本文档旨在解决在 WebGPU 中使用 `triangle-strip` 拓扑结构绘制三角形时，如何为每个三角形指定不同颜色的问题。我们将深入探讨顶点着色器和片元着色器之间的数据传递，以及如何利用插值修饰符来实现所需的效果。通过本文，你将掌握在 `triangle-strip` 模式下动态控制三角形颜色的关键技术。
理解顶点着色器和片元着色器的独立性
在 WebGPU 中，顶点着色器和片元着色器是两个完全独立的程序。它们之间不共享任何全局变量。因此，尝试在顶点着色器中设置一个变量，然后在片元着色器中直接访问它是行不通的。
例如，以下代码无法实现预期的效果：
var<private> fi: i32; // fragment_index ( current triangle )
@vertex
fn vs( @builtin(vertex_index) vi: u32 ) -> @builtin(position) vec4f {
if(vi<3){ fi = 1;
var T = array<vec2f, 3>( vec2f(0,0), vec2f(.4,.7), vec2f(.8,0) );
return vec4f(T[vi],0,1);
};
fi = 2;
return vec4f(.6,-.5,0,1);
}
@fragment
fn fs() -> @location(0) vec4f {
if(fi == 1){ return vec4f(.7,.2,.2,.5); }; // color for 1st triangle ?
return vec4f(.3,.6,.4,.5); // color for 2nd triangle
}这是因为顶点着色器中的 fi 变量和片元着色器中的 fi 变量是两个完全不同的变量，它们之间没有任何关联。
使用 Inter-Stage 变量传递数据
为了在顶点着色器和片元着色器之间传递数据，我们需要使用 inter-stage 变量。Inter-stage 变量通过结构体定义，并在顶点着色器的输出和片元着色器的输入之间建立连接。
以下代码展示了如何使用 inter-stage 变量传递三角形索引：
struct VSOut {
@builtin(position) pos: vec4f,
@location(0) @interpolate(flat) fi: i32,
};
@vertex
fn vs( @builtin(vertex_index) vi: u32 ) -> VSOut {
var vsOut: VSOut;
vsOut.fi = 1;
if (vi > 0) {
vsOut.fi = 2;
}
if(vi<3){
var T = array<vec2f, 3>( vec2f(0,0), vec2f(.4,.7), vec2f(.8,0) );
vsOut.pos = vec4f(T[vi],0,1);
return vsOut;
};
vsOut.pos = vec4f(.6,-.5,0,1);
return vsOut;
}
@fragment
fn fs(vsOut: VSOut) -> @location(0) vec4f {
if(vsOut.fi == 1){ return vec4f(.7,.2,.2,.5); }; // color for 1st triangle ?
return vec4f(.3,.6,.4,.5); // color for 2nd triangle
}在这个例子中，我们定义了一个名为 VSOut 的结构体，它包含两个成员：
- pos: 顶点位置，使用 @builtin(position) 修饰符。
- fi: 三角形索引，使用 @location(0) 和 @interpolate(flat) 修饰符。
在顶点着色器中，我们创建了一个 VSOut 类型的变量 vsOut，并根据顶点索引设置 vsOut.fi 的值。然后，我们将 vsOut 作为顶点着色器的输出返回。
在片元着色器中，我们将 VSOut 类型的变量 vsOut 作为输入参数。然后，我们可以通过 vsOut.fi 访问三角形索引，并根据其值设置不同的颜色。
理解插值修饰符
Inter-stage 变量通常会进行插值。这意味着，片元着色器接收到的值是三角形三个顶点对应值的插值结果。
为了避免插值，我们可以使用 @interpolate(flat) 修饰符。使用 @interpolate(flat) 修饰符后，片元着色器接收到的值将是三角形第一个顶点的值。这个顶点被称为 "provoking vertex"。
在 triangle-strip 模式下，第一个三角形的 provoking vertex 是顶点 0，第二个三角形的 provoking vertex 是顶点 1，依此类推。
完整代码示例
以下是完整的代码示例，展示了如何在 WebGPU 中使用 triangle-strip 拓扑结构绘制两个颜色不同的三角形：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<style>
body{ background-color: #000 }
canvas{ display: block; width: 600px; height: 400px; outline: 1px solid #666 }
</style>
</head>
<body>
<canvas width=900 height=600></canvas>
<script type="module">
let C = document.querySelector('canvas').getContext(`webgpu`);
const code = `
struct VSOut {
@builtin(position) pos: vec4f,
@location(0) @interpolate(flat) fi: i32,
};
@vertex
fn vs( @builtin(vertex_index) vi: u32 ) -> VSOut {
var vsOut: VSOut;
vsOut.fi = 1;
if (vi > 0) {
vsOut.fi = 2;
}
if(vi<3){
var T = array<vec2f, 3>( vec2f(0,0), vec2f(.4,.7), vec2f(.8,0) );
vsOut.pos = vec4f(T[vi],0,1);
return vsOut;
};
vsOut.pos = vec4f(.6,-.5,0,1);
return vsOut;
}
@fragment
fn fs(vsOut: VSOut) -> @location(0) vec4f {
if(vsOut.fi == 1){ return vec4f(.7,.2,.2,.5); }; // color for 1st triangle ?
return vec4f(.3,.6,.4,.5); // color for 2nd triangle
}
`;
const format = `bgra8unorm`;
const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter();
const device = await adapter.requestDevice();
const Q = device.queue;
const A = {loadOp: `clear`, storeOp: `store`}; // Attachments
const O = {colorAttachments: [ A ]}; // Render Pass Descriptor
let E, R;
const module = device.createShaderModule({ code });
const P = device.createRenderPipeline({
layout: `auto`,
primitive: { topology: `triangle-strip` },
vertex: { module, entryPoint: `vs`, },
fragment: { module, entryPoint: `fs`, targets: [{ format }] }
});
C.configure({ device, format });
function F(){
A.view = C.getCurrentTexture().createView();
E = device.createCommandEncoder();
R = E.beginRenderPass(O);
R.setPipeline(P);
R.draw(4);
R.end();
Q.submit([E.finish()]);
requestAnimationFrame(F)
}
F()
</script>
</body>
</html>这段代码首先定义了顶点和片元着色器，并在着色器中使用了 inter-stage 变量 fi 来区分不同的三角形。然后，它创建了渲染管线，并使用 triangle-strip 拓扑结构绘制了两个三角形。
总结
通过本文，你学习了如何在 WebGPU 中使用 inter-stage 变量和插值修饰符来为 triangle-strip 中的每个三角形指定不同的颜色。掌握这些技术可以让你在 WebGPU 中实现更复杂的渲染效果。
注意事项：
- 确保你的 WebGPU 环境配置正确。
- 仔细理解顶点着色器和片元着色器之间的关系，以及 inter-stage 变量的作用。
- 根据实际需求选择合适的插值修饰符。
希望本文对你有所帮助！
