本文档旨在指导开发者如何在 WebGPU 中使用 triangle-strip 拓扑结构，并为每个三角形指定不同的颜色。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精确的颜色控制。通过本文，你将能够掌握在 WebGPU 中创建具有丰富色彩变化的图形的技巧。
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被视为完全独立的程序。这意味着在顶点着色器中定义的变量，如果不经过特殊处理，无法直接在片元着色器中使用。例如，以下代码尝试在顶点着色器中设置 fi 变量，并在片元着色器中使用它，这是行不通的：
var<private> fi: i32; // fragment_index ( current triangle )
@vertex
fn vs( @builtin(vertex_index) vi: u32 ) -> @builtin(position) vec4f {
if(vi( 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
}</private>
这段代码的问题在于，顶点着色器和片元着色器各自拥有独立的 fi 变量实例，它们之间没有任何关联。因此，片元着色器中的 fi 变量的值是不确定的，无法正确地控制三角形的颜色。
使用 Inter-Stage Variables 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 Variables。Inter-Stage Variables 允许我们将数据从顶点着色器传递到片元着色器，以便在片元着色器中使用这些数据进行着色。
要使用 Inter-Stage Variables，我们需要定义一个结构体，并在顶点着色器中返回该结构体。该结构体中的每个成员都使用 @location 修饰符进行标记，以便在片元着色器中访问它们。
以下是一个使用 Inter-Stage Variables 的示例：
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( 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
}
在这个示例中，我们定义了一个名为 VSOut 的结构体，它包含两个成员：pos 和 fi。pos 成员存储顶点的位置，fi 成员存储三角形的索引。我们使用 @location(0) 修饰符标记 fi 成员，以便在片元着色器中访问它。
在顶点着色器中，我们创建一个 VSOut 结构体的实例，并根据顶点索引设置 fi 成员的值。然后，我们将该结构体返回。
在片元着色器中，我们将 VSOut 结构体作为参数传递给 fs 函数。然后，我们可以使用 vsOut.fi 访问三角形的索引，并根据该索引设置三角形的颜色。
插值修饰符 @interpolate(flat)
Inter-Stage Variables 通常会被插值。这意味着在片元着色器中，Inter-Stage Variables 的值是根据三角形的顶点值进行插值计算的。
然而，在某些情况下，我们可能不希望对 Inter-Stage Variables 进行插值。例如，在我们的示例中，我们希望为每个三角形指定一个固定的颜色，而不是根据顶点颜色进行插值。
为了禁用插值，我们可以使用 @interpolate(flat) 修饰符。该修饰符告诉 WebGPU 不要对 Inter-Stage Variables 进行插值，而是使用三角形的第一个顶点的值。
在我们的示例中，我们使用 @interpolate(flat) 修饰符标记 fi 成员：
struct VSOut {
@builtin(position) pos: vec4f,
@location(0) @interpolate(flat) fi: i32,
};
这确保了在片元着色器中，vsOut.fi 的值始终是三角形的第一个顶点的值。
完整示例代码
以下是一个完整的示例代码，演示了如何在 WebGPU 中使用 triangle-strip 拓扑结构，并为每个三角形指定不同的颜色：
<style>
body{ background-color: #000 }
canvas{ display: block; width: 600px; height: 400px; outline: 1px solid #666 }
</style><canvas width="900" height="600"></canvas><script type="module">
let C = document.querySelector('canvas').getContext(`webgpu`),
code=`
struct VSOut {
@builtin(position) pos: vec4f,
@location(0) @interpolate(flat) fi: i32,
};
@vertex
fn vs( @builtin(vertex_index) vi: u32 ) -> VSOut {
// inter-stage variables are interpolated. In flat interpolation mode,
// the values passed to the fragment shader are from the "provoking vertex"
// which is the value set on the 1st vertex of the triangle
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
}`,
format = `bgra8unorm`,
adapter = await navigator.gpu.requestAdapter(),
device = await adapter.requestDevice(),
Q = device.queue,
A = {loadOp: `clear`, storeOp: `store`}, // Attachments
O = {colorAttachments: [ A ]}, // Render Pass Descriptor
E, R,
module = device.createShaderModule({ code }),
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>
这段代码将绘制两个三角形，第一个三角形是红色，第二个三角形是绿色。
总结
本文档介绍了如何在 WebGPU 中使用 triangle-strip 拓扑结构，并为每个三角形指定不同的颜色。我们讨论了顶点着色器和片元着色器的独立性，以及如何使用 Inter-Stage Variables 和插值修饰符来实现精确的颜色控制。通过本文，你已经掌握了在 WebGPU 中创建具有丰富色彩变化的图形的技巧。
