Linseneffekte mit WebGPU-Image-Shadern 2025 — Optimierungsguide für Low-Power-Geräte

Veröffentlicht: 29. Sept. 2025 · Lesezeit: 4 Min. · Von Unified Image Tools Redaktion

WebGPU ist 2025 in allen großen Browsern stabil, sodass schwere WebGL-Frameworks für Bildeffekte überflüssig werden. Die Frage für Webteams lautet: Wie lassen sich Lens Flare, Tiefenschärfe und Glow bereitstellen, ohne Leistung oder Akku zu ruinieren? Dieser Leitfaden zeigt Compute- plus Render-Pipelines, die auf Low-Power-Geräten 60 fps schaffen, sowie die nötigen Optimierungsmaßnahmen.

TL;DR

  • Zweistufiges Rendering: (1) Compute-Pass für Lichtquellen-Extraktion, (2) Render-Pass für Komposition + Blur.
  • Tile-basiertes Downsampling: Flare auf Viertelauflösung berechnen und beim Compositing via mix hochinterpolieren.
  • Adaptives Sampling: Sample-Anzahl basierend auf navigator.gpu.getPreferredCanvasFormat() und Battery-API-Signalen anpassen.
  • GPU/CPU-Telemetrie: WebGPU-Timestamp-Query-Daten an performance-guardian senden, um Framekosten zu tracken.
  • Accessibility-Schutz: prefers-reduced-motion respektieren und statische Bild-Fallbacks bereitstellen.

Pipeline-Überblick

graph LR
    A[Quelltextur] --> B[Compute-Shader: Bright-Spot Detection]
    B --> C[Compute-Shader: Flare Tile Accumulation]
    C --> D[Render-Pass: Bokeh & Bloom]
    D --> E[Post Processing: Tone Mapping]
    E --> F[Canvas / Texture Output]

WebGPU initialisieren

const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter({ powerPreference: 'low-power' })
const device = await adapter?.requestDevice({
  requiredFeatures: ['timestamp-query'],
  requiredLimits: { maxTextureDimension2D: 4096 }
})
const context = canvas.getContext('webgpu')!
context.configure({
  device,
  format: navigator.gpu.getPreferredCanvasFormat(),
  alphaMode: 'premultiplied'
})

Ohne timestamp-query fällt die Messung auf CPU-Timer zurück.

Shader zur Erkennung heller Bereiche

// shaders/bright-spot.wgsl
@group(0) @binding(0) var<storage, read> inputImage: array<vec4<f32>>;
@group(0) @binding(1) var<storage, read_write> brightMask: array<f32>;

@compute @workgroup_size(16, 16)
fn main(@builtin(global_invocation_id) global_id: vec3<u32>) {
  let idx = global_id.y * textureWidth + global_id.x;
  if (idx >= arrayLength(&inputImage)) { return; }
  let color = inputImage[idx];
  let luminance = dot(color.rgb, vec3<f32>(0.299, 0.587, 0.114));
  brightMask[idx] = select(0.0, luminance, luminance > params.threshold);
}

Mache params.threshold über UI-Slider justierbar, um das Look-and-Feel anzupassen.

Tile-Akkumulation

// shaders/flare-accumulate.wgsl
@group(0) @binding(0) var<storage, read> brightMask: array<f32>;
@group(0) @binding(1) var<storage, read_write> flareTiles: array<vec4<f32>>;

@compute @workgroup_size(8, 8)
fn main(@builtin(workgroup_id) group_id: vec3<u32>) {
  let tileIndex = group_id.y * tileCountX + group_id.x;
  var sum = vec4<f32>(0.0);
  for (var y = 0u; y < TILE_SIZE; y = y + 1u) {
    for (var x = 0u; x < TILE_SIZE; x = x + 1u) {
      let idx = (group_id.y * TILE_SIZE + y) * textureWidth + (group_id.x * TILE_SIZE + x);
      sum += vec4<f32>(brightMask[idx]);
    }
  }
  flareTiles[tileIndex] = sum / f32(TILE_SIZE * TILE_SIZE);
}

Tile-Größen zwischen 16 und 32 sind ein guter Start; auf schwachen Geräten kann die Auflösung weiter reduziert werden.

Komposition im Render-Pass

// pipeline/render.ts
const flarePipeline = device.createRenderPipeline({
  vertex: { module: device.createShaderModule({ code: quadVert }) },
  fragment: {
    module: device.createShaderModule({ code: flareFrag }),
    targets: [{ format: contextFormat }]
  },
  primitive: { topology: 'triangle-list' }
})

const pass = commandEncoder.beginRenderPass({
  colorAttachments: [{
    view: context.getCurrentTexture().createView(),
    loadOp: 'load',
    storeOp: 'store',
    clearValue: { r: 0, g: 0, b: 0, a: 1 }
  }]
})

Der Fragment-Shader mischt Bloom- und Bokeh-Texturen.

// shaders/flare.frag.wgsl
@group(0) @binding(0) var flareSampler: sampler;
@group(0) @binding(1) var flareTexture: texture_2d<f32>;
@group(0) @binding(2) var blurTexture: texture_2d<f32>;

@fragment
fn main(@builtin(position) pos: vec4<f32>) -> @location(0) vec4<f32> {
  let uv = pos.xy / vec2<f32>(canvasSize);
  let flare = textureSample(flareTexture, flareSampler, uv);
  let blur = textureSample(blurTexture, flareSampler, uv);
  return mix(flare, blur, params.blurMix) * params.intensity;
}

Energie- und Performance-Tuning

  • Auflösungs-Skalierung: Bestimme die Renderauflösung aus device.limits.maxTextureDimension2D und window.devicePixelRatio.
  • Workgroup-Drosselung: Bei Batteriestand < 20 % Workgroup-Anzahl halbieren.
  • Uniform-Updates: Nur bei UI-Änderungen aktualisieren.
  • Timestamps: writeTimestamp einsetzen und warnen, wenn GPU-Zeit > 5 ms.
const querySet = device.createQuerySet({ type: 'timestamp', count: 2 })
passEncoder.writeTimestamp(querySet, 0)
// ... Render-Operationen ...
passEncoder.writeTimestamp(querySet, 1)

Barrierefreiheit und Fallbacks

Wenn prefers-reduced-motion: reduce gesetzt ist, stattdessen ein statisches PNG ausgeben.

.hero-visual {
  background-image: url('/images/hero-static.png');
}

@media (prefers-reduced-motion: no-preference) {
  .hero-visual {
    background-image: none;
    canvas { display: block; }
  }
}

Speichere das statische Asset in der PWA, damit Offline-Nutzer ein konsistentes Bild sehen.

Monitoring und Experimente

Verfolge folgende Kennzahlen mit performance-guardian:

MetrikZielAktion
GPU-Framezeit< 6 msWorkgroup-Größen tunen
Akkuverbrauch (5-Min-Schnitt)< 2%Auflösungsskalierung reduzieren
LCP-Varianz±100 msStatisches Bild erwägen
CTR+5 %Effekt ausrollen, falls Conversion steigt

Checklist

  • [ ] Fallback für Nicht-WebGPU-Umgebungen vorhanden.
  • [ ] Compute- und Render-Pass sind entkoppelt.
  • [ ] GPU-Kosten via timestamp-query sichtbar.
  • [ ] prefers-reduced-motion wird beachtet.
  • [ ] Battery-API senkt Qualität im Energiesparmodus.
  • [ ] CTR und LCP werden per RUM überwacht.

Zusammenfassung

Mit WebGPU lassen sich komplexe Linseneffekte über schlanke Shader realisieren. Kombiniere Tile-basierte Berechnungen und Auflösungsskalierung, um auch auf schwacher Hardware stabile 60 fps zu halten. Miss visuelle Wirkung zusammen mit Akku- und LCP-Einfluss, damit Production-Rollouts ein ausgewogenes Verhältnis von Wow-Effekt und Performance behalten.

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