由 Demi 于 星期四, 2018-09-06 16:10 發表

一、什么是Javascript實現GPU加速？

CPU與GPU設計目標不同，導致它們之間內部結構差異很大。
CPU需要應對通用場景，內部結構非常復雜。
而GPU往往面向數據類型統一，且相互無依賴的計算。
所以，我們在Web上實現3D場景時，通常使用WebGL利用GPU運算（大量頂點）。
但是，如果只是通用的計算場景呢？比如處理圖片中大量像素信息，我們有辦法使用GPU資源嗎？這正是本文要講的，GPU通用計算，簡稱GPGPU。

二、實例演示：色塊識別。

如下圖所示，我們識別圖片中彩虹糖色塊，給糖果添加表情。

2.1、實例地址（打開頁面后，依次點擊按鈕“使用CPU計算”、“使用GPU計算”）：

2.2、運行代碼：

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 } };

運行次數：262144次

2.3、測試結論：

實例中，我們分別使用GPU和CPU進行色相轉換（防止光線影響識別準確度），其余步驟均一致。

2.4、使用GPGPU意義：

GPU與CPU數據傳輸過程，與GPU實際運算耗時相當，所以使用GPU運算傳輸成本過高，實測在Android中具有較大優勢。

本測試案例是從webAR項目中抽取，需要實時跟蹤用戶攝像頭處理視頻流（256*256），使用GPU計算意義非常大，否則無法實現實時跟蹤。

三、如何實現GPU通用計算？

3.1、首先，我們通過一張流程圖，演示原理：

3.2、實現：

3.2.1、創建頂點著色器，只是傳遞了貼圖坐標。

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

3.2.2、創建片元著色器，根據貼圖坐標貼圖。

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

3.3.3、根據如上著色器代碼，創建程序對象，變量code是我們要傳入的用于計算的代碼。

// 綁定并編譯著色器程序 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); // 創建程序對象 var program = gl.createProgram(); gl.attachShader(program, vertexShader); gl.attachShader(program, fragmentShader); gl.linkProgram(program); gl.useProgram(program);

3.3.4、傳入頂點數據，創建一個面覆蓋整個畫布。

// 頂點數據傳輸 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、傳入原始數據，本例中傳入我要處理的圖像數據，作為貼圖，最終繪制到屏幕。

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); // 繪制 gl.clearColor(0, 0, 0, 1); gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_FAN, 0, 4);