Javascript如何实现GPU加速?

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Javascript如何实现GPU加速?

时间:2019-06-10本站浏览次数:4

       

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本文由腾讯Bugly发表于云+社区专栏

1. 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。

2. 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”)

http://tgideas.qq.com/2018/brucewan/gpgpu.html

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。

3. 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.clearColor0, 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。

var pixels = new Uint8Array(gl.drawingBufferWidth * gl.drawingBufferHeight * 4);gl.readPixels0, gl.drawingBufferWidth, gl.drawingBufferHeight, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, pixels);

3.3.7 完整代码: http://tgideas.qq.com/2018/brucewan/gpu.js

其实清楚原理后,整体实现比较简单。 但是对于不了解WebGL的同学来说,理解上有一定难度,我后续准备写一个系列的WebGL教程,有兴趣的同学可以关注。

4. 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?

    简单的使用,2k可以实现的代码,不想引入200k的库;数据输入输出可以由自己灵活控制;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http://tgideas.qq.com/2018/brucewan/gpu.js 自己定制,更为灵活。

问答是否有一种方法以编程方式测试浏览器GPU加速?相关阅读有哪些主流的科学计算可以利用GPU加速?如何使用JavaScript实现GPU加速神经网络CPU与GPU区别大揭秘

此文已由作者授权腾讯云+社区发布,原文链接:https://cloud.tencent.com/developer/article/1148782?fromSource=waitui

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