[toc]本篇讨论UnityGraphicsPrograming第一册第二章内容 ComputeShader(CS)语法 参考资料： https://docs.unity3d.com/Manual/class-ComputeShader.html https://docs.unity3d.com/Manual/SL-SamplerStates.html 在Manul左侧的目录中也存在很多值的参考的消息 ▲Thread相关常数 参考资料：微软DX官方文档 Kernel：一个GPU任务，需要在CS代码中声明；computeShader.FindKernel(“KernelName”); Thread Group：Kernel的执行单元；computeShader.Dispatch(kernelID, a, b, c); 同时执行的Thread Group数为a * b * c，左上角为(0,0,0)，右为X轴正方形，下为Y轴正方向，Z表示阵列厚度； SV_GroupID：类似的宏表示CS代码中的常数；组坐标；Thread所在的Thread Group的坐标； 根据情况，如果只指定x和y值不为1，有助于提升效率。 Thread：Thread Group的执行单元；[numthreads(x, y, z)]； 单个Thread Group中的Thread数为x * y * z，左上角为(0,0,0)，右为X轴正方形，下为Y轴正方向，Z表示阵列厚度； SV_GroupThreadID：组内线程坐标；Thread在自己的Thread Group中的坐标； SV_DispatchThreadID：Thread在所有Thread中的坐标；可以理解为将一个长方体切成a * b * c份，每一份再切成x * y * z份，某个Thread在这个类似于坐标系的长方体中也可以用三维坐标表示：SV_DispatchThreadID = (x,y,z) * SV_GroupID + SV_GroupThreadID。 SV_GroupIndex：Thread所在的Thread Group的Index；排序方式为从每一页的左上角开始，右数至末端后从下一排左端开始，右数至最后一排时从下一页开始。 ▲CS语法 CS语法和Shader语法有很多类似之处，读者应熟练掌握Shader语法后再尝试CS语法。 Kernel声明： #pragma kernel KernelFunction 类似于Shader的Pass中定义vertex、geometry、fragment，这里的kernel声明了一个GPU任务(Kernel)的名称并指定了执行方法，在C#脚本中对Kernel的Dispatch会直接执行这个函数。 Kernel的ID：根据定义先后顺序，0,1…进行赋值。 包含声明： #include “SimplexNoise3D.hlsl” 这个完全和Shader语法一致。 变量声明： RWStructuredBuffer intBuffer; RWStructuredBuffer _OutPositions; RWTexture2D textureBuffer; StructuredBuffer _InPositions; int intValue; float floatValue; 在CS代码中的计算可能涉及到标量、向量、矩阵、纹理、数组、常量、float、bool等，这些变量都有读取(赋值)和保存(取值)需求。 RW类型的Buffer支持读/写，而StructuredBuffer只支持读； 函数声明： float4 taylorInvSqrt(float4 r) { return 1.79284291400159 - r * 0.85373472095314; } 几乎都有retrun。 Kernel函数声明： [numthreads(4, 1, 1)] void KernelFunction_B(uint3 groupThreadID : SV_GroupThreadID) { intBuffer[groupThreadID.x] += 1; } 没有return，函数主要功能为向Buffer写入数据。 numthreads标签：声明单个Thread Group的Tread阵列； SV_GroupThreadID：访问Thread的恒量，每个语法需参考其定义，只能从有限的语法中选择。 Texture读写： RWTexture2D textureBuffer; //Texture2D声明 float width, height; textureBuffer.GetDimensions(width, height); //获取Texture2D实例的像素宽高 textureBuffer[dispatchThreadID.xy] = float4(0,0,0,1); //Texture2D的写入 ▲Compute Shader实例用法 CS代码需要配套的C#代码进行驱动，让本来应该由CPU计算的活传递给GPU负责。 指定Compute Shader实例： public ComputeShader computeShader; ComputeShader这个类不能直接实例化，必须在编辑模式下指定好。 获取Kernel的ID： int kernelID = computeShader.FindKernel(“Kernel_A”); 一个CS文件中可以定义多个Kernel，我们通过字符串标记来区别。 为Buffer赋值： 在CS文件中声明的Buffer并不会被Unity直接声明，我们需要主动开辟这块内存并向里面赋值； ComputeBuffer intComputeBuffer = new ComputeBuffer(4, sizeof(int)); Buffer中可以存储任意结构体，单个数据的长度和数据数量必须指定。 public struct someData {} //声明一个值类型 NativeArray data = new NativeArray(4, Allocator.Temp); //创建值类型数组 for (int i = 0; i < 4; ++i) { data[i] = i; //为数组赋值 } intComputeBuffer.SetData(data); //填充Buffer cmd.SetGlobalBuffer(m_intComputeBufferId, intComputeBuffer); 如果一个Buffer是全局变量，可以在不同shader、computeshader中使用。 创建ColorBuffer： RenderTexture rt = new RenderTexture(512, 512, 0, RenderTextureFormat.ARGB32); rt.enableRandomWrite = true; //SM5.0 或者CS中必须开启 rt.Create(); computeShader.SetTexture(kernelID, “textureBuffer”, rt); //关联CS变量 有图片专用缓存 指定Kernel执行所需的参数： computeShader.SetBuffer(kernelID, “intBuffer”, intComputeBuffer); computeShader.SetTexture(kernelID, “textureBuffer”, renderTexture); 为Buffer填充数据时需要指定Kernel、Buffer名、Buffer实例； computeShader.SetInt(“intValue”, 1); 不同于Buffer类型变量，我们在填充float和float数组等变量时无需指定Kernel。 执行Kernel： computeShader.Dispatch(kernelID, 1, 1, 1); 获取Buffer中的数据： int[] result = new int[4]; intComputeBuffer.GetData(result); 释放Buffer: intComputeBuffer.Release(); 既然new了，记得release；如果Buffer尺寸固定的，设置为静态的也可以。 ▲GPU结构与变量存储 SP(streaming processor)：最基本的处理单元，可执行一个Thread；图中绿色框框(Core)；一个SM中根据不同构架包含100个左右的SP，硬件上分为多个warp。 warp：调度和运行的基本单元，比如图中32个SP组成一个区块，所有Thread执行相同指令，可以空闲。 SM(streaming multiprocessor)：GPU大核，比如一个GPU有16个SM。 Register：与SP相对的存储区域，存储函数内引用的本地变量，离SP最近，访问速度最快，以4byte为单位构成。 Shared Memory：与SM相对的存储区域，与L1缓冲一同被管理 Global Memory on DRAM：在DRAM中，容量很大，访问速度相对慢。 local memory：在DRAM中，存储Register中装不下的数据。 texture memory：将Global Memory作为texture的专用存储区域。 constant memory：读取专用存储区域，预先保存Kernel的引数和定数。 registers(Read-write per-thread) local memory(Read-write per-thread) shared memory(Read-write per-block) global memory(Read-write per-grid) constant memory(Read-only per-grid) texture memory(Read-only per-grid) ▲HLSL编程指南 很多细节是没法在书中展开的，需要仔细阅读微软的HLSL编程指南。 ▲Variable Syntax变量声明语法 HLSL变量类似于C语言，变量有一些命名限制，根据变量声明的位置决定了变量的作用域属性，可以将user metadata附加到变量。HLSL中有几种标准数据类型，也定义了C语言中没有的额外类型，以帮助优化4元矩阵计算。 [Storage_Class] [Type_Modifier] Type Name[Index] [: Semantic] [: Packoffset] [: Register]; Storage_Class 提示编译器 extern： 将全局变量标记为着色器的外部输入；这是所有全局变量的默认标记。 nointerpolation： 将vertex shader的outputs传递给pixel shader时，不进行差值。 precise： shared： groupshared： 变量存储于thread-group-shared memory，DX10中最多16kb，DX11中最多32kb。 在对groupshared变量进行写入时，多Threads之间没有同步，所以这意味着每个Thread只有对groupshared数组变量的部分区域的写入权限。使用SV_GroupIndex以保证多Threads之间不会发生冲突。在读取方面，所有Threads都有对数组的读取权限。 static： 标记一个local变量为static，初始化一次，在函数调用之间保持值不变。如果声明中没有初始化则值设置为0. uniform： 标记一个变量，在shader执行过程中其数据为恒量。 global变量默认为uniform。 volatile： 标记一个变量，这个变量频繁变更，提示编辑器将变量作为local变量。 Type_Modifier const row_major column_major：默认值 Type 变量类型 参考HLSL Data Types。 float/float4 name = {0,0,1,1} int/int name[3] = {1,2,3} Name[Index] 使用字符串作为shader变量的唯一标识。 定义数组类型变量时，Index表示数组长度。 Semantic 可选，参数的用法信息，用于连接到shader的输入/输出。 有几种预定义的Semantic供vertex/pixel shader使用。 Packoffset 可选关键字，Packing Rules for Constant Variables。 Register 可选关键字，将shader变量手动分配到指定Register。 Initial_Value 可选的初始值，值的数量应与声明匹配。 extern类型global变量必须初始化为a literal value(字面意思值？)。 static类型变量必须初始化为常量。 全局变量没标记为static或extern时，不会被编译到shader。 编译器不会自动设置全局变量的默认值，不会在优化中使用全局变量。