Javascript如何实现GPU加速？

由 Demi 于 星期四, 2018-09-06 16:10 发表

一、什么是Javascript实现GPU加速？

CPU与GPU设计目标不同，导致它们之间内部结构差异很大。
CPU需要应对通用场景，内部结构非常复杂。
而GPU往往面向数据类型统一，且相互无依赖的计算。
所以，我们在Web上实现3D场景时，通常使用WebGL利用GPU运算（大量顶点）。
但是，如果只是通用的计算场景呢？比如处理图片中大量像素信息，我们有办法使用GPU资源吗？这正是本文要讲的，GPU通用计算，简称GPGPU。

二、实例演示：色块识别。

如下图所示，我们识别图片中彩虹糖色块，给糖果添加表情。

2.1、实例地址（打开页面后，依次点击按钮“使用CPU计算”、“使用GPU计算”）：

2.2、运行代码：

var rgb2hsv = function(r, g, b) { var max = Math.max(r, g, b), min = Math.min(r, g, b), d = max - min, h, s = (max === 0 ? 0 : d / max), v = max / 255; switch (max) { case min: h = 0; break; case r: h = (g - b) + d * (g < b ? 6: 0); h /= 6 * d; break; case g: h = (b - r) + d * 2; h /= 6 * d; break; case b: h = (r - g) + d * 4; h /= 6 * d; break; } return { h: self.hueIndexs[parseInt(h*360)], s: s, v: v } };

运行次数：262144次

2.3、测试结论：

实例中，我们分别使用GPU和CPU进行色相转换（防止光线影响识别准确度），其余步骤均一致。

2.4、使用GPGPU意义：

GPU与CPU数据传输过程，与GPU实际运算耗时相当，所以使用GPU运算传输成本过高，实测在Android中具有较大优势。

本测试案例是从webAR项目中抽取，需要实时跟踪用户摄像头处理视频流（256*256），使用GPU计算意义非常大，否则无法实现实时跟踪。

三、如何实现GPU通用计算？

3.1、首先，我们通过一张流程图，演示原理：

3.2、实现：

3.2.1、创建顶点着色器，只是传递了贴图坐标。

attribute vec4 position; varying vec2 vCoord; void main() { vCoord = position.xy * 0.5 + 0.5; gl_Position = position; }

3.2.2、创建片元着色器，根据贴图坐标贴图。

precision highp float; varying vec2 vCoord; uniform sampler2D map; void main(void) { vec4 color = texture2D(map, vCoord); gl_FragColor = color; }

3.3.3、根据如上着色器代码，创建程序对象，变量code是我们要传入的用于计算的代码。

// 绑定并编译着色器程序 var vertexShaderSource = '...'; var fragmentShaderSource = '...' + code + '...'; var vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER); gl.shaderSource(vertexShader, vertexShaderSource); gl.compileShader(vertexShader); var fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER); gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentShaderSource); gl.compileShader(fragmentShader); // 创建程序对象 var program = gl.createProgram(); gl.attachShader(program, vertexShader); gl.attachShader(program, fragmentShader); gl.linkProgram(program); gl.useProgram(program);

3.3.4、传入顶点数据，创建一个面覆盖整个画布。

// 顶点数据传输 var vertices = new Float32Array([-1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0]); var vertexBuffer = gl.createBuffer(); gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer); gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW); var aPosition = gl.getAttribLocation(program, 'position'); gl.vertexAttribPointer(aPosition, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0); gl.enableVertexAttribArray(aPosition);

3.3.5、传入原始数据，本例中传入我要处理的图像数据，作为贴图，最终绘制到屏幕。

var gl = this.gl; var program = this.program; var texture = gl.createTexture(); var uMap = gl.getUniformLocation(program, 'map'); gl.activeTexture(gl.TEXTURE0); gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture); gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, canvas); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.NEAREST); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE); gl.generateMipmap(gl.TEXTURE_2D); gl.uniform1i(uMap, 0); // 绘制 gl.clearColor(0, 0, 0, 1); gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_FAN, 0, 4);

3.3.6、从最终绘制的画面上，获取颜色信息作为最终处理结果数据。

1 var pixels = new Uint8Array(gl.drawingBufferWidth * gl.drawingBufferHeight * 4); 2 gl.readPixels(0, 0, gl.drawingBufferWidth, gl.drawingBufferHeight, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, pixels);

3.3.7、完整代码：

四、有无现成类库？

大家可以看到，我实现的gpu.js中，并没有将javascript转换成着色器语言（类C），而是用户直接传入着色器代码。但是github上已有将javascript转换为着色器语言的库。
https://github.com/gpujs/gpu.js

为什么我没有直接使用呢？
1、简单的使用，2k可以实现的代码，不想引入200k的库；
2、数据输入输出可以由自己灵活控制；
3、着色器语言很简单，特别只是使用基础运算逻辑的代码，没必要由库从Javascript转换。

没有WebGL基础的同学，建议直接使用https://github.com/gpujs/gpu.js，从本文理解整体逻辑；
有一定基础的同学，建议由自己定制，更为灵活。
另外，这个组件我没打算深度封装，也没打算维护……嗯，就这样。

作者：万技师
出处：
原文链接：https://www.cnblogs.com/wanbo/p/9100962.html
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