OrillusionWebGPU 轻量级 3D 渲染引擎

Orillusion 是一套基于 WebGPU 图形 API 的 Web3D 渲染引擎，能够媲美 PC 端图形 API 的渲染能力。Orillusion 引擎中使用了非常多的 GPU 开放能力，比如灵活操作的 GPU 缓存（GPU Buffer），强大的着色器（Webgpu Shader/WGSL），以及备受瞩目的 Compute Shader 计算内核，充分发挥 GPU 在非光栅化阶段的并行处理能力。

WebGPU 支持​

引擎底层没有考虑到兼容现有的 WebGL 标准，而是完全向最新的 WebGPU 标准看齐。随着WebGPU API 和 WGSL 的持续发展，开发团队也将快速更新迭代引擎底层 WebGPU 的计算和渲染能力，提升引擎性能优势。

ECS 组件式系统​

引擎框架发展至今，业内普遍开始采用 组合优于继承 的开发设计原则。因此，开发团队放弃继承式架构，而选择了最新的 ECS 组件式架构做为引擎的成体设计思路。消除了继承模式中的继承链复杂，功能交织的问题，通过解耦，封装和模块化重新的设计，开发者可以更灵活的进行功能组合及扩展。

面向数据（DO）设计​

严格的 ECS 架构要求，要求 Entity, Component 和 System 要完全独立分隔。这种设计范式下对于数据优化和性能是可以得到更大的提升。但是同时也会带来很大的负面问题就是开发成本和难度非常大。因此考虑到开发者的使用难度，以及Web开发者的开发习惯。采用了 ECS 中核心 Data Oritented (面向数据开发) 理念，实现按需 DO 的结构。目前的使用方式为，在 GPU 中创建连续内存，同时在 CPU 和 GPU 之间通过内存映射的方式，实现数据的连续高效传递，减少 CPU 和 GPU 之间数据交换的等待时间和次数。既能提高缓存命中率，实现性能的提升，也同时可以保证整体引擎开发和使用的易用性。

集群光照剔除​

这里也就是 Clustered Forward Rendering 中的光照剔除方案。在二维 (Tile) 和三维 (Cluster) 同时对于空间进行块状分割，最后只计算对这个块状空间有光照贡献的光源，完成无效光源的剔除过程，提高计算效率。基于 WebGL 的 Uniform Buffer 有很多限制，光源数量支持比较少，一般在10个以内。WebGPU 有了具备了 Storage Buffer，基本上就是直接对标 GPU 显存的限制。只要做好自身的内存管理和优化，就可以充分利用GPU的能力，实现多光源渲染的场景。

物理仿真系统​

首先接入了 ammo.js，做为CPU端的基本物理仿真功能实现。同时正在搭建基于Compute Shader 的 GPU 端物理仿真引擎，包括粒子，流体，软体，刚体，布料等。在WebGL 时期，只能依靠顶点和纹理的数据结构进行相应的计算过程，实现复杂，效率不高。通过WebGPU 的 Compute Shader，内存和数据结构更加灵活，给了很大的想象空间。目前已经实现了很多优秀的物理仿真案例，更多更强的物理仿真的功能正在快速迭代过程中。

基于物理的材质渲染​

实现了最基本的 Blinn-phong 模型材质渲染。为了增加更好的真实感渲染效果，依靠 HDR Light ，也实现了基于 PBR (Physically-based rendering) 的材质渲染。也是目前主流引擎的标配了，是一项比较普及的基本引擎要求。

丰富的后处理特效​

后处理特效 是使得渲染内容氛围感提升的重要处理方式。基于 WebGPU 的 compute shader，目前实现了 HDR 泛光，屏幕空间反射, 环境光屏蔽 等常用的后处理效果。依靠 WebGPU 的通用计算能力可以更高效的利用 GPU 计算优势，实现非常好的效果。

例如，屏幕空间反射 (SSR) 是基于屏幕空间大小来实现反射效果。相比平面反射，可以实现场景任意表面反射，而且不需要额外的 DrawCall，是非常流行的实时反射技术。首先，屏幕空间物体的每个像素需要计算其反射向量。然后，需要判断屏幕空间的 Ray Marching 坐标的深度和深度缓存中存储的物体深度是否相交。最后，适当的调节粗糙度，把交点的颜色做为反射颜色完成着色。这个过程中的计算过程，都通过 WebGPU 的 Compute Shader 来实现，避免了 CPU 的消耗。最终在浏览器中可以呈现出非常良好的反射效果。

更多扩展后处理特效参考 PostEffects。

Orillusion引擎使用结构清晰且高效的ECS组件系统为基础，利用WebGPU开放能力，尤其是强大的GPU缓存与计算内核，对比传统的Web端引擎，在性能，效果和易用性上都有了飞跃式的提升：

• 性能：得益于多种GPU缓存与全局连续内存机制的使用；

• 效果：通过合理的光照系统、丰富的后处理特效、粒子系统等整体灵活的相互间配合，可以让三维场景更贴合实际，有效的满足繁杂业务的展示需求；

• 易用性：不单单受ECS组件系统的提升，许多已封装的API同样带来了更加便捷的使用方式，可以降低开发者的学习难度和维护成本。