Shader第二十八讲|Shader第二十八讲 Compute Shaders Shader第二十八讲ComputeShaders

【Shader第二十八讲|Shader第二十八讲 Compute Shaders】http://blog.sina.com.cn/s/blog_471132920102w97k.html

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。

Compute Shader

Compute Shader下文简称cs

【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=https://www.it610.com/article/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)]【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)

using UnityEngine;
using System.Collections;
public class SetTexColor_1 : MonoBehaviour {
public Material mat;
public ComputeShader shader;
void Start()
{
RunShader ();
}
void RunShader()
{
////
// RenderTexture
////
//1 新建RenderTexture
RenderTexture tex = new RenderTexture (256, 256, 24);
//2 开启随机写入
tex.enableRandomWrite = true;
//3 创建RenderTexture
tex.Create ();
//4 赋予材质
mat.mainTexture = tex;
////
// Compute Shader
////
//1 找到compute shader中所要使用的KernelID
int k = shader.FindKernel ("CSMain");
//2 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
shader.SetTexture (k, "Result", tex);
//3 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
shader.Dispatch (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 ComputeBufferbuffer = 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 ->DispatchCompute 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 UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;

//Buffer数据结构
struct PBuffer
{
//size 40
public float life; //4
public Vector3 pos; //4x3
public Vector3 scale; //4x3
public Vector3 eulerAngle; //4x3
};

public class Particles_2 : MonoBehaviour {
public ComputeShader shader;
public GameObject prefab;
private List< GameObject > pool = new List< GameObject >();
int count = 16;
private ComputeBuffer buffer;

void Start()
{
for (int i = 0; i<count; i++) {
GameObject obj = Instantiate (prefab) as GameObject;
pool.Add (obj);
}
CreateBuffer ();
}

void CreateBuffer()
{
buffer = new ComputeBuffer(count,40);
PBuffer[] values = new PBuffer[count];
for (int i = 0; i < count; i++) {
PBuffer m = new PBuffer ();
InitStruct (ref m);
values [i] = m;
}
buffer.SetData (values);
}

void InitStruct(ref PBuffer m )
{
m.life = Random.Range(1f,3f);
m.pos = Random.insideUnitSphere * 5f;
m.scale = Vector3.one * Random.Range(0.3f,1f);
m.eulerAngle = new Vector3 (0, Random.Range(0f,180f), 0);
}

void Update()
{
//运行Shader
Dispatch ();

//根据Shader返回的buffer数据更新物体信息
PBuffer[] values = new PBuffer[count];
buffer.GetData(values);
bool reborn = false;
for (int i = 0; i < count; i++) {
if (values [i].life < 0) {
InitStruct (ref values [i]);
reborn = true;
} else {
pool [i].transform.position = values [i].pos;
pool [i].transform.localScale = values [i].scale;
pool [i].transform.eulerAngles = values [i].eulerAngle;
//pool [i].GetComponent().material.SetColor ("_TintColor", new Color(1,1,1,values [i].life));
}
}
if(reborn)
buffer.SetData(values);
}

void Dispatch()
{
shader.SetFloat ("deltaTime", Time.deltaTime);
int kid = shader.FindKernel ("CSMain");
shader.SetBuffer (kid, "buffer", buffer);
shader.Dispatch (kid, 2, 2, 1);
}

void ReleaseBuffer()
{
buffer.Release();
}
private void OnDisable()
{
ReleaseBuffer();
}
}

参考：
《Introduction_to_3D_Game_Programming_with_Directx_11》
转载于:https://www.cnblogs.com/nafio/p/9137266.html