Dukungan Perangkat Keras WebGL Variable Rate Shading: Deteksi Kemampuan GPU

Variable Rate Shading (VRS) adalah teknik rendering yang kuat yang memungkinkan pengembang untuk mengontrol laju shading di berbagai wilayah layar. Dengan mengurangi laju shading di area di mana detail kurang penting, VRS dapat secara signifikan meningkatkan performa rendering tanpa penurunan kualitas visual yang nyata. Hal ini sangat penting untuk perangkat dengan sumber daya terbatas dan aplikasi yang menuntut seperti game, simulasi, dan realitas virtual.

Namun, VRS adalah fitur yang bergantung pada perangkat keras. Tidak semua GPU mendukungnya, dan bahkan yang mendukung mungkin memiliki kemampuan yang bervariasi. Oleh karena itu, mendeteksi dukungan perangkat keras VRS secara akurat adalah langkah penting pertama dalam memanfaatkan teknologi ini secara efektif dalam aplikasi WebGL Anda. Posting blog ini akan memandu Anda melalui proses mendeteksi dukungan VRS dan memahami berbagai tingkat kemampuan yang mungkin Anda temui.

Apa itu Variable Rate Shading (VRS)?

Secara tradisional, setiap piksel di layar di-shade (yaitu, warnanya dihitung) secara individual. Laju shading yang seragam ini bisa boros, karena beberapa area layar mungkin tidak memerlukan presisi setinggi itu. Misalnya, wilayah dengan kontras rendah atau gerakan cepat sering kali dapat di-shade dengan laju yang lebih rendah tanpa dampak signifikan pada kualitas visual yang dirasakan.

VRS memungkinkan pengembang untuk menentukan laju shading yang berbeda untuk wilayah layar yang berbeda. Hal ini biasanya dilakukan dengan membagi layar menjadi ubin atau blok dan menetapkan laju shading untuk setiap ubin. Laju shading yang lebih rendah berarti GPU akan melakukan shading pada lebih sedikit piksel di dalam ubin tersebut, yang secara efektif mengurangi beban kerja rendering.

Biasanya ada dua jenis utama VRS:

• Coarse Pixel Shading (CPS): Jenis VRS ini memungkinkan Anda menentukan laju shading per ubin. Ukuran ubin biasanya kecil, seperti 8x8 atau 16x16 piksel. CPS adalah bentuk VRS yang relatif sederhana dan efisien.
• Content Adaptive Shading (CAS): Bentuk VRS yang lebih canggih ini secara dinamis menyesuaikan laju shading berdasarkan konten adegan. Misalnya, area dengan detail atau gerakan tinggi mungkin di-shade dengan laju yang lebih tinggi, sementara area dengan detail rendah atau konten statis mungkin di-shade dengan laju yang lebih rendah. CAS memerlukan analisis adegan yang lebih canggih, tetapi dapat memberikan peningkatan performa yang lebih besar.

Manfaat Menggunakan VRS di WebGL

Menerapkan VRS dalam aplikasi WebGL Anda menawarkan beberapa keuntungan utama:

• Peningkatan Performa: Dengan mengurangi laju shading di area yang kurang kritis, VRS dapat secara signifikan mengurangi beban kerja rendering, menghasilkan frame rate yang lebih tinggi dan performa yang lebih lancar, terutama pada perangkat kelas bawah.
• Meningkatkan Daya Tahan Baterai: Untuk perangkat seluler dan laptop, mengurangi beban kerja rendering dapat berarti daya tahan baterai yang lebih lama, memungkinkan pengguna menikmati aplikasi Anda untuk periode yang lebih lama.
• Peningkatan Kualitas Visual (dalam beberapa kasus): Meskipun mungkin terdengar berlawanan dengan intuisi, VRS terkadang dapat meningkatkan kualitas visual dengan memungkinkan Anda mengalokasikan lebih banyak sumber daya rendering ke area yang penting secara visual. Misalnya, Anda dapat mengurangi laju shading di latar belakang dan menggunakan sumber daya yang dihemat untuk meningkatkan laju shading di latar depan, menghasilkan objek latar depan yang lebih tajam dan lebih detail.
• Skalabilitas: VRS memungkinkan aplikasi Anda untuk berskala lebih baik di berbagai konfigurasi perangkat keras. Pada GPU kelas atas, Anda dapat menggunakan laju shading yang lebih tinggi untuk mencapai kualitas visual maksimal, sementara pada GPU kelas bawah, Anda dapat menggunakan laju shading yang lebih rendah untuk mempertahankan performa yang dapat diterima.

Mendeteksi Dukungan Perangkat Keras VRS di WebGL

Sebelum Anda dapat mulai menggunakan VRS dalam aplikasi WebGL Anda, Anda perlu menentukan apakah GPU pengguna mendukungnya. Ini melibatkan pemeriksaan keberadaan ekstensi WebGL yang diperlukan.

1. Memeriksa Ekstensi `ANGLE_variable_rate_shading`

Ekstensi utama yang mengaktifkan VRS di WebGL adalah `ANGLE_variable_rate_shading`. Anda dapat memeriksa keberadaannya menggunakan metode `getExtension()` dari konteks WebGL:

            const gl = canvas.getContext('webgl2');
if (!gl) {
  console.error('WebGL 2 tidak didukung.');
  return;
}

const vrsExtension = gl.getExtension('ANGLE_variable_rate_shading');

if (vrsExtension) {
  console.log('Variable Rate Shading didukung!');
} else {
  console.log('Variable Rate Shading tidak didukung.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Catatan Penting: Ekstensi `ANGLE_variable_rate_shading` adalah ekstensi yang disediakan oleh proyek ANGLE (Almost Native Graphics Layer Engine). ANGLE digunakan oleh banyak browser untuk menerjemahkan panggilan WebGL ke API grafis asli dari berbagai platform (misalnya, Direct3D di Windows, Metal di macOS dan iOS, Vulkan di Android). Oleh karena itu, kehadiran ekstensi ini menunjukkan bahwa driver grafis dan perangkat keras yang mendasarinya mendukung VRS, bahkan jika implementasi WebGL asli tidak secara langsung mengekspos fungsionalitas VRS.

2. Memeriksa Kemampuan VRS

Setelah Anda mengonfirmasi bahwa ekstensi `ANGLE_variable_rate_shading` tersedia, Anda perlu memeriksa kemampuan spesifik dari implementasi VRS. Ekstensi ini menyediakan beberapa konstanta dan metode yang memungkinkan Anda untuk menanyakan kemampuan-kemampuan ini.

a. Laju Shading yang Didukung

Ekstensi ini mendefinisikan serangkaian konstanta yang mewakili laju shading yang didukung. Konstanta ini adalah pangkat dua dan menunjukkan jumlah piksel yang di-shade per fragmen.

• `gl.SHADING_RATE_1X1_PIXELS`: Shade setiap piksel (1x1).
• `gl.SHADING_RATE_1X2_PIXELS`: Shade setiap piksel kedua secara horizontal (1x2).
• `gl.SHADING_RATE_2X1_PIXELS`: Shade setiap piksel kedua secara vertikal (2x1).
• `gl.SHADING_RATE_2X2_PIXELS`: Shade setiap piksel kedua di kedua dimensi (2x2).
• `gl.SHADING_RATE_4X2_PIXELS`: Shade setiap piksel keempat secara horizontal dan setiap piksel kedua secara vertikal (4x2).
• `gl.SHADING_RATE_2X4_PIXELS`: Shade setiap piksel kedua secara horizontal dan setiap piksel keempat secara vertikal (2x4).
• `gl.SHADING_RATE_4X4_PIXELS`: Shade setiap piksel keempat di kedua dimensi (4x4).

Untuk menentukan laju shading mana yang sebenarnya didukung oleh GPU, Anda dapat menggunakan metode `getSupportedShadingRates()` dari ekstensi. Metode ini mengembalikan sebuah array boolean, di mana setiap elemen menunjukkan apakah laju shading yang sesuai didukung. Urutan elemen sesuai dengan urutan konstanta yang tercantum di atas.

            if (vrsExtension) {
  const supportedShadingRates = vrsExtension.getSupportedShadingRates();

  console.log('Laju Shading yang Didukung:');
  console.log('  1x1: ' + supportedShadingRates[0]);
  console.log('  1x2: ' + supportedShadingRates[1]);
  console.log('  2x1: ' + supportedShadingRates[2]);
  console.log('  2x2: ' + supportedShadingRates[3]);
  console.log('  4x2: ' + supportedShadingRates[4]);
  console.log('  2x4: ' + supportedShadingRates[5]);
  console.log('  4x4: ' + supportedShadingRates[6]);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dengan memeriksa array `supportedShadingRates`, Anda dapat menentukan laju shading mana yang dapat Anda gunakan dengan aman di aplikasi Anda.

b. Jumlah Kombinator Laju Shading

Properti `shadingRateCombinerCount` dari ekstensi menunjukkan jumlah kombinator laju shading yang didukung oleh GPU. Kombinator laju shading memungkinkan Anda menggabungkan beberapa sumber informasi laju shading untuk menghasilkan laju shading akhir. Semakin banyak kombinator yang tersedia, semakin fleksibel Anda dalam mengontrol laju shading.

            if (vrsExtension) {
  const shadingRateCombinerCount = vrsExtension.shadingRateCombinerCount;
  console.log('Jumlah Kombinator Laju Shading: ' + shadingRateCombinerCount);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Nilai umum untuk `shadingRateCombinerCount` adalah 1 atau 2. Nilai 0 menunjukkan bahwa kombinator laju shading tidak didukung.

c. Dukungan Gambar Laju Shading

Gambar laju shading (`shadingRateImage`) adalah tekstur yang memungkinkan Anda menentukan laju shading per ubin. Ekstensi ini menyediakan konstanta, `gl.SHADING_RATE_IMAGE_OES`, yang mewakili target tekstur untuk gambar laju shading. Untuk memeriksa apakah `shadingRateImage` didukung, tanyakan batas `MAX_FRAGMENT_UNIFORM_VECTORS`. Jika jumlah vektor uniform fragmen yang tersedia mencukupi, driver mungkin mendukung fitur `shadingRateImage`. Jika jumlah maksimum sangat rendah, fitur tersebut mungkin tidak didukung.

Meskipun `shadingRateImage` adalah cara standar untuk melakukan coarse pixel shading, implementasi perangkat keras VRS dapat memilih untuk menghilangkannya, dan itu harus dideteksi saat runtime.

3. Menangani VRS yang Tidak Didukung

Jika ekstensi `ANGLE_variable_rate_shading` tidak tersedia, atau jika laju shading yang didukung terbatas, Anda harus dengan baik kembali ke jalur rendering standar. Ini mungkin melibatkan penggunaan laju shading yang lebih tinggi atau menonaktifkan VRS sama sekali. Sangat penting untuk tidak bergantung pada VRS jika tidak didukung dengan benar, karena ini dapat menyebabkan kesalahan rendering atau masalah performa.

Contoh: Mendeteksi dan Menggunakan VRS dalam Aplikasi WebGL

Berikut adalah contoh yang lebih lengkap yang menunjukkan cara mendeteksi dukungan VRS dan menggunakannya untuk menyesuaikan laju shading dalam aplikasi WebGL sederhana:

            
// Dapatkan konteks WebGL2
const canvas = document.getElementById('glCanvas');
const gl = canvas.getContext('webgl2');

if (!gl) {
  console.error('WebGL 2 tidak didukung.');
  // Kembali ke jalur render non-VRS
  return;
}

// Dapatkan ekstensi ANGLE_variable_rate_shading
const vrsExtension = gl.getExtension('ANGLE_variable_rate_shading');

if (!vrsExtension) {
  console.log('Variable Rate Shading tidak didukung.');
  // Kembali ke jalur render non-VRS
  return;
}

// Periksa laju shading yang didukung
const supportedShadingRates = vrsExtension.getSupportedShadingRates();

// Tentukan laju shading terendah yang didukung (selain 1x1)
let lowestShadingRate = gl.SHADING_RATE_1X1_PIXELS; // Default ke 1x1
if (supportedShadingRates[1]) {
  lowestShadingRate = gl.SHADING_RATE_1X2_PIXELS;
} else if (supportedShadingRates[2]) {
  lowestShadingRate = gl.SHADING_RATE_2X1_PIXELS;
} else if (supportedShadingRates[3]) {
  lowestShadingRate = gl.SHADING_RATE_2X2_PIXELS;
} else if (supportedShadingRates[4]) {
  lowestShadingRate = gl.SHADING_RATE_4X2_PIXELS;
} else if (supportedShadingRates[5]) {
  lowestShadingRate = gl.SHADING_RATE_2X4_PIXELS;
} else if (supportedShadingRates[6]) {
  lowestShadingRate = gl.SHADING_RATE_4X4_PIXELS;
}

console.log('Laju shading terendah yang didukung: ' + lowestShadingRate);

// Atur laju shading untuk wilayah tertentu (mis., seluruh layar)
// Ini biasanya akan melibatkan pembuatan gambar laju shading dan mengikatnya ke unit tekstur yang sesuai.
// Berikut ini adalah contoh sederhana yang hanya mengatur laju shading secara global.

// Dengan asumsi Anda memiliki program dan akan menggambar...

function drawScene(){
  // Ikat framebuffer yang sesuai (jika perlu)

  // Panggil fungsi ekstensi untuk mengatur laju shading (contoh sederhana)
  // Dalam aplikasi nyata, ini akan melibatkan pengaturan gambar laju shading.
  //vrsExtension.setShadingRate(lowestShadingRate);  //Ini adalah fungsi hipotetis dan tidak akan berfungsi, ini di sini sebagai contoh tentang apa yang akan dilakukannya.

  // Gambar adegan Anda
  //gl.drawArrays(...);
}

// Loop render
function render() {
  // ... perbarui adegan Anda ...
  drawScene();
  requestAnimationFrame(render);
}

requestAnimationFrame(render);


            

              
                Copy
              
            
          

Pertimbangan Penting:

• Gambar Laju Shading: Contoh di atas memberikan ilustrasi yang disederhanakan. Dalam skenario dunia nyata, Anda biasanya akan membuat gambar laju shading (sebuah tekstur) dan mengikatnya ke unit tekstur. Gambar ini akan berisi nilai laju shading untuk setiap ubin di layar. Anda kemudian akan menggunakan fungsi WebGL yang sesuai untuk mengambil sampel gambar ini di fragment shader Anda dan menerapkan laju shading yang sesuai. Rincian pembuatan dan penggunaan gambar laju shading berada di luar cakupan posting blog pengantar ini tetapi akan dibahas di artikel mendatang.
• Pengukuran Performa: Sangat penting untuk mengukur dampak performa VRS dengan cermat di aplikasi Anda. Meskipun VRS sering kali dapat meningkatkan performa, ia juga dapat menimbulkan overhead karena kebutuhan untuk mengelola gambar laju shading dan melakukan perhitungan yang diperlukan di fragment shader. Gunakan alat analisis performa WebGL untuk menentukan laju shading optimal untuk aplikasi Anda.

Praktik Terbaik untuk Menggunakan VRS di WebGL

Untuk mendapatkan hasil maksimal dari VRS di aplikasi WebGL Anda, pertimbangkan praktik terbaik berikut:

• Prioritaskan Kualitas Visual: Saat memilih laju shading, prioritaskan kualitas visual di atas performa. Mulailah dengan laju shading yang lebih tinggi dan secara bertahap kurangi hingga Anda melihat penurunan kualitas visual yang signifikan.
• Gunakan Content-Adaptive Shading (jika tersedia): Jika GPU Anda mendukung content-adaptive shading, gunakan untuk menyesuaikan laju shading secara dinamis berdasarkan konten adegan. Ini dapat memberikan peningkatan performa yang lebih besar tanpa dampak nyata pada kualitas visual.
• Pertimbangkan Ukuran Ubin: Ukuran ubin memengaruhi granularitas kontrol laju shading. Ukuran ubin yang lebih kecil memungkinkan kontrol yang lebih presisi, tetapi juga meningkatkan overhead pengelolaan gambar laju shading. Bereksperimenlah dengan berbagai ukuran ubin untuk menemukan keseimbangan optimal antara presisi dan performa.
• Gunakan VRS dalam Kombinasi dengan Teknik Optimisasi Lainnya: VRS hanyalah salah satu alat dalam persenjataan optimisasi Anda. Gunakan bersamaan dengan teknik lain, seperti penskalaan level-of-detail (LOD), occlusion culling, dan kompresi tekstur, untuk mencapai performa maksimal.
• Uji di Berbagai Perangkat: Uji aplikasi Anda di berbagai perangkat untuk memastikan bahwa VRS berfungsi dengan benar dan memberikan peningkatan performa yang diharapkan. GPU yang berbeda mungkin memiliki kemampuan VRS yang berbeda, jadi penting untuk menguji pada sampel perangkat keras yang representatif.

Kesimpulan

Variable Rate Shading adalah teknik yang menjanjikan untuk meningkatkan performa rendering dalam aplikasi WebGL. Dengan mendeteksi dukungan perangkat keras VRS secara cermat dan mengikuti praktik terbaik yang diuraikan dalam posting blog ini, Anda dapat memanfaatkan VRS untuk menciptakan pengalaman WebGL yang lebih efisien dan menarik secara visual. Seiring WebGL terus berkembang, kita dapat berharap untuk melihat fitur dan teknik VRS yang lebih canggih menjadi tersedia, yang selanjutnya memberdayakan pengembang untuk menciptakan grafis berbasis web yang menakjubkan dan berkinerja tinggi.

Ingatlah untuk selalu memprioritaskan kualitas visual dan mengukur dampak performa VRS dengan cermat di aplikasi Anda. Dengan melakukan itu, Anda dapat memastikan bahwa Anda menggunakan VRS secara efektif untuk mencapai hasil terbaik.