને પ્રક્રિયાગત જનરેશન અત્યંત સમાંતર રીતે કરી શકે છે, ફક્ત તે જ કાર્ય શરૂ કરે છે જે વાસ્તવમાં દેખાશે તેવી જ્યોમેટ્રી બનાવવા માટે જરૂરી છે. આ જીપીયુ-ડ્રાઇવન રેન્ડરિંગ પાઇપલાઇનનો સાર છે, અને તે પ્રદર્શન અને માપનીયતા માટે ગેમ-ચેન્જર છે.

સંચાલક: ટાસ્ક (એમ્પ્લીફિકેશન) શેડરને સમજવું

ટાસ્ક શેડર એ નવી પાઇપલાઇનનું મગજ છે અને તેની અતુલ્ય શક્તિની ચાવી છે. તે એક વૈકલ્પિક તબક્કો છે, પરંતુ તે જ જગ્યાએ "એમ્પ્લીફિકેશન" થાય છે. તેની પ્રાથમિક ભૂમિકા વર્ટિસીસ અથવા ત્રિકોણ બનાવવાની નથી, પરંતુ વર્ક ડિસ્પેચર તરીકે કાર્ય કરવાની છે.

ટાસ્ક શેડર શું છે?

ટાસ્ક શેડરને એક વિશાળ બાંધકામ પ્રોજેક્ટના પ્રોજેક્ટ મેનેજર તરીકે વિચારો. સીપીયુ મેનેજરને એક ઉચ્ચ-સ્તરનું લક્ષ્ય આપે છે, જેમ કે "એક શહેરનો જિલ્લો બનાવો." પ્રોજેક્ટ મેનેજર (ટાસ્ક શેડર) પોતે ઇંટો નાખતો નથી. તેના બદલે, તે સમગ્ર કાર્યનું મૂલ્યાંકન કરે છે, બ્લુપ્રિન્ટ્સ તપાસે છે, અને નક્કી કરે છે કે કઈ બાંધકામ ટીમો (મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ)ની જરૂર છે અને કેટલી. તે નક્કી કરી શકે છે કે કોઈ ચોક્કસ ઇમારતની જરૂર નથી (કલિંગ) અથવા કોઈ ચોક્કસ વિસ્તારને દસ ટીમોની જરૂર છે જ્યારે બીજાને ફક્ત બેની.

તકનીકી દ્રષ્ટિએ, ટાસ્ક શેડર કમ્પ્યુટ-જેવા વર્કગ્રુપ તરીકે ચાલે છે. તે મેમરીને એક્સેસ કરી શકે છે, જટિલ ગણતરીઓ કરી શકે છે, અને, સૌથી અગત્યનું, કેટલા મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરવા તે નક્કી કરી શકે છે. આ નિર્ણય તેની શક્તિનું કેન્દ્ર છે.

એમ્પ્લીફિકેશનની શક્તિ

"એમ્પ્લીફિકેશન" શબ્દ ટાસ્ક શેડરની તેના પોતાના એક વર્કગ્રુપને લેવાની અને શૂન્ય, એક, અથવા ઘણા મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરવાની ક્ષમતામાંથી આવે છે. આ ક્ષમતા પરિવર્તનશીલ છે:

• શૂન્ય લોન્ચ કરો: જો ટાસ્ક શેડર નક્કી કરે છે કે કોઈ ઓબ્જેક્ટ અથવા દ્રશ્યનો એક ભાગ દેખાતો નથી (દા.ત., કેમેરાના ફ્રસ્ટમની બહાર), તો તે ફક્ત શૂન્ય મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરવાનું પસંદ કરી શકે છે. તે ઓબ્જેક્ટ સાથે સંકળાયેલ તમામ સંભવિત કાર્ય આગળ પ્રક્રિયા કર્યા વિના અદૃશ્ય થઈ જાય છે. આ સંપૂર્ણપણે જીપીયુ પર કરવામાં આવતું અત્યંત કાર્યક્ષમ કલિંગ છે.
• એક લોન્ચ કરો: આ એક સીધો પાસ-થ્રુ છે. ટાસ્ક શેડર વર્કગ્રુપ નક્કી કરે છે કે એક મેશ શેડર વર્કગ્રુપની જરૂર છે.
• ઘણા લોન્ચ કરો: પ્રક્રિયાગત જનરેશન માટે અહીં જાદુ થાય છે. એક જ ટાસ્ક શેડર વર્કગ્રુપ કેટલાક ઇનપુટ પરિમાણોનું વિશ્લેષણ કરી શકે છે અને હજારો મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરવાનું નક્કી કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તે એક ખેતરમાં ઘાસની દરેક પત્તી માટે અથવા ગાઢ સમૂહમાં દરેક એસ્ટરોઇડ માટે એક વર્કગ્રુપ લોન્ચ કરી શકે છે, બધું સીપીયુના એક જ ડિસ્પેચ કમાન્ડથી.

ટાસ્ક શેડર જીએલએસએલ (GLSL) પર એક વૈચારિક દૃષ્ટિ

જ્યારે વિશિષ્ટતાઓ જટિલ બની શકે છે, ત્યારે જીએલએસએલ (વેબજીએલ એક્સ્ટેંશન માટે) માં મુખ્ય એમ્પ્લીફિકેશન મિકેનિઝમ આશ્ચર્યજનક રીતે સરળ છે. તે `EmitMeshTasksEXT()` ફંક્શનની આસપાસ ફરે છે.

નોંધ: આ એક સરળ, વૈચારિક ઉદાહરણ છે.

#version 310 es #extension GL_EXT_mesh_shader : require layout(local_size_x = 32, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in; // CPU માંથી પાસ કરેલા યુનિફોર્મ્સ uniform mat4 u_viewProjectionMatrix; uniform uint u_totalObjectCount; // ઘણા ઓબ્જેક્ટ્સ માટે બાઉન્ડિંગ સ્ફિયર ધરાવતું બફર struct BoundingSphere { vec4 centerAndRadius; }; layout(std430, binding = 0) readonly buffer ObjectBounds { BoundingSphere bounds[]; } objectBounds; void main() { // વર્કગ્રુપમાં દરેક થ્રેડ એક અલગ ઓબ્જેક્ટ ચકાસી શકે છે uint objectIndex = gl_GlobalInvocationID.x; if (objectIndex >= u_totalObjectCount) { return; } // આ ઓબ્જેક્ટના બાઉન્ડિંગ સ્ફિયર માટે GPU પર ફ્રસ્ટમ કલિંગ કરો BoundingSphere sphere = objectBounds.bounds[objectIndex]; bool isVisible = isSphereInFrustum(sphere.centerAndRadius, u_viewProjectionMatrix); // જો તે દૃશ્યમાન હોય, તો તેને દોરવા માટે એક મેશ શેડર વર્કગ્રુપ લોન્ચ કરો. // નોંધ: આ તર્ક વધુ જટિલ હોઈ શકે છે, દૃશ્યમાન ઓબ્જેક્ટ્સની ગણતરી માટે // અટોમિક્સનો ઉપયોગ કરીને અને એક થ્રેડ દ્વારા બધા માટે ડિસ્પેચ કરીને. if (isVisible) { // આ GPU ને એક મેશ ટાસ્ક લોન્ચ કરવા કહે છે. પરિમાણોનો ઉપયોગ // મેશ શેડર વર્કગ્રુપને માહિતી પાસ કરવા માટે થઈ શકે છે. // સરળતા માટે, આપણે કલ્પના કરીએ છીએ કે દરેક ટાસ્ક શેડર ઇન્વોકેશન સીધા મેશ ટાસ્ક સાથે મેપ કરી શકે છે. // વધુ વાસ્તવિક દૃશ્યમાં જૂથબદ્ધી અને એક જ થ્રેડમાંથી ડિસ્પેચિંગ શામેલ છે. // એક સરળ વૈચારિક ડિસ્પેચ: // આપણે એવું ધારીશું કે દરેક દૃશ્યમાન ઓબ્જેક્ટને પોતાનું ટાસ્ક મળે છે, જોકે વાસ્તવમાં // એક ટાસ્ક શેડર ઇન્વોકેશન બહુવિધ મેશ શેડર્સનું સંચાલન કરશે. EmitMeshTasksEXT(1u, 0u, 0u); // આ મુખ્ય એમ્પ્લીફિકેશન ફંક્શન છે } // જો દૃશ્યમાન ન હોય, તો આપણે કંઈ કરતા નથી! ઓબ્જેક્ટ આ તપાસ સિવાય શૂન્ય GPU ખર્ચ સાથે કલ થઈ જાય છે. }

વાસ્તવિક દૃશ્યમાં, તમારી પાસે વર્કગ્રુપમાં એક થ્રેડ પરિણામો એકત્રિત કરી શકે છે અને તે વર્કગ્રુપ જવાબદાર હોય તેવા તમામ દૃશ્યમાન ઓબ્જેક્ટ્સ માટે એક જ `EmitMeshTasksEXT` કોલ કરી શકે છે.

કાર્યબળ: જ્યોમેટ્રી જનરેશનમાં મેશ શેડરની ભૂમિકા

એકવાર ટાસ્ક શેડર એક અથવા વધુ વર્કગ્રુપ્સને ડિસ્પેચ કરી દે, પછી મેશ શેડર કાર્ય સંભાળે છે. જો ટાસ્ક શેડર પ્રોજેક્ટ મેનેજર હોય, તો મેશ શેડર કુશળ બાંધકામ ટીમ છે જે વાસ્તવમાં જ્યોમેટ્રી બનાવે છે.

વર્કગ્રુપ્સથી મેશલેટ્સ સુધી

ટાસ્ક શેડરની જેમ, મેશ શેડર પણ થ્રેડોના સહકારી વર્કગ્રુપ તરીકે એક્ઝિક્યુટ થાય છે. આ સમગ્ર વર્કગ્રુપનો સામૂહિક ધ્યેય જ્યોમેટ્રીના એક નાના બેચનું ઉત્પાદન કરવાનો છે જેને મેશલેટ કહેવાય છે. મેશલેટ એ ફક્ત વર્ટિસીસ અને તેમને જોડતા પ્રિમિટિવ્સ (ત્રિકોણ)નો સંગ્રહ છે. સામાન્ય રીતે, મેશલેટમાં ઓછી સંખ્યામાં વર્ટિસીસ (દા.ત., 128 સુધી) અને ત્રિકોણ (દા.ત., 256 સુધી) હોય છે, એક કદ જે આધુનિક GPU કેશ અને પ્રોસેસિંગ મોડલ્સ માટે ખૂબ જ અનુકૂળ છે.

આ વર્ટેક્સ શેડરથી મૂળભૂત રીતે અલગ છે, જેમાં તેના પડોશીઓનો કોઈ ખ્યાલ નહોતો. મેશ શેડરમાં, વર્કગ્રુપના તમામ થ્રેડો મેમરી શેર કરી શકે છે અને મેશલેટને અસરકારક રીતે બનાવવા માટે તેમના પ્રયત્નોનું સંકલન કરી શકે છે.

વર્ટિસીસ અને પ્રિમિટિવ્સ જનરેટ કરવું

એક જ `gl_Position` પરત કરવાને બદલે, મેશ શેડર વર્કગ્રુપ તેના મેશલેટ માટેના સંપૂર્ણ ડેટા સાથે આઉટપુટ એરે ભરે છે. થ્રેડો વર્ટેક્સ પોઝિશન્સ, નોર્મલ્સ, યુવી કોઓર્ડિનેટ્સ અને અન્ય એટ્રિબ્યુટ્સને આ એરેમાં લખવા માટે સાથે મળીને કામ કરે છે. તેઓ દરેક ત્રિકોણ કયા વર્ટિસીસ બનાવે છે તે સ્પષ્ટ કરીને પ્રિમિટિવ્સને પણ વ્યાખ્યાયિત કરે છે.

મેશ શેડરમાં અંતિમ પગલું `SetMeshOutputsEXT()` જેવા ફંક્શનને કોલ કરવાનું છે જેથી તે બરાબર જાહેર કરી શકે કે તેણે કેટલા વર્ટિસીસ અને પ્રિમિટિવ્સ જનરેટ કર્યા છે. હાર્ડવેર પછી આ મેશલેટ લે છે અને તેને સીધા રાસ્ટરાઇઝરને પાસ કરે છે.

મેશ શેડર જીએલએસએલ (GLSL) પર એક વૈચારિક દૃષ્ટિ

અહીં એક સરળ ક્વાડ જનરેટ કરતા મેશ શેડરનું એક વૈચારિક ઉદાહરણ છે. નોંધ લો કે થ્રેડો તેમના `gl_LocalInvocationID` ના આધારે કેવી રીતે સહકાર આપે છે.

#version 310 es #extension GL_EXT_mesh_shader : require // આપણા મેશલેટ માટે મહત્તમ આઉટપુટ વ્યાખ્યાયિત કરો layout(max_vertices = 4, max_primitives = 2) out; layout(triangles) out; layout(local_size_x = 4, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in; // આપણે આ બિલ્ટ-ઇન આઉટપુટ એરેમાં વર્ટેક્સ ડેટા લખીએ છીએ out gl_MeshVerticesEXT { vec4 position; vec2 uv; } vertices[]; // આપણે આ એરેમાં ત્રિકોણ ઇન્ડાઇસીસ લખીએ છીએ out uint gl_MeshPrimitivesEXT[]; uniform mat4 u_modelViewProjectionMatrix; void main() { // આ મેશલેટ માટે જનરેટ કરવાના કુલ વર્ટિસીસ અને પ્રિમિટિવ્સ const uint vertexCount = 4; const uint primitiveCount = 2; // હાર્ડવેરને કહો કે આપણે વાસ્તવમાં કેટલા વર્ટિસીસ અને પ્રિમિટિવ્સ આઉટપુટ કરી રહ્યા છીએ SetMeshOutputsEXT(vertexCount, primitiveCount); // ક્વાડ માટે વર્ટેક્સ પોઝિશન્સ અને યુવી વ્યાખ્યાયિત કરો vec4 positions[4] = vec4[4]( vec4(-0.5, 0.5, 0.0, 1.0), vec4(-0.5, -0.5, 0.0, 1.0), vec4(0.5, 0.5, 0.0, 1.0), vec4(0.5, -0.5, 0.0, 1.0) ); vec2 uvs[4] = vec2[4]( vec2(0.0, 1.0), vec2(0.0, 0.0), vec2(1.0, 1.0), vec2(1.0, 0.0) ); // વર્કગ્રુપમાં દરેક થ્રેડને એક વર્ટેક્સ જનરેટ કરવા દો uint id = gl_LocalInvocationID.x; if (id < vertexCount) { vertices[id].position = u_modelViewProjectionMatrix * positions[id]; vertices[id].uv = uvs[id]; } // પ્રથમ બે થ્રેડને ક્વાડ માટેના બે ત્રિકોણ જનરેટ કરવા દો if (id == 0) { // પ્રથમ ત્રિકોણ: 0, 1, 2 gl_MeshPrimitivesEXT[0] = 0u; gl_MeshPrimitivesEXT[1] = 1u; gl_MeshPrimitivesEXT[2] = 2u; } if (id == 1) { // બીજો ત્રિકોણ: 1, 3, 2 gl_MeshPrimitivesEXT[3] = 1u; gl_MeshPrimitivesEXT[4] = 3u; gl_MeshPrimitivesEXT[5] = 2u; } }

વ્યવહારુ જાદુ: ટાસ્ક એમ્પ્લીફિકેશન માટેના ઉપયોગના કિસ્સાઓ

આ પાઇપલાઇનની સાચી શક્તિ ત્યારે પ્રગટ થાય છે જ્યારે આપણે તેને જટિલ, વાસ્તવિક-વિશ્વના રેન્ડરિંગ પડકારો પર લાગુ કરીએ છીએ.

ઉપયોગ કેસ 1: વિશાળ પ્રક્રિયાગત જ્યોમેટ્રી જનરેશન

લાખો અનન્ય એસ્ટરોઇડ્સ સાથેના ગાઢ એસ્ટરોઇડ ફિલ્ડને રેન્ડર કરવાની કલ્પના કરો. જૂની પાઇપલાઇન સાથે, સીપીયુને દરેક એસ્ટરોઇડનો વર્ટેક્સ ડેટા જનરેટ કરવો પડશે અને દરેક માટે એક અલગ ડ્રો કોલ જારી કરવો પડશે, જે સંપૂર્ણપણે અસમર્થનીય અભિગમ છે.

મેશ શેડર વર્કફ્લો:

1. સીપીયુ એક જ ડ્રો કોલ જારી કરે છે: `drawMeshTasksEXT(1, 1)`. તે યુનિફોર્મ બફરમાં કેટલાક ઉચ્ચ-સ્તરના પરિમાણો પણ પાસ કરે છે, જેમ કે ફિલ્ડની ત્રિજ્યા અને એસ્ટરોઇડની ઘનતા.
2. એક જ ટાસ્ક શેડર વર્કગ્રુપ એક્ઝિક્યુટ થાય છે. તે પરિમાણો વાંચે છે અને ગણતરી કરે છે કે, કહો કે, 50,000 એસ્ટરોઇડ્સની જરૂર છે. તે પછી `EmitMeshTasksEXT(50000, 0, 0)` કોલ કરે છે.
3. જીપીયુ સમાંતરમાં 50,000 મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરે છે.
4. દરેક મેશ શેડર વર્કગ્રુપ તેની અનન્ય ID (`gl_WorkGroupID`) નો ઉપયોગ બીજ તરીકે કરે છે જેથી એક અનન્ય એસ્ટરોઇડ માટેના વર્ટિસીસ અને ત્રિકોણને પ્રક્રિયાગત રીતે જનરેટ કરી શકાય.

પરિણામ એ એક વિશાળ, જટિલ દ્રશ્ય છે જે લગભગ સંપૂર્ણપણે જીપીયુ પર જનરેટ થાય છે, જે સીપીયુને ભૌતિકશાસ્ત્ર અને AI જેવા અન્ય કાર્યો સંભાળવા માટે મુક્ત કરે છે.

ઉપયોગ કેસ 2: મોટા પાયે જીપીયુ-ડ્રાઇવન કલિંગ

લાખો વ્યક્તિગત ઓબ્જેક્ટ્સ સાથેના વિગતવાર શહેરના દ્રશ્યનો વિચાર કરો. સીપીયુ ફક્ત દરેક ફ્રેમમાં દરેક ઓબ્જેક્ટની દૃશ્યતા ચકાસી શકતું નથી.

મેશ શેડર વર્કફ્લો:

1. સીપીયુ દ્રશ્યમાંના દરેક એક ઓબ્જેક્ટ માટે બાઉન્ડિંગ વોલ્યુમ્સ (દા.ત., સ્ફિયર્સ અથવા બોક્સ) ધરાવતું એક મોટું બફર અપલોડ કરે છે. આ એકવાર થાય છે, અથવા જ્યારે ઓબ્જેક્ટ્સ ખસે છે ત્યારે જ.
2. સીપીયુ એક જ ડ્રો કોલ જારી કરે છે, બાઉન્ડિંગ વોલ્યુમ્સની સંપૂર્ણ સૂચિને સમાંતરમાં પ્રક્રિયા કરવા માટે પૂરતા ટાસ્ક શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરે છે.
3. દરેક ટાસ્ક શેડર વર્કગ્રુપને બાઉન્ડિંગ વોલ્યુમ સૂચિનો એક ભાગ સોંપવામાં આવે છે. તે તેના સોંપાયેલ ઓબ્જેક્ટ્સ દ્વારા પુનરાવર્તન કરે છે, દરેક માટે ફ્રસ્ટમ કલિંગ (અને સંભવતઃ ઓક્લુઝન કલિંગ) કરે છે, અને ગણતરી કરે છે કે કેટલા દૃશ્યમાન છે.
4. અંતે, તે બરાબર તેટલા જ મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરે છે, દૃશ્યમાન ઓબ્જેક્ટ્સની ID ને આગળ પાસ કરે છે.
5. દરેક મેશ શેડર વર્કગ્રુપ એક ઓબ્જેક્ટ ID મેળવે છે, બફરમાંથી તેનો મેશ ડેટા શોધે છે, અને રેન્ડરિંગ માટે સંબંધિત મેશલેટ્સ જનરેટ કરે છે.

આ સમગ્ર કલિંગ પ્રક્રિયાને જીપીયુ પર ખસેડે છે, જે એવી જટિલતાના દ્રશ્યોને મંજૂરી આપે છે જે સીપીયુ-આધારિત અભિગમને તરત જ નિષ્ક્રિય કરી દેશે.

ઉપયોગ કેસ 3: ગતિશીલ અને કાર્યક્ષમ લેવલ ઓફ ડિટેલ (LOD)

એલઓડી સિસ્ટમ્સ પ્રદર્શન માટે નિર્ણાયક છે, જે દૂરની વસ્તુઓ માટે સરળ મોડેલ્સ પર સ્વિચ કરે છે. મેશ શેડર્સ આ પ્રક્રિયાને વધુ દાણાદાર અને કાર્યક્ષમ બનાવે છે.

મેશ શેડર વર્કફ્લો:

1. એક ઓબ્જેક્ટનો ડેટા મેશલેટ્સના વંશવેલામાં પૂર્વ-પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. બરછટ એલઓડી ઓછા, મોટા મેશલેટ્સનો ઉપયોગ કરે છે.
2. આ ઓબ્જેક્ટ માટેનો ટાસ્ક શેડર કેમેરાથી તેનું અંતર ગણે છે.
3. અંતરના આધારે, તે નક્કી કરે છે કે કયું એલઓડી સ્તર યોગ્ય છે. તે પછી તે એલઓડી માટે પ્રતિ-મેશલેટ ધોરણે કલિંગ કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, મોટા ઓબ્જેક્ટ માટે, તે ઓબ્જેક્ટની પાછળની બાજુના મેશલેટ્સને કલ કરી શકે છે જે દેખાતા નથી.
4. તે ફક્ત પસંદ કરેલા એલઓડીના દૃશ્યમાન મેશલેટ્સ માટેના મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સને જ લોન્ચ કરે છે.

આ ફાઇન-ગ્રેઇન્ડ, ઓન-ધ-ફ્લાય એલઓડી પસંદગી અને કલિંગને મંજૂરી આપે છે જે સીપીયુ દ્વારા સંપૂર્ણ મોડેલોની અદલાબદલી કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ છે.

શરૂઆત કરવી: `WEBGL_mesh_shader` એક્સ્ટેંશનનો ઉપયોગ કરવો

પ્રયોગ કરવા માટે તૈયાર છો? વેબજીએલમાં મેશ શેડર્સ સાથે શરૂ કરવા માટેના વ્યવહારુ પગલાં અહીં છે.

સપોર્ટ માટે તપાસ કરવી

સૌ પ્રથમ, આ એક અત્યાધુનિક સુવિધા છે. તમારે ખાતરી કરવી આવશ્યક છે કે વપરાશકર્તાનું બ્રાઉઝર અને હાર્ડવેર તેને સપોર્ટ કરે છે.

const gl = canvas.getContext('webgl2'); const meshShaderExtension = gl.getExtension('WEBGL_mesh_shader'); if (!meshShaderExtension) { console.error("તમારું બ્રાઉઝર અથવા GPU WEBGL_mesh_shader ને સપોર્ટ કરતું નથી."); // પરંપરાગત રેન્ડરિંગ પાથ પર ફોલબેક કરો }

નવો ડ્રો કોલ

`drawArrays` અને `drawElements` ભૂલી જાઓ. નવી પાઇપલાઇન નવા કમાન્ડ સાથે બોલાવવામાં આવે છે. `getExtension` માંથી તમને જે એક્સ્ટેંશન ઓબ્જેક્ટ મળે છે તેમાં નવા ફંક્શન્સ હશે.

// 10 ટાસ્ક શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરો. // દરેક વર્કગ્રુપમાં શેડરમાં વ્યાખ્યાયિત કરેલ local_size હશે. meshShaderExtension.drawMeshTasksEXT(0, 10);

`count` આર્ગ્યુમેન્ટ સ્પષ્ટ કરે છે કે ટાસ્ક શેડરના કેટલા લોકલ વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરવા. જો તમે ટાસ્ક શેડરનો ઉપયોગ કરી રહ્યા નથી, તો આ સીધા મેશ શેડર વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરે છે.

શેડર કમ્પાઇલેશન અને લિંકિંગ

પ્રક્રિયા પરંપરાગત જીએલએસએલ જેવી જ છે, પરંતુ તમે `meshShaderExtension.MESH_SHADER_EXT` અને `meshShaderExtension.TASK_SHADER_EXT` પ્રકારના શેડર્સ બનાવશો. તમે તેમને એક પ્રોગ્રામમાં એકસાથે લિંક કરો છો જેમ તમે વર્ટેક્સ અને ફ્રેગમેન્ટ શેડરને કરો છો.

નિર્ણાયક રીતે, બંને શેડર્સ માટે તમારા જીએલએસએલ સ્રોત કોડની શરૂઆત એક્સ્ટેંશનને સક્ષમ કરવા માટેના નિર્દેશથી થવી જોઈએ:

#extension GL_EXT_mesh_shader : require

પ્રદર્શન બાબતો અને શ્રેષ્ઠ પ્રયાસો

• યોગ્ય વર્કગ્રુપ કદ પસંદ કરો: તમારા શેડરમાં `layout(local_size_x = N)` નિર્ણાયક છે. 32 અથવા 64 નું કદ ઘણીવાર સારો પ્રારંભિક બિંદુ હોય છે, કારણ કે તે અંતર્ગત હાર્ડવેર આર્કિટેક્ચર સાથે સારી રીતે ગોઠવાય છે, પરંતુ તમારા વિશિષ્ટ વર્કલોડ માટે શ્રેષ્ઠ કદ શોધવા માટે હંમેશા પ્રોફાઇલ કરો.
• તમારા ટાસ્ક શેડરને સંક્ષિપ્ત રાખો: ટાસ્ક શેડર એક શક્તિશાળી સાધન છે, પરંતુ તે એક સંભવિત અવરોધ પણ છે. તમે અહીં જે કલિંગ અને તર્ક કરો છો તે શક્ય તેટલું કાર્યક્ષમ હોવું જોઈએ. જો ધીમી, જટિલ ગણતરીઓ પૂર્વ-ગણતરી કરી શકાતી હોય તો તેને ટાળો.
• મેશલેટ કદને ઓપ્ટિમાઇઝ કરો: પ્રતિ મેશલેટ વર્ટિસીસ અને પ્રિમિટિવ્સની સંખ્યા માટે હાર્ડવેર-આધારિત સ્વીટ સ્પોટ છે. તમે જે `max_vertices` અને `max_primitives` જાહેર કરો છો તે કાળજીપૂર્વક પસંદ કરવા જોઈએ. ખૂબ નાના હોય તો, વર્કગ્રુપ્સ લોન્ચ કરવાનો ઓવરહેડ પ્રભુત્વ ધરાવે છે. ખૂબ મોટા હોય તો, તમે સમાંતરતા અને કેશ કાર્યક્ષમતા ગુમાવો છો.
• ડેટા સુસંગતતા મહત્વની છે: ટાસ્ક શેડરમાં કલિંગ કરતી વખતે, સુસંગત એક્સેસ પેટર્નને પ્રોત્સાહન આપવા માટે તમારા બાઉન્ડિંગ વોલ્યુમ ડેટાને મેમરીમાં ગોઠવો. આ જીપીયુ કેશને અસરકારક રીતે કામ કરવામાં મદદ કરે છે.
• તેમને ક્યારે ટાળવા તે જાણો: મેશ શેડર્સ કોઈ જાદુઈ ગોળી નથી. મુઠ્ઠીભર સરળ ઓબ્જેક્ટ્સને રેન્ડર કરવા માટે, મેશ પાઇપલાઇનનો ઓવરહેડ પરંપરાગત વર્ટેક્સ પાઇપલાઇન કરતાં ધીમો હોઈ શકે છે. તેમનો ઉપયોગ ત્યાં કરો જ્યાં તેમની શક્તિઓ ચમકે છે: વિશાળ ઓબ્જેક્ટ ગણતરીઓ, જટિલ પ્રક્રિયાગત જનરેશન અને જીપીયુ-ડ્રાઇવન વર્કલોડ્સ.

નિષ્કર્ષ: વેબ પર રિયલ-ટાઇમ ગ્રાફિક્સનું ભવિષ્ય હવે છે

ટાસ્ક એમ્પ્લીફિકેશન સાથેની મેશ શેડર પાઇપલાઇન છેલ્લા દાયકામાં રિયલ-ટાઇમ ગ્રાફિક્સમાં સૌથી નોંધપાત્ર પ્રગતિઓમાંથી એકનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. પેરાડાઈમને કઠોર, સીપીયુ-સંચાલિત પ્રક્રિયામાંથી લવચીક, જીપીયુ-સંચાલિત પ્રક્રિયામાં બદલીને, તે ભૌમિતિક જટિલતા અને દ્રશ્ય સ્કેલના અગાઉના અવરોધોને તોડી નાખે છે.

આ ટેકનોલોજી, વલ્કન, ડાયરેક્ટએક્સ 12 અલ્ટીમેટ અને મેટલ જેવા આધુનિક ગ્રાફિક્સ API ની દિશા સાથે સંરેખિત, હવે ઉચ્ચ-અંતિમ મૂળ એપ્લિકેશનો સુધી મર્યાદિત નથી. વેબજીએલમાં તેનું આગમન વેબ-આધારિત અનુભવોના નવા યુગ માટે દરવાજા ખોલે છે જે પહેલાં કરતાં વધુ વિગતવાર, ગતિશીલ અને ઇમર્સિવ છે. આ નવા મોડેલને અપનાવવા તૈયાર વિકાસકર્તાઓ માટે, સર્જનાત્મક શક્યતાઓ વર્ચ્યુઅલી અમર્યાદિત છે. આખી દુનિયાને ફ્લાય પર જનરેટ કરવાની શક્તિ, પ્રથમ વખત, શાબ્દિક રીતે તમારી આંગળીના વેઢે છે, બરાબર વેબ બ્રાઉઝરની અંદર.