計(jì)算著色器

計(jì)算著色器是在顯卡上并位于正常渲染管線(xiàn)之外運(yùn)行的程序。它們可用于大規(guī)模并行的 GPGPU 算法，或用于加速游戲渲染的某些部分。為了有效使用它們，通常需要深入了解 GPU 架構(gòu)和并行算法；并了解?DirectCompute、OpenGL Compute、CUDA?或?OpenCL。

Unity 中的計(jì)算著色器與?DirectX?11 DirectCompute 技術(shù)緊密配合。計(jì)算著色器適用的平臺(tái)：

• Windows 和 Windows 應(yīng)用商店，使用 DirectX 11 或 DirectX 12 圖形 API 和 Shader Model 5.0 GPU

• macOS 和 iOS，使用?Metal 圖形?API

• Android、Linux 和 Windows 平臺(tái)，Vulkan?API

• 現(xiàn)代?OpenGL?平臺(tái)（Linux 或 Windows 上的 OpenGL 4.3；Android 上的 OpenGL ES 3.1）。請(qǐng)注意，Mac OS X 不支持 OpenGL 4.3

• 現(xiàn)代游戲主機(jī)（Sony PS4 和 Microsoft Xbox One）

在運(yùn)行時(shí)可使用?SystemInfo.supportsComputeShaders?來(lái)查詢(xún)計(jì)算著色器支持情況。

計(jì)算著色器資源

類(lèi)似于常規(guī)著色器，計(jì)算著色器是項(xiàng)目中的資源文件，文件擴(kuò)展名為?.compute。它們是以 DirectX 11 樣式?HLSL?語(yǔ)言編寫(xiě)的，具有最少數(shù)量的 #pragma 編譯指令來(lái)指示哪些函數(shù)將編譯為計(jì)算著色器內(nèi)核。

下面是計(jì)算著色器文件的基本示例，它使用紅色填充輸出紋理：

// test.compute
# pragma kernel FillWithRed 
RWTexture2D<float4> res; 
[numthreads(1,1,1)] 
void FillWithRed (uint3 dtid : SV_DispatchThreadID) { ? ?
res[dtid.xy] = float4(1,0,0,1); 
}

此處的語(yǔ)言是標(biāo)準(zhǔn)?DX11 HLSL，具有附加的?#pragma kernel FillWithRed?指令。一個(gè)計(jì)算著色器資源文件必須包含至少一個(gè)可以調(diào)用的?compute kernel，該函數(shù)由?#pragma directive?指示。文件中可以有更多內(nèi)核；只需添加多個(gè)?#pragma kernel?行。

使用多個(gè)?#pragma kernel?行時(shí)，請(qǐng)注意在?#pragma kernel?指令的同一行上不允許?// text?樣式的注釋?zhuān)绻褂?，?huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。

可選擇性地在?#pragma kernel?行后面添加要在編譯該內(nèi)核時(shí)定義的多個(gè)預(yù)處理器宏，例如：

# pragma kernel KernelOne SOME_DEFINE DEFINE_WITH_VALUE=1337 
# pragma kernel KernelTwo OTHER_DEFINE // ...

調(diào)用計(jì)算著色器

在腳本中，應(yīng)定義 ComputeShader 類(lèi)型的變量并分配對(duì)資源的引用。如此便可使用?ComputeShader.Dispatch?函數(shù)來(lái)調(diào)用它們。請(qǐng)參閱關(guān)于?ComputeShader 類(lèi)的 Unity 文檔以了解更多詳細(xì)信息。

與計(jì)算著色器密切相關(guān)的是?ComputeBuffer?類(lèi)，該類(lèi)將定義任意數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（在 DX11 術(shù)語(yǔ)中稱(chēng)為“結(jié)構(gòu)化緩沖區(qū)”）。如果已設(shè)置“隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)”標(biāo)志（在 DX11 中稱(chēng)為“無(wú)序訪(fǎng)問(wèn)視圖”），也可從計(jì)算著色器中寫(xiě)入渲染紋理。請(qǐng)參閱?RenderTexture.enableRandomWrite?以了解與此相關(guān)的更多信息。

計(jì)算著色器中的紋理采樣器

紋理和采樣器不是 Unity 中的單獨(dú)對(duì)象，因此要在計(jì)算著色器中使用它們，必須遵循以下 Unity 特定規(guī)則之一：

• 使用與紋理名稱(chēng)相同的名稱(chēng)，以?sampler?開(kāi)頭（例如，Texture2D MyTex；SamplerState samplerMyTex）。在此情況下，采樣器將初始化為紋理的過(guò)濾/包裹/各向異性 (filter/wrap/aniso) 設(shè)置。

• 使用預(yù)定義采樣器。因此，該名稱(chēng)必須具有?Linear?或?Point（對(duì)于過(guò)濾模式）和?Clamp?或?Repeat（包裹模式）。例如，SamplerState MyLinearClampSampler?會(huì)創(chuàng)建一個(gè)具有線(xiàn)性過(guò)濾模式和鉗制包裹模式的采樣器。

有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱采樣器狀態(tài)文檔。

跨平臺(tái)支持

與常規(guī)著色器一樣，Unity 可將計(jì)算著色器從 HLSL?轉(zhuǎn)換為其他著色器語(yǔ)言。因此，對(duì)于最簡(jiǎn)單的跨平臺(tái)版本，應(yīng)以 HLSL 編寫(xiě)計(jì)算著色器。但是，在執(zhí)行此操作時(shí)需要考慮一些因素。

跨平臺(tái)最佳實(shí)踐

DirectX 11 (DX11) 支持在其他平臺(tái)（如?Metal?或?OpenGL ES）上不支持的許多操作。因此，應(yīng)始終確保著色器在提供更少支持的平臺(tái)（而不是僅在 DX11 上）上具有良好定義的行為。以下是要考慮的一些事項(xiàng)：

• 越界內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)是錯(cuò)誤的。DX11 在讀取時(shí)可能始終返回零，并且在讀取某些寫(xiě)入時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，但提供較少支持的平臺(tái)可能會(huì)在執(zhí)行此操作時(shí)導(dǎo)致 GPU 崩潰。密切注意特定于 DX11 的破解問(wèn)題，與線(xiàn)程組大小倍數(shù)不匹配的緩沖區(qū)大小，試圖從緩沖區(qū)的開(kāi)頭或結(jié)尾讀取相鄰的數(shù)據(jù)元素，以及類(lèi)似的不兼容性。

• 初始化您的資源。新緩沖區(qū)和紋理的內(nèi)容是未定義的。有些平臺(tái)可能會(huì)提供全零，但在其他平臺(tái)上，可能會(huì)有某種內(nèi)容（包括非數(shù)字）。

• 綁定計(jì)算著色器聲明的所有資源。即使您確定著色器在當(dāng)前狀態(tài)下由于分支而沒(méi)有使用資源，仍必須確保有資源與其綁定。

平臺(tái)特定差異

• Metal（適用于 iOS 和 tvOS 平臺(tái)）不支持對(duì)紋理的原子操作。Metal 也不支持對(duì)緩沖區(qū)的?GetDimensions?查詢(xún)。如果需要，請(qǐng)將緩沖區(qū)大小信息作為常量傳遞給著色器。

• OpenGL ES?3.1（適用于 Android、iOS、tvOS 平臺(tái)）僅保證一次支持 4 個(gè)計(jì)算緩沖區(qū)。實(shí)際的實(shí)現(xiàn)通常支持更多數(shù)量，但在一般情況下，如果為 OpenGL ES 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，應(yīng)考慮在結(jié)構(gòu)中對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)分組，而不是將每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)放在自己的緩沖區(qū)中。

僅限 HLSL 或僅限 GLSL 的計(jì)算著色器

通常情況下會(huì)以?HLSL?編寫(xiě)計(jì)算著色器文件，并自動(dòng)將這些文件編譯或轉(zhuǎn)換到所有需要的平臺(tái)中。但是，可以阻止轉(zhuǎn)換為其他語(yǔ)言（即僅保留 HLSL 平臺(tái)）或者手動(dòng)編寫(xiě)?GLSL?計(jì)算代碼。

以下信息僅適用于僅限 HLSL 或僅限 GLSL 的計(jì)算著色器，而不適用于跨平臺(tái)版本。這是因?yàn)榇诵畔⒖赡軐?dǎo)致計(jì)算著色器源代碼被排除在某些平臺(tái)之外。

• 對(duì)于非 HLSL 平臺(tái)，不會(huì)處理?CGPROGRAM?和?ENDCG?關(guān)鍵字包圍的計(jì)算著色器源代碼。

• GLSLPROGRAM?和?ENDGLSL?關(guān)鍵字包圍的計(jì)算著色器源代碼視為 GLSL 源代碼，并逐字發(fā)出。這僅在目標(biāo)平臺(tái)為 OpenGL 或 GLSL 平臺(tái)時(shí)才奏效。還應(yīng)注意，雖然自動(dòng)轉(zhuǎn)換的著色器遵循緩沖區(qū)上的 HLSL 數(shù)據(jù)布局，但是手動(dòng)編寫(xiě)的 GLSL 著色器將遵循 GLSL 布局規(guī)則。