WebGPU：在 Triangle Strip 中为每个三角形绘制不同颜色

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 fi: i32; // fragment_index ( current triangle )

@vertex
fn vs( @builtin(vertex_index) vi: u32 ) -> @builtin(position) vec4f {
  if(vi<3){ fi = 1;
    var T = array( 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
}

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<3){
    var T = array( 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。

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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：

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。