• WebAssembly结合WebGPU 新时代的游戏开发利器
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WebAssembly简介
定义: WebAssembly是一种二进制指令格式,旨在为高性能应用程序提供一种可移植的目标平台。
特点:
1.小而快加载
2.运行速度快
3.支持多种编程语言编译
用途: 主要用于加速网页应用性能,特别是在计算密集型任务上。

WebGPU简介
定义: WebGPU API 是一个用于访问现代图形和计算硬件的新 JavaScript API。
特点:
1.基于现代图形API (如DirectX 12, Metal)
2.提供低级别访问GPU的能力
3.支持并行计算
用途: 适用于复杂3D渲染、物理模拟等高性能需求场景。

Wasm + WebGPU 在游戏开发中的优势
高性能: 利用Wasm的高效执行环境结合WebGPU对GPU的直接控制,可以实现接近原生应用的性能表现。
跨平台: 由于Wasm本身的设计就是跨平台的,加上WebGPU也支持多种硬件后端,使得游戏能够更容易地部署到不同设备上。
易维护与更新: 基于Web技术栈,开发者可以利用现有的工具链进行开发、调试及维护。

创建一个简单的WebAssembly模块
// 定义Wasm模块接口
const importObject = {
  env: {
    memoryBase: 0,
    tableBase: 0,
    memory: new WebAssembly.Memory({initial: 1}),
    table: new WebAssembly.Table({initial: 0, element: 'anyfunc'}),
  }
};
 // 堆代码 duidaima.com
// 加载Wasm模块
fetch('example.wasm')
  .then(response => response.arrayBuffer())
  .then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes, importObject))
  .then(results => {
    const instance = results.instance;
    // 调用Wasm模块中的函数
    instance.exports.add(1, 2); // 假设该函数接收两个参数并返回它们的和
  });
使用WebGPU绘制一个三角形
// 获取WebGPU设备
navigator.gpu.requestAdapter().then(adapter => {
  return adapter.requestDevice();
}).then(device => {
  // 创建渲染管线
  const pipeline = device.createRenderPipeline({
    layout: device.createPipelineLayout({ bindGroupLayouts: [] }),
    vertexStage: {
      module: device.createShaderModule({
        code: `
          [[stage(vertex)]] fn main() -> [[builtin(position)]] vec4<f32> {
            var positions : array<vec2<f32>, 3> = array<vec2<f32>, 3>(
              vec2<f32>(-0.5, -0.5),
              vec2<f32>(0.5, -0.5),
              vec2<f32>(0.0, 0.5)
            );
            var position = positions[0u]; // 简化起见,这里只取第一个顶点位置
            return vec4<f32>(position, 0.0, 1.0);
          }
        `,
      }),
      entryPoint: 'main',
    },
    primitiveTopology: 'triangle-list',
    colorStates: [{ format: 'bgra8unorm' }],
  });

  // 创建帧缓冲区
  const swapChain = device.createSwapChain(canvas, {
    usage: GPUTextureUsage.RENDER_ATTACHMENT,
    format: 'bgra8unorm',
  });

  // 渲染循环
  function render() {
    const context = device.getContext();
    const commandEncoder = device.createCommandEncoder();
    const textureView = swapChain.getCurrentTexture().createView();
    const renderPassDescriptor = {
      colorAttachments: [{
        attachment: textureView,
        loadValue: { r: 0.1, g: 0.2, b: 0.3, a: 1.0 },
      }],
    };
    const passEncoder = commandEncoder.beginRenderPass(renderPassDescriptor);
    passEncoder.setPipeline(pipeline);
    passEncoder.draw(3, 1, 0, 0);
    passEncoder.endPass();
    device.queue.submit([commandEncoder.finish()]);
    requestAnimationFrame(render);
  }

  requestAnimationFrame(render);
});
WebAssembly 的高级特性
内存管理
内存布局: WebAssembly 使用线性内存布局,可以通过 memory 对象进行访问。
内存操作: 可以通过 get 和 set 方法读写内存。
内存增长: 可以动态增加内存大小。
const memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 1, maximum: 10 });
console.log(memory.buffer.byteLength); // 输出 65536 (1 MB)
// 扩展内存
memory.grow(1);
console.log(memory.buffer.byteLength); // 输出 131072 (2 MB)
异步加载与多线程
异步加载: 可以通过 fetch 或其他异步方法加载 Wasm 模块。
多线程: 使用 WebAssembly.Threading API 支持多线程操作。
// 异步加载 Wasm 模块
fetch('example.wasm')
  .then(response => response.arrayBuffer())
  .then(bytes => WebAssembly.compileAsync(bytes))
  .then(module => {
    WebAssembly.instantiate(module, importObject).then(results => {
      const instance = results.instance;
      // 调用 Wasm 函数
      instance.exports.add(1, 2);
    });
  });

// 多线程支持
if ('workerGlobalScope' in self) {
  self.importScripts('wasm_worker.js');
  const worker = new Worker('wasm_worker.js');
  worker.postMessage({ type: 'run', data: [1, 2] });
}
WebGPU 的高级特性
着色器编程
顶点着色器: 处理顶点数据。
片段着色器: 处理像素颜色。
[[block]]
struct VertexInput {
  @builtin(position) pos: vec4<f32>,
};

[[block]]
struct VertexOutput {
  @builtin(position) pos: vec4<f32>,
};

[[stage(vertex)]]
fn vs_main(@builtin(vertex_index) vertex_index: u32) -> VertexOutput {
  var input: VertexInput = VertexInput(pos: vec4<f32>(0.0, 0.0, 0.0, 1.0));
  var output: VertexOutput = VertexOutput(pos: input.pos);
  return output;
}

[[stage(fragment)]]
fn fs_main() -> @location(0) vec4<f32> {
  return vec4<f32>(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
计算着色器
计算着色器: 执行并行计算任务。
[[block]]
struct ComputeData {
  result: array<i32, 1>,
};

[[group(0), binding(0)]]
var<storage, read_write> data: array<i32, 1>;

[[stage(compute), workgroup_size(1)]]
fn cs_main([[builtin(global_invocation_id)]] global_id: vec3<u32>) {
  data[0] = global_id.x * global_id.y * global_id.z;
}
实战案例:创建一个简单的 2D 游戏
游戏逻辑设计
状态管理: 使用对象或类来管理游戏状态。
事件处理: 监听键盘和鼠标事件。
class Game {
  constructor(canvas) {
    this.canvas = canvas;
    this.context = canvas.getContext('2d');
    this.width = canvas.width;
    this.height = canvas.height;

    this.player = { x: 100, y: 100 };
    this.enemies = [];

    this.init();
  }

  init() {
    this.enemies.push({ x: 200, y: 200 });
    this.enemies.push({ x: 300, y: 300 });

    window.addEventListener('keydown', event => {
      if (event.key === 'ArrowUp') {
        this.player.y -= 10;
      } else if (event.key === 'ArrowDown') {
        this.player.y += 10;
      } else if (event.key === 'ArrowLeft') {
        this.player.x -= 10;
      } else if (event.key === 'ArrowRight') {
        this.player.x += 10;
      }
    });

    this.animate();
  }

  animate() {
    requestAnimationFrame(() => this.animate());
    this.update();
    this.render();
  }

  update() {
    // 更新敌人位置
    for (let enemy of this.enemies) {
      enemy.x += Math.random() * 10 - 5;
      enemy.y += Math.random() * 10 - 5;
    }
  }

  render() {
    this.context.clearRect(0, 0, this.width, this.height);
    this.context.fillStyle = 'blue';
    this.context.fillRect(this.player.x, this.player.y, 20, 20);

    this.context.fillStyle = 'red';
    for (let enemy of this.enemies) {
      this.context.fillRect(enemy.x, enemy.y, 20, 20);
    }
  }
}

const canvas = document.getElementById('gameCanvas');
const game = new Game(canvas);
结合 WebAssembly
加载 Wasm 模块: 在游戏初始化时加载 Wasm 模块。
调用 Wasm 函数: 在游戏更新和渲染过程中调用 Wasm 函数。
class Game {
  constructor(canvas) {
    this.canvas = canvas;
    this.context = canvas.getContext('2d');
    this.width = canvas.width;
    this.height = canvas.height;

    this.player = { x: 100, y: 100 };
    this.enemies = [];

    this.init();
  }

  async init() {
    const importObject = {
      env: {
        memoryBase: 0,
        tableBase: 0,
        memory: new WebAssembly.Memory({ initial: 1 }),
        table: new WebAssembly.Table({ initial: 0, element: 'anyfunc' }),
      }
    };

    const response = await fetch('game_wasm.wasm');
    const bytes = await response.arrayBuffer();
    const { instance } = await WebAssembly.instantiate(bytes, importObject);
    this.wasm = instance.exports;

    this.enemies.push({ x: 200, y: 200 });
    this.enemies.push({ x: 300, y: 300 });

    window.addEventListener('keydown', event => {
      if (event.key === 'ArrowUp') {
        this.player.y -= 10;
      } else if (event.key === 'ArrowDown') {
        this.player.y += 10;
      } else if (event.key === 'ArrowLeft') {
        this.player.x -= 10;
      } else if (event.key === 'ArrowRight') {
        this.player.x += 10;
      }
    });

    this.animate();
  }

  animate() {
    requestAnimationFrame(() => this.animate());
    this.update();
    this.render();
  }

  update() {
    // 更新敌人位置
    for (let enemy of this.enemies) {
      enemy.x += this.wasm.randomMove(10);
      enemy.y += this.wasm.randomMove(10);
    }
  }

  render() {
    this.context.clearRect(0, 0, this.width, this.height);
    this.context.fillStyle = 'blue';
    this.context.fillRect(this.player.x, this.player.y, 20, 20);

    this.context.fillStyle = 'red';
    for (let enemy of this.enemies) {
      this.context.fillRect(enemy.x, enemy.y, 20, 20);
    }
  }
}

const canvas = document.getElementById('gameCanvas');
const game = new Game(canvas);
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