将 Shadertoys 移植到 Rust GPU
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Shadertoys 移植到 Rust GPU
2025年4月10日 · 阅读时长约 4 分钟
Christian Legnitto
Rust GPU 和 Rust CUDA 维护者
我们使用 Rust GPU 将一些流行的 Shadertoy 着色器移植到了 Rust。 这个过程很简单，我们想分享一些亮点。
代码可以在 GitHub 上找到。
什么是 Rust GPU？
Rust GPU 是一个允许你使用 Rust 编程语言为 GPU 编写代码的项目。 GPU 通常使用专门的语言进行编程，例如 WGSL, GLSL, MSL, 或 HLSL。 Rust GPU 改变了这一点，它允许你使用 Rust 编写 GPU 程序（通常称为 “着色器” 或 “内核”）。
这些 Rust GPU 程序随后被编译成 SPIR-V，这是一种 大多数 GPU 都能理解 的底层格式。 由于 SPIR-V 是 Vulkan 使用的格式，Rust GPU 使得将基于 Rust 的 GPU 程序集成到任何与 Vulkan 兼容的工作流程中成为可能。
有关更多详细信息，请查看 Rust GPU 网站 或 GitHub 仓库。
CPU 和 GPU 之间的共享代码
在着色器编程中，在 CPU 和 GPU 之间共享数据是很常见的。 这通常需要特殊的工具或手动操作。 在两端都使用 Rust 使这个过程变得无缝：
#[repr(C)]#[derive(Copy, Clone, Pod, Zeroable)]pubstructShaderConstants{pub width:u32,pub height:u32,pub time:f32,pub cursor_x:f32,pub cursor_y:f32,pub drag_start_x:f32,pub drag_start_y:f32,pub drag_end_x:f32,pub drag_end_y:f32,pub mouse_left_pressed:u32,pub mouse_left_clicked:u32,}
请注意，在 CPU 和 GPU 上，我们都使用了 bytemuck crate 来实现 Pod 和 Zeroable derives。 这个 crate 未经修改，直接从 crates.io 集成。 许多 no_std + no alloc Rust crates 可以在 GPU 上工作！
Traits、泛型和宏
Rust GPU 支持 traits。 我们使用 traits 将特定于着色器的操作封装在可重用的符合人体工程学的抽象中：
pubtraitFloatExt{fngl_fract(self)->Self;fnrem_euclid(self, rhs:Self)->Self;fngl_sign(self)->Self;fndeg_to_radians(self)->Self;fnstep(self, x:Self)->Self;}
虽然仍然有一些粗糙的地方，但泛型在很大程度上可以按预期工作。 我们使用它们来支持多种通道类型，而无需重复逻辑：
pubstructState<C0,C1>{ inputs:Inputs<C0,C1>, cam_point_at:Vec3, cam_origin:Vec3, time:f32, ldir:Vec3,}
Rust 宏也可以正常工作。 使用宏可以让我们进一步减少重复代码。
macro_rules! deriv_impl {($ty:ty)=>{implDerivativefor$ty{deriv_fn!(ddx,OpDPdx,false);deriv_fn!(ddx_fine,OpDPdxFine,true);deriv_fn!(ddx_coarse,OpDPdxCoarse,true);deriv_fn!(ddy,OpDPdy,false);deriv_fn!(ddy_fine,OpDPdyFine,true);deriv_fn!(ddy_coarse,OpDPdyCoarse,true);deriv_fn!(fwidth,OpFwidth,false);deriv_fn!(fwidth_fine,OpFwidthFine,true);deriv_fn!(fwidth_coarse,OpFwidthCoarse,true);}};}// Applied easily to multiple types:deriv_impl!(f32);deriv_impl!(Vec2);deriv_impl!(Vec3A);deriv_impl!(Vec4);
标准 Rust 工具
想要类型检查着色器吗？ cargo check。 构建它们？ cargo build。 在发布模式下运行？ cargo run --release。 在编译时门控代码？ 使用 features。
如果在着色器上运行 clippy，您会发现它会抱怨很多事情，因为我们有意地使着色器的 Rust 版本与它们的原始 GLSL 版本相似。
这是 Rust GPU 的一大优势：您可以使用所有您已经熟悉的 Rust 工具。
改进 Rust 生态系统
在移植着色器时，我们还通过识别和修复 wgpu 和 naga 中的几个问题来回馈生态系统：
这些修复程序可以帮助所有使用 wgpu 和 naga 的人，而不仅仅是 Rust GPU 的用户。
快来加入我们！
虽然我们遇到了一些尖锐的问题，但使用 Rust GPU 将 Shadertoy 着色器移植到 Rust 还是相当简单的。 Rust GPU 绝对已准备好进行着色器实验。
我们渴望增加更多的用户和贡献者！ 我们将很快致力于改进入门和文档。 要跟进或参与其中，请查看 rust-gpu 在 GitHub 上的 repo。
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