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首先简单介绍GPGPU programming
和CPU Random Memory Accesses(随机内存获取)不同,GPU是用平行架构处理 大量的并行数据,例如vertex和fragment就是分开计算的。使用GPU并利用这种特性来进行非图形计算被称为GPGPU编程(General Purpose GPU Programming)。大量并行无序数据的少分支逻辑(少if)适合GPGPU,例如粒子间互不影响的粒子系统。GPGPU平台或接口有DirectCompute,OpenCL,CUDA等。
从此图可以看出 CPU和GPU之间的数据传输是瓶颈。故当使用GPGPU时,对Texture的逐像素处理不需要传回CPU,因而速度比较快。
【概念】
Compute
Shaders是在GPU运行却又在普通渲染管线之外的程序。用于运行GPGPU
program。平行算法被拆分成 很多线程组,而线程组包含很多线程。例如一个线程处理一个像素点。而一定要注意这种处理是无序的随机的,并不一定是固定的处理顺序,例如不一定是从左到右挨个处理像素点。
线程组
A Thread Group 运行在一个GPU单元 (A single multiprocesser),如果GPU有16个
multiprocesser,那么程序至少要分成16个 Thread Group使得每个multiprocesser都参与计算。
组之间不分享内存。
线程
一个线程组包含n个线程,每32个thread称为一个warp(nvidia:warp=32 ,ati:wavefront=64,因此未来此数字可能会更高)。从效率考虑,一个线程组包含的线程数最好的warp的倍数,256是一个比较合适的数字。
【实现步骤】
(1)在compute shader里 通过对贴图或者buffer进行数据读写
(2)在cs脚本里设置shader的贴图或者buffer并运行
【规则语法】1 Compute Shaders的文件后缀为.compute
2 使用#pragma指出内核。
一个Compute Shader至少需要一个内核。
例如 #pragma kernel FillWithRed
也可以接宏定义
#pragma kernel KernelOne SOME_DEFINE DEFINE_WITH_VALUE=1337 #pragma kernel KernelTwo OTHER_DEFINE
3 函数语法
下面通过一个完整简单的ComputeShader演示
- #pragma kernel FillWithRed
- RWTexture2D< float4 > res;
-
- [numthreads(1,1,1)]
- void FillWithRed (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
- {
-
res[id.xy] = float4(1,0,0,1); - }
这一段代码只是输出红色至res贴图.
一 前缀
在核的前缀用三个纬度,定义了一个线程组内线程的数量,如果只用2个纬度那么,最后一个参数为1即可
[numthreads(thread_group_size_x,thread_group_size_y,1)]
GroupID:线程组id
ThreadIID:组内线程id
DispatchThreadID:线程DispatchId
(DispatchThreadID =GroupID*组内线程数 + ThreadId)
这些id都是从0开始
二 资源类型
cs可以读取两种类型的资源:buffer ,texture
【buffer】
例如顶点缓冲就是一种buffer,很多时候我们去定义struct数组并作为buffer传入cs
自己定义buffer(必须是固定size):
struct Data
{
float x;
};
StructuredBuffer< Data > b;
RWStructuredBuffer< Data > b;
buffer的添加是append,消耗是consume
texture:
只读 Texture2d< float4 > xx;
读写 RWTexture2d< float4 > xx;
RWTexture2d< float2 > xx; //RG_int
在Unity里读写的只能是RenderTexture并且支持随机读写(RenderTexture enableRandomWrite=true)
三 其他
1 每个线程都有一个对应的id: SV_DispatchThreadID
对贴图进行采样不能用Sample 而是SampleLevel,额外的参数是mipmap level ,0为最高级,1为次级,2...
2 int格子转换至[0,1]uv范围
例如一张512x512的贴图
Texture2d tex;
tex.SampleLevel(samPoint,float2(id.x,id.y)/512)
blur需要所有所有像素都sample完,因此需要同步:
GroupMemoryBarrierWithGroupSync();
[例一:基本贴图计算]
将一张贴图所有像素点赋予红色,很简单。
CS脚本
-
using
UnityEngine ; -
using
System .Collections; -
public
class SetTexColor_1 : MonoBehaviour { -
Material mat; -
ComputeShader shader; -
Start() -
-
(); -
-
RunShader() -
-
-
RenderTexture -
-
新建RenderTexture -
tex = new RenderTexture (256, 256, 24); -
开启随机写入 -
= true; -
创建RenderTexture -
(); -
赋予材质 -
= tex; -
-
Compute Shader -
-
找到compute shader中所要使用的KernelID -
k = shader.FindKernel ("CSMain"); -
设置贴图 参数1=kid 参数2=shader中对应的buffer名 参数3=对应的texture, 如果要写入贴图,贴图必须是RenderTexture并enableRandomWrite -
(k, "Result", tex); -
运行shader 参数1=kid 参数2=线程组在x维度的数量 参数3=线程组在y维度的数量 参数4=线程组在z维度的数量 -
(k, 256 / 8, 256 / 8, 1); -
- }
Compute Shader
-
//1
定义kernel的名称 -
#pragma
kernel CSMain -
//2
定义buffer -
RWTexture2D
Result; -
//3
kernel函数 - //组内三维线程数
- [numthreads(8,8,1)]
-
void
CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID) - {
-
//给buffer赋值 -
//纯红色 -
//Result[id.xy] = float4(1,0,0,1); -
//基于uv的x给颜色 -
float v = id.x/256.0f; -
Result[id.xy] = float4(v,0,0,1); - }
-
[例二:Buffer使用]
这个例子并不是讲实现粒子系统,而只是演示简单的Buffer使用和传递。
步骤:
shader:
1 定义struct结构体
2 声明struct变量
3 函数里计算
c#:
1 定义对应的struct结构体
2 声明struct数组
3 创建buffer
ComputeBuffer buffer = new ComputeBuffer(count,40);
参数1是 数组长度(等于2个三维的乘积),参数2是结构体的字节长度如float=4
4 初始化结构体并赋予buffer
buffer .SetData (values);
参数是 struct数组
5 Dispatch
还是 FindKernel-> SetBuffer ->Dispatch
Compute Shader
-
#pragma
kernel CSMain -
struct
PBuffer - {
-
float life; -
float3 pos; -
float3 scale; -
float3 eulerAngle; - };
-
RWStructuredBuffer
buffer; -
float
deltaTime; - [numthreads(2,2,1)]
-
void
CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID) - {
-
int index = id.x + id.y * 2 * 2; -
buffer[index].life -= deltaTime; -
buffer[index].pos = buffer[index].pos + float3(0,deltaTime,0); -
buffer[index].scale = buffer[index].scale; -
buffer[index].eulerAngle = buffer[index].eulerAngle + float3(0,20*deltaTime,0); - }
CS脚本
using
using
using
//Buffer数据结构
struct
{
};
public
}
参考:
《Introduction_to_3D_Game_Programming_with_Directx_11》