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WE 3D 渲染引擎 webGPU engine 3D

WE3D包括基础引擎和编辑器两大部分。（目前WE3D处于初期开发阶段，功能、模块与结构会频繁调整。）

1. 基础引擎部分包括：核心功能、图形学功能、模型功能、物理引擎整合、动画管理五个模块。本项目：https://github.com/WebgpuEngine/WE3D
2. 编辑器部分包括：材质编辑器、动画编辑器、场景编辑器，构建管理器四个模块，以实现可视化工作。（在https://github.com/WebgpuEngine/editor 部分，todo）
3. 演示Demo todo https://github.com/WebgpuEngine/WE3D_Demo
4. 文档 todo https://github.com/WebgpuEngine/WE3D_DOC
5. WE3D后期还会有后端服务，以实现支持服务器端活链接、USD、Nerf工作流、三维重构等以及和期望实现的图形学大模型AI工作流等。

引擎基础说明

• WE 3D是使用typescript 和webGPU API 开发的web 端三维渲染引擎
• 在引擎基础部分涵盖场景、实体、纹理、材质、摄像机、光源、阴影、后处理、ECS、GPU拾取、AA、颜色空间、tonemapping、延迟渲染、BVH等；
• 在图形学的功能包括：IBL、SSGI、SSR、SSAO等
• 在物理引擎 上使用rapier进行物理引擎工作；
• 在模型部分：涉及gltf、obj、fbx等模型；
• 动画管理部分涵盖:关键帧、骨骼动画、变形目标、粒子系统等；
• 在渲染引擎的架构上是从底层独立设计与实现的，参考了Babylon、three、cesium、UE等；
• 在底层机制以command集合（Draw Command、Compute Command、Copy Command）进行shader提交；
• 在更新机制与事件机制上，以ECS为核心机制以及Event处理；

更多功能说明

• 支持sRGB和display P3的颜色空间，WE3D内部以linear的线性空间进行工作，支持多种模式的色彩映射输出；
• 光源支持环境光、方向光、点光源、聚光灯、面积光；
• 阴影实现以shadow map基础，支持PCSS;
• 在深度上支持正向Z和reveredZ，默认开启reversedZ;
• 支持MSAA，FXAA，并预计实现TAA。目前MSAA与延迟渲染不能同时使用（后期可能改进边缘检测后，支持同时使用）；
• 渲染模式支持前向渲染和延迟渲，透明物体渲染支持alpha透明和物理透明；
• 在渲染的GBuffer使用了多通道（单点56bit），数据覆盖color、depth、position、normal、albedo、roughness、metallic、ao、emissive、material、id等；
• 实体上支持mesh、lines、points，sprite，并支持实例化，在数据属性多种形式的属性组合的数组形式和ArrayBuffer形式数据；
• 在模型上支持gltf、obj、fbx等（进行中）。同时支持仿真数据、体渲染数据，并预计支持地理空间数据(todo);
• 材质支持简单材质、blinn-phong、PBR 材质；
• 摄像机支持正交与透视，且支持viewpot模式，多摄像机，多视图等；
• 拾取(pickup)支持两种模式，GPU端和CPU端，默认使用GPU端的拾取功能，CPU的ray功能配合BVH和物理引擎实现；
• 物理引擎整合rapier为主（进行中）；
• 渲染管理器内部支持多通道，涉及：计算、纹理、材质、渲染目标、不透明阴影、透明阴影、深度、MSAA、前向渲染、延迟渲染、透明渲染、sprite、sprite透明、toneMapping、后处理、ui、stage等诸多通道。各个通道会包括有内容线和时间线两种工作模式；
• 后处理是在有管理器和后处理功能组成，目前有FXAA，blue，colordemo等；
• stage有四个：默认的world，ui、stage1(导航等)，stage2（地图等）；
• ECS应用的比较多，比如实体、材质、光影、摄像机、输入管理、动画、纹理等都是采用的ECS的概念进行管理；
• 动画系统包括：关键帧(keyFrame)、变形目标(mophTarget)、骨骼动画、以及通过物理引擎实现的物理驱动动画；
• 体渲染材质有两个落地方案，一个是三维纹理的方案（3D采样），另一个是ray march的shader方案（实时计算）；
• 大气层方案，有实时积分方案，Bruneton方案，Hillaire方案；
• 在大气层上叠加的还有体积云，丁达尔光效，云阴影等；
• todo：粒子系统、SSGI、SSR、SSAO、TAA、

简单示例

| ReversedZ | material alpha blend | pixel level alpha transparent material | | ------------------------------------------------- | ------------------------------------------------- | ------------------------------------------------- | | | | | | 高光纹理 specular texture | 视差纹理 parallax texture | 法线纹理 normal texture | | | | | | direction light +PCSS shadow | point light+PCSS shadow | spot light +PCSS shadow | | | | | | 点光源+视差纹理 | viewpot | PBR | | | | | | PBR | PBR+spot+shadow | PBR+point light+shadow | | | | | | 1024个光源 | MSAA | FXAA | | | | | | post process blue 3*3 | post process red to 1 | 延迟渲染 deferRender：PBR | | | | | | 延迟渲染 deferRender：PBR | 延迟渲染 deferRebder：BlinnPhong | 延迟渲染 deferRebder：BlinnPhong | | | | | | 骨骼动画 skeleton | 变形目标 morph target | gltf Fox 骨骼动画 | | | | | | gltf Hen 骨骼动画 | gltf LittlestTokyo | rapier demo with WE3D | | | | | | PBR+IBL+SH | PBR+IBL+SH+预览波+天空盒 | 体渲染  3D 纹理 | | | | | | 体渲染 ray march | 大气层 实时积分计算 | 大气层 Bruneton | | | | | | 大气层 Hillaire LUT | 大气层 Hillaire ray march | 体积云 | | | | | | 大气层+云 | 大气层+云+阴影 | 大气层+云+丁达尔+云阴影 | | | | | | SSAO | SSGI | SSR | | | | | | 仿真云图 | 仿真等值线体渲染 | 仿真流线 | | | | | | clip 全局 | clip 局部 | clip sdf | | | | | | 面积光 | 物理透明 | A-Buffer | | | | | | 粒子系统 | 流体系统 | | | | | |

资料参考与推荐

• webGPU标准：https://www.w3.org/TR/webgpu/
• WGSL的标准：https://www.w3.org/TR/wgsl/
• 非常好示例：https://github.com/webgpu/webgpu-samples
• google的Dawn：https://github.com/google/dawn
• Mozilla的wGPU：https://github.com/gfx-rs/wgpu
• MDN的webGPU文档：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/WebGPU_API
• 非常好的webGPU教程：https://webgpufundamentals.org/
• 非常好的webGL2教程：https://webgl2fundamentals.org/
• 非常好的webGL1教程：https://webglfundamentals.org/
• dawn 的C示例：https://github.com/samdauwe/webgpu-native-examples
• 非常实用的JS端的图形学简单数学库，这是目前主要使用的库：https://github.com/greggman/wgpu-matrix
• 另外一个经典的图形学数学库：https://github.com/toji/gl-matrix
• webGPU Samples https://webgpu.github.io/webgpu-samples/
• WebGPU API reference，方便实用：https://gpuweb.github.io/types/index.html
• webgpu-utils可以参考一下：https://github.com/greggman/webgpu-utils
• filament可以学习与参考一些：https://github.com/google/filament
• PBRT书籍，非常好：https://www.pbr-book.org/
• Ray tracing的书籍：https://raytracing.github.io/
• nvidia的书籍：https://developer.nvidia.com/gpugems/gpugems/contributors
• gltf文档 https://registry.khronos.org/glTF/specs/2.0/
• gltf tutorials https://github.com/KhronosGroup/glTF-Tutorials
• rapier Rapier physics engine | Rapier
• Bullet Real-Time Physics Simulation https://pybullet.org/
• CSS Color Module Level 4 https://www.w3.org/TR/css-color-4/
• Self Shadow https://blog.selfshadow.com/
• bruneton大气层： https://ebruneton.github.io/precomputed_atmospheric_scattering/
• Hillaire大气层方案的webgpu实现：https://github.com/JolifantoBambla/webgpu-sky-atmosphere
• Sebastien Hillaire的 Unreal Engine 示例仓库，https://github.com/sebh/UnrealEngineSkyAtmosphere