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图形平台API和WebAssembly AI

news 2024/10/22 20:08:24

图形平台对比

UE（虚幻引擎）、Unity、Cesium和Three.js这四个不同的3D图形和游戏开发平台的主要特点：

特性/平台	UE（虚幻引擎）	Unity	Cesium	Three.js
类型	商业游戏引擎	商业游戏引擎	开源地理信息系统（GIS）引擎	开源WebGL库
主要用途	游戏开发、电影制作、实时渲染应用	游戏开发、实时渲染应用	地理信息系统、3D地图可视化	Web端的3D内容展示、数据可视化
开发语言	C++（蓝图系统无需编写代码）	C#（UnityScript已弃用）	JavaScript/HTML/CSS	JavaScript/HTML/CSS
平台支持	Windows、macOS、Linux、游戏主机、移动设备	Windows、macOS、Linux、游戏主机、移动设备	Web浏览器、桌面应用程序	Web浏览器
图形能力	高（支持PBR、光线追踪等高级渲染技术）	高（支持PBR、光线追踪等高级渲染技术）	中（专注于地理数据渲染）	中（依赖于WebGL，性能受限）
社区与资源	强大，丰富的游戏开发资源	强大，丰富的游戏开发资源	较小，专注于GIS领域	较大，Web开发者社区
许可证类型	商业许可（部分版本免费）	商业许可（部分版本免费）	开源（部分商业服务）	开源（MIT许可证）
学习曲线	较陡（功能丰富，需要时间掌握）	中等（相对易学，但功能同样丰富）	中等（需要GIS知识背景）	简单（对于熟悉Web开发的用户）
适用的项目类型	高端游戏、影视特效、复杂交互应用	游戏开发、建筑可视化、交互应用	地图服务、城市规划、地理分析	网页3D效果、轻量级3D应用、数据可视化

图形API对比

OpenGL、WebGL、Vulkan和WebGPU这四个图形API的主要特点：

特性/API	OpenGL	WebGL	Vulkan	WebGPU
类型	图形API	Web标准，基于OpenGL ES的API	图形API	Web标准，下一代图形API
发布年份	1992	2011	2016	2022（预计）
主要用途	高性能图形渲染，广泛用于桌面和移动设备	在Web浏览器中渲染3D图形	高性能图形渲染，用于桌面和移动设备	在Web浏览器中渲染3D图形，支持现代图形特性
语言支持	C/C++	JavaScript（通过WebGL API）	C/C++	JavaScript/HTML（通过WebGPU API）
平台支持	Windows、macOS、Linux、移动设备	所有支持WebGL的Web浏览器	Windows、Linux、Android、iOS	支持WebGPU的Web浏览器
性能特性	高性能，但驱动程序开销大	性能受限于浏览器和硬件	低开销，高性能，控制级别高	低开销，高性能，现代图形特性
内存管理	由驱动程序管理	由浏览器管理	应用程序负责管理	应用程序负责管理
多线程支持	较弱，需要使用GL线程扩展	不直接支持，依赖浏览器实现	强大，设计上支持多线程	设计上支持多线程，浏览器实现
硬件抽象层（HAL）	驱动程序抽象层	浏览器抽象层	应用程序直接与硬件通信	浏览器抽象层，但更接近硬件
着色语言	GLSL	GLSL（WebGL着色语言）	SPIR-V（中间着色语言）	WGSL（WebGPU着色语言）
驱动模型	状态机模型，相对简单	状态机模型，相对简单	基于命令缓冲区的复杂模型	基于命令缓冲区，类似于Vulkan
开发难度	中等	简单	高	中等
社区与文档支持	强大，历史悠久	强大，Web开发社区	强大，增长中	新兴，但得到浏览器厂商支持

Vulkan和OpenGL

Vulkan通常被认为在性能上优于OpenGL，尤其是在以下几个方面：

更低的开销：Vulkan设计上减少了CPU的开销，因为它使用了更高效的驱动模型。Vulkan允许开发者更直接地控制硬件，减少了驱动程序优化的需求。
多线程：Vulkan支持多线程渲染，这意味着开发者可以更有效地利用多核CPU，从而提高应用程序的性能。
更现代的架构：Vulkan是基于命令缓冲区的，这使得它能够更好地利用现代GPU的架构。这种设计允许更高效的命令提交和更少的API调用开销。
更好的控制：Vulkan提供了更多的控制权给开发者，包括内存管理和资源分配，这可以减少不必要的拷贝和转换操作，从而提高性能。

然而，这并不意味着Vulkan在所有情况下都绝对比OpenGL快。以下是一些需要考虑的因素：

开发难度：Vulkan的API比OpenGL更复杂，因此需要更多的开发时间和专业知识来实现相同的性能水平。
兼容性：OpenGL有着更广泛的硬件和平台支持，因为它已经存在了很多年。
驱动支持：虽然Vulkan旨在减少对驱动程序优化的依赖，但实际上，驱动程序的质量仍然对性能有影响。
场景特定：在某些情况下，特别是对于不太复杂的应用程序或旧硬件，OpenGL可能会提供足够的性能，而且开发起来更简单。

webGPU和webGL

WebGPU和WebGL都是用于在网页上实现高性能图形渲染的技术，但它们各自有不同的特点和适用场景。以下是关于两者在游戏开发方面的比较：

WebGL

成熟度：WebGL自2011年以来就已经可用，因此它是一个相对成熟和稳定的技术。它有一个广泛的开发者社区和丰富的学习资源。
兼容性：WebGL基于OpenGL ES，因此对于熟悉OpenGL的开发者来说，WebGL更容易上手。
性能：WebGL提供了不错的性能，尤其是在移动设备上，但它受限于其基于OpenGL的架构，这可能限制了其性能潜力。

WebGPU

现代性：WebGPU是基于Vulkan、DirectX 12和Metal等现代图形API设计的，它提供了更多的控制权和更好的性能潜力。
多线程：WebGPU支持多线程，这对于游戏开发来说是一个重要的特性，因为它可以更有效地利用现代CPU的多核特性。
性能：WebGPU旨在提供更高效的渲染路径，减少CPU的开销，从而提高性能。
新特性：WebGPU支持更现代的图形和计算特性，这对于开发复杂的游戏效果和计算密集型的游戏场景非常有用。

对于游戏开发来说，WebGPU通常被认为是一个更好的选择，尤其是对于需要高性能图形处理和复杂计算的场景。以下是一些原因：

性能：WebGPU提供了更低的CPU开销和更高的渲染效率，这对于游戏性能至关重要。
现代API：WebGPU的设计更接近于现代图形API，这意味着开发者可以更容易地利用最新的图形硬件特性。
多线程：WebGPU的多线程能力可以显著提高游戏引擎的效率，尤其是在处理复杂场景和物理计算时。

然而，WebGPU目前可能还没有WebGL那么普及，因为它是较新的技术，而且浏览器支持可能不如WebGL广泛。

如果你的目标用户群体使用的是较旧的浏览器，或者你的游戏不需要WebGPU提供的额外性能和特性，那么WebGL可能仍然是一个合适的选择。

Web 中的 AI 推断适用于大部分设备，AI 处理可以充分利用用户设备上的硬件，在网页本身中进行。如今，应用开发者和研究人员使用框架构建模型，模型在浏览器中使用 Tensorflow.js 或 ONNX Runtime Web 等运行时执行，运行时使用 Web API 执行。所有这些运行时最终都会通过 JavaScript 或 WebAssembly 在 CPU 上运行，或者通过 WebGL 或 WebGPU 在 GPU 上运行。

机器学习工作负载

机器学习 (ML) 工作负载通过计算节点图推送张量。张量是这些节点的输入和输出，用于对数据执行大量计算。

这一点非常重要，因为：

张量是非常大的数据结构，可对具有数十亿权重的模型执行计算
扩缩和推断可能会导致数据并行处理。这意味着对张量中的所有元素执行相同的操作。
机器学习不要求精确。着陆到月球可能需要 64 位浮点数，但您可能只需要大量 8 位或更少的浮点数来进行人脸识别。

幸运的是，芯片设计师添加了一些功能，使模型运行更快、更炫酷，甚至让模型完全可以运行。

与此同时，WebAssembly 和 WebGPU 团队也在努力向 Web 开发者提供这些新功能。如果您是 Web 应用开发者，则不太可能经常使用这些低级别基元。我们预计您正在使用的工具链或框架将支持新功能和扩展，因此您只需对基础架构进行极少的更改即可受益。但如果您确实想手动调整应用的性能，那么这些功能与您的工作相关。