Rustで3D graphics programming

Mobility Technologies Co., Ltd.
Rustで3D graphics programming
Kiyotomo Hiroyasu
2020/10/29 MoT.rs #2

● これから話す内容
○ Rustで3D graphics programmingしたい動機
○ GPU使った3D描画パイプラインの概要
○ three-d crateの紹介
○ まとめ
はじめに
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動機
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● エッジAI開発において、入力画像の前処理をGPU上で高速に実現したい
○ shaderを使った並列処理
● OpenGLとかshaderとかなんもわからんので簡単に試しながら学習できる環
境がほしい
開発主言語がRustなので、いい感じにshader扱えるcrateはないか探す
動機
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3D描画のパイプライン概要
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・多量のpolygonについて処理が
実行されて3D描画が行われる
・各Shaderの処理はGPU上で
並列で高速に実行
3D graphicsの描画処理パイプライン
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OpenGLのレンダリングパイプライン図
（OpenGL wikiより）

three-d crate
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● crates.ioでOpenGLで検索かけたときに上の方に出てきたcrate
● OpenGLESには対応してなさそうだが、学習環境として使えないかと思い試用
● WebAssemblyのビルドにも対応している
○ examplesはwasmでビルドされたモジュールを使用している
three-d crate
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● ビルドしてサンプル実行するまでに5分かからない
○ リポジトリのREADMEに書いてあるとおり実行するだけでdesktop版も
Web版も簡単に動作確認できる(wasm版は要node.js)
three-d crate
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● shaderも簡単に実装できる
○ hello_worldサンプルの実装内容を紹介
色付きのポリゴンがY軸中心に回転するだけのサンプル
頂点座標と対応する色情報をshaderに渡して描画
three-d crate
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● shaderのコンパイルや描画実行も簡単な記述で可能
● vertex shaderに渡す頂点座標/色情報と回転行列を指定してdraw_arrays()するだけ
three-d crate
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←ここでshaderが起動し、ポリゴンが描画される

● shaderコード
○ vertex shaderで入力頂点座標に指定された回転行列を乗算
○ fragment shaderはvertex shaderに渡されたcolorを描画ピクセルに設定して
いるだけ
■ ピクセル座標に応じた補間値が渡されるのでグラデーションになる
three-d crate
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vertex shaderのソース(color.vert) fragment shaderのソース(color.frag)

まとめ
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● three-d crateを使うとシンプルな記述でshader起動するコードが書ける
○ 生のOpenGL APIで同じ事しようとすると数倍のコード量になる
○ shader初心者でも簡単に始められる(手を動かしながらの学習に良い)
○ wasm+WebGLに対応してるので、Web向けビルドも可能
● OpenGLESに対応しておらず、エッジ向けにビルドできないのがBad
○ 汎用計算に使用するcompute shaderにも非対応
○ 他にも使えそうなcrateがないかさらに調査する
まとめ
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