Rings webgpu Engine
npm install rings-webgpu-engine
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Engine3D (引擎核心) │
├─────────────────┬─────────────────┬─────────────────────────┤
│ 场景管理 │ 渲染系统 │ 资源管理 │
│ Scene3D │ ForwardRender │ Res (纹理/材质/模型) │
│ Object3D │ ColorPass │ TexturePool │
│ Transform │ ShadowPass │ MaterialPool │
│ Camera3D │ PostProcess │ PrefabPool │
├─────────────────┼─────────────────┼─────────────────────────┤
│ 组件系统 │ GPU上下文 │ 工具系统 │
│ ComponentBase │ Context3D │ Math (矩阵/向量) │
│ Light │ GlobalBindGroup │ InputSystem │
│ Material │ WebGPUDevice │ Time/Utils │
└─────────────────┴─────────────────┴─────────────────────────┘
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📁 文件结构分析
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src/
├── Engine3D.ts # 引擎入口，生命周期管理
├── index.ts # 统一导出接口
├── core/ # 核心系统
│ ├── Scene3D.ts # 场景管理，环境配置
│ ├── Camera3D.ts # 相机系统，投影矩阵
│ ├── View3D.ts # 视图管理
│ └── entities/ # 实体系统
│ └── Object3D.ts # 3D对象，组件容器
├── components/ # 组件系统
│ ├── ComponentBase.ts # 组件基类
│ ├── Transform.ts # 变换组件
│ ├── lights/ # 光照组件
│ │ └── Light.ts # 点光源
│ ├── renderer/ # 渲染组件
│ └── shape/ # 形状组件
├── gfx/ # 图形渲染
│ ├── graphics/ # GPU上下文
│ │ └── webGpu/
│ │ └── Context3D.ts # WebGPU设备管理
│ └── renderJob/ # 渲染管线
│ ├── jobs/
│ │ └── ForwardRenderJob.ts # 前向渲染任务
│ └── passRenderer/
│ └── color/
│ └── ColorPassRenderer.ts # 颜色通道渲染
├── materials/ # 材质系统
│ └── Material.ts # 材质基类，PBR支持
├── assets/ # 资源管理
│ └── Res.ts # 资源加载器，多格式支持
├── math/ # 数学库
│ ├── Vector3.ts # 3D向量
│ ├── Matrix4.ts # 4x4矩阵
│ └── Quaternion.ts # 四元数
├── io/ # 输入系统
│ └── InputSystem.ts # 键盘鼠标输入
└── util/ # 工具类
├── Time.ts # 时间管理
└── Global.ts # 全局配置
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├── package.json # 项目依赖
├── tsconfig.json # TypeScript配置
├── vite.config.js # 构建配置
├── docs/ # 文档系统
│ ├── classes/ # API文档
│ ├── quick-start.md # 快速开始
│ └── shaders.md # 着色器系统
└── packages/ # 外部依赖包
├── wasm-matrix/ # WebAssembly矩阵运算
└── ammo/ # 物理引擎
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⚡ 技术特色
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- 原生WebGPU支持：基于最新WebGPU标准，充分利用GPU计算能力
- 多平台兼容：支持Windows、macOS、Linux等主流平台
- 高性能渲染：优化的渲染管线，支持实例化渲染和GPU剔除
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- 模块化架构：所有功能通过组件实现，易于扩展和维护
- 数据驱动：实体-组件-系统分离，提高代码复用性
- 生命周期管理：完整的组件生命周期（init/start/update/destroy）
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- PBR材质系统：基于物理的渲染，支持金属度/粗糙度工作流
- 动态光照：支持方向光、点光源、聚光灯等多种光源
- 实时阴影：级联阴影映射(CSM)，支持软阴影和接触阴影
- 后处理效果：FXAA抗锯齿、色调映射、Bloom等
- 全局光照：DDGI探针系统，实现间接光照
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- 多格式支持：GLTF/GLB、OBJ、B3DM、I3DM等主流3D格式
- 资源池化：纹理、材质、几何体等资源池管理
- 异步加载：支持并发加载，减少等待时间
- 智能缓存：基于LRU的资源缓存策略
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- 矩阵运算优化：关键数学运算使用WebAssembly加速
- 内存管理：高效的内存分配和垃圾回收
- SIMD支持：利用现代CPU的向量指令集
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- TypeScript支持：完整的类型定义和IDE智能提示
- 调试工具：内置调试面板和性能分析器
- 文档完善：详细的API文档和示例代码
- 热重载：开发模式下支持代码热更新
🎯 性能特性
| 特性 | 实现方式 | 性能提升 |
|------|----------|----------|
| 实例化渲染 | GPU Instancing | 10x+ 渲染对象数量 |
| 遮挡剔除 | 层级Z-Buffer | 减少50%+绘制调用 |
| 纹理压缩 | BCn格式支持 | 减少75%内存占用 |
| 着色器缓存 | 预编译管线 | 减少90%编译时间 |
| 内存池化 | 对象复用 | 减少80%GC压力 |
🔧 核心技术实现
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Engine3D.ts 是引擎的核心入口，负责：
- 初始化WebGPU上下文、渲染管线、时间管理（Time）、输入系统（InputSystem）
- 通过webGPUContext管理GPU设备、画布和渲染上下文
- 统一生命周期管理和渲染调度
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#### 前向渲染系统
- ForwardRenderJob.ts：实现前向渲染逻辑
- 颜色通道：ColorPassRenderer处理主渲染
- GUI渲染：GUIPassRenderer处理界面元素
- 支持深度预渲染：PreDepthPassRenderer优化性能
#### 阴影渲染系统
- ShadowMapPassRenderer.ts：处理方向光和点光源的阴影贴图生成
- CSM（级联阴影映射）：支持大场景的高质量阴影
- 软阴影算法：PCF和VSM阴影过滤
#### 后处理管线
- FXAAPost.ts：快速近似抗锯齿
- PostRenderer.ts：统一后处理框架
- 多渲染目标(MRT)：支持复杂后处理效果
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#### 动态渲染目标管理
- RTResourceMap.ts：管理RenderTexture等动态资源
- 资源复用机制：避免重复创建GPU资源
- 多渲染目标支持：同时输出到多个渲染纹理
#### 全局绑定组管理
- GlobalBindGroup.ts：统一管理全局Uniform和绑定组
- 光照数据传递：高效的光源数据管理
- 相机参数共享：避免重复设置视图投影矩阵
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#### 动态光源收集
- ShadowLightsCollect.ts：收集场景中的光源数据
- 阴影剔除算法：视锥体裁剪和距离剔除
- 光源LOD系统：根据距离动态调整光源质量
#### 全局光照技术
- DDGIProbeRenderer.ts：动态全局光照（DDGI）
- 实时探针更新
- 间接光照计算
- 环境光遮蔽
#### 反射系统
- ReflectionRenderer.ts：环境反射处理
- 立方体贴图支持：预过滤环境映射
- 实时反射探针：动态场景反射
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#### 组件生命周期管理
- ComponentCollect.ts：管理组件的生命周期和更新逻辑
- 统一更新调度：按优先级和依赖关系排序
- 自定义组件扩展：支持第三方组件集成
#### 场景图管理
- View3D.ts：视图管理，处理相机和视口
- Scene3D.ts：场景根节点，管理环境设置
- Object3D.ts：场景图节点，支持层级变换
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采用"按更新频率 + 功能模块"的分层策略：
| 分组 | 绑定内容 | 更新频率 | 示例资源 |
|------|----------|----------|----------|
| Group 0 | 全局帧数据 | 每帧更新 | 摄像机矩阵、时间、全局光照 |
| Group 1 | 渲染Pass配置 | Pass级别 | 阴影参数、后处理设置 |
| Group 2 | 材质共享数据 | 材质变更时 | 纹理采样器、PBR参数 |
| Group 3 | 实例数据 | 每物体更新 | 模型矩阵、变形目标参数 |
#### 固定槽位预留
| Binding | 资源类型 | 说明 |
|---------|----------|------|
| 0 | uniform camera | 摄像机矩阵 |
| 1 | storage lights | 光源数据 |
| 2-5 | 材质纹理 | diffuse/normal等 |
| 6-7 | 计算着色器输入 | 粒子/变形目标数据 |
🚀 快速开始
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`bash
npm install rings-engine
或使用pnpm
pnpm add rings-engine
`
$3
`typescript
import { Engine3D, Scene3D, Object3D, Camera3D, LitMaterial } from 'rings-engine';
// 初始化引擎
await Engine3D.init();
// 创建场景
const scene = new Scene3D();
const camera = new Object3D();
camera.addComponent(Camera3D);
// 添加物体
const cube = new Object3D();
cube.addComponent(MeshRenderer).geometry = new BoxGeometry();
cube.addComponent(LitMaterial);
scene.addChild(cube);
// 开始渲染
Engine3D.startRenderView(view);
``