Dalam dunia grafik 3D, simulasi fizik, dan pengkomputeran saintifik, mempunyai perpustakaan algebra linear yang cekap adalah penting. Sebuah perpustakaan Rust baharu yang dipanggil lin-alg telah muncul, menawarkan operasi vektor, kuaternion, dan matriks untuk pelbagai aplikasi termasuk grafik komputer, robotik, dan pemodelan saintifik. Walau bagaimanapun, ekosistem Rust sudah mempunyai beberapa pilihan yang mantap dalam bidang ini, menyebabkan komuniti mempersoalkan di mana perpustakaan baharu ini sesuai.
Ekosistem Sesak dengan Pemain Mantap
Ekosistem gamedev dalam Rust kelihatan terutamanya terbahagi antara dua perpustakaan algebra linear utama: nalgebra (biasa digunakan dengan enjin fizik Rapier) dan glam. Terdapat juga bevy_math, yang menurut ramai pengulas sebenarnya mengeksport semula fungsi glam, dan perpustakaan cgmath yang lebih lama yang tidak dikemaskini sejak Januari 2021. Perpecahan ini mewujudkan cabaran untuk pembangun yang cuba memilih alat yang sesuai untuk projek mereka, terutamanya apabila perpustakaan mempunyai falsafah reka bentuk dan strategi pengoptimuman yang berbeza.
Ekosistem gamedev kelihatan terbahagi antara nalgebra (untuk pengguna Rapier) dan glam. Di manakah lin-alg sesuai?
Perbezaan Implementasi dan Pertimbangan Prestasi
Salah satu perkara perbincangan utama dalam komuniti berkisar tentang bagaimana perpustakaan ini mengimplementasikan jenis vektor secara dalaman, yang memberi kesan langsung kepada prestasi. Menurut analisis komuniti, nalgebra menggunakan tatasusunan saiz tetap (Vec4 distrukturkan sebagai [[f32; 4]; 1]), manakala lin-alg kelihatan menggunakan medan individu (struktur dengan medan x, y, z, w), dan glam memanfaatkan jenis SIMD (__m128) untuk beberapa operasi. Perbezaan implementasi ini sangat penting untuk aplikasi yang kritikal dari segi prestasi.
Beberapa pengulas menunjukkan kepada mathbench-rs, projek penanda aras yang membandingkan pelbagai perpustakaan matematik. Perbincangan mendedahkan bahawa untuk prestasi SIMD (Single Instruction, Multiple Data) yang optimum, ramai pembangun lebih suka pendekatan yang berbeza daripada yang digunakan oleh glam - menstrukturkan vektor untuk memproses pelbagai masalah secara serentak dan bukannya menggunakan SIMD untuk operasi vektor tunggal.
Pustaka Algebra Linear dalam Ekosistem Rust
- nalgebra: Menggunakan tatasusunan saiz tetap, popular dengan enjin fizik Rapier
- glam: Menggunakan jenis SIMD untuk beberapa operasi, digunakan secara meluas dalam pembangunan permainan
- bevy_math: Mengeksport semula fungsi glam
- cgmath: Pustaka lebih lama, tidak dikemas kini sejak Januari 2021
- lin-alg: Pustaka baru dengan implementasi bidang individu, sokongan no_std
Perbezaan Implementasi
| Pustaka | Implementasi Vektor | Catatan |
|---|---|---|
| nalgebra | Tatasusunan saiz tetap ([[f32; 4]; 1]) |
|
| lin-alg | Bidang individu (struktur dengan x,y,z,w) | |
| glam | Jenis SIMD (__m128) untuk beberapa jenis |
Ciri Utama lin-alg
- Operasi vektor, matriks, dan kuaternion
- Jenis berasaskan f32 atau f64
- Sokongan no_std untuk sistem terbenam
- Fungsi grafik komputer tersedia melalui bendera ciri
- Pengekodan/penyahkodan binari Bincode melalui bendera ciri
Sokongan No_std dan Bendera Ciri
Salah satu aspek yang mungkin baharu dalam lin-alg adalah sokongan no_std untuk sistem terbenam. Walau bagaimanapun, seorang pengulas menyatakan bahawa pendekatan perpustakaan terhadap bendera ciri tidak mengikuti amalan yang disyorkan oleh Rust. Perpustakaan ini menggunakan ciri no_std untuk menyahaktifkan fungsi perpustakaan standard, sedangkan komuniti Rust umumnya mengesyorkan mempunyai ciri std yang secara bersyarat membolehkan ciri perpustakaan standard. Pendekatan ini memastikan bendera ciri kekal bersifat tambahan, mengikuti prinsip reka bentuk Rust.
Motivasi Pembangun
Walaupun penanda aras tidak disediakan, spekulasi komuniti tentang motivasi penulis telah disahkan oleh pencipta perpustakaan. Bukannya memberi tumpuan kepada kelebihan prestasi, perpustakaan itu kelihatan telah dicipta disebabkan oleh kekecewaan dengan operasi kuaternion yang tidak konsisten dalam perpustakaan sedia ada. Penulis menyebut bahawa mereka menggunakannya sebagai cara yang kurang geseran untuk memelihara fungsi geometri antara pelbagai projek, mendapati lebih mudah untuk mengubahsuai kod mereka sendiri daripada melalui proses permintaan tarik dengan perpustakaan lain.
Bagi pembangun yang mempertimbangkan perpustakaan algebra linear mana yang hendak digunakan dalam projek Rust mereka, pilihan tetap kompleks. Walaupun pilihan mantap seperti nalgebra dan glam mempunyai pangkalan pengguna yang lebih besar dan berpotensi ujian yang lebih menyeluruh, lin-alg menawarkan alternatif yang mungkin lebih sesuai untuk kes penggunaan tertentu, terutamanya di mana konsistensi operasi kuaternion adalah keutamaan atau di mana sokongan no_std diperlukan.
Rujukan: Vectors, quaternions, and matrices for general purposes, and computer graphics.