Unity Shader：Compute Shader详解
发表于2018-03-20
Compute Shaders是在GPU运行却又在普通渲染管线之外的程序，通过Compute Shader我们可以将大量可以并行的计算放到GPU中计算从而节省CPU资源，Unity 5.6版本提供的 Graphics.DrawMeshInstancedIndirect 接口可以非常方便的配合ComputeShader做大规模渲染。下面就和大家介绍下Compute Shader。
首先将一些Compute Shader中不同于普通Shader的概念梳理下：
numthreads（MSDN）
个人理解：
numthreads 定义了一个三维的线程结构
如果我们在程序的Dispatch接口发送了（5，3，2）这样的结构，就会生成5x3x2个线程组，其中每个组的线程结构由ComputeShader中的numthreads定义，图中numthreads定义了10x8x3的三维结构，由此，我们可以分析4个HLSL关键词的定义。
- SV_GroupThreadID 表示该线程在该组内的位置
- SV_GroupID 表示整个组所分配的位置
- SV_DispatchThreadID 表示该线程在所有组的线程中的位置
- SV_GroupIndex 表示该线程在该组内的索引
通过这些关键词，我们可以在并行计算时获取其他线程的输入数据
如果是计算4X4的矩阵加法，可以定义为4X4X1的numthreads结构，这样线程的索引会自动匹配输入的矩阵，同样，我们可以定义16X1X1的结构，但这样只能基于当前线程数去计算输入矩阵（原文是 however it would then have to calculate the current matrix entry based on the current thread number. 没太理解）
- SM4.5 允许numthreads最多768条线程
- SM5.0 允许numthreads最多1024条线程
Sampler
sampler在ComputeShader中的定义与普通Shader略有不同，常用的DX9的声明方法在ComputeShader中不再适用，贴图采样需使用DX10/11中的方法
又因为贴图的Mip level在compute shader中没有定义，因此无法将线程数匹配到具体像素，必须自己定义Mip level，所以使用Texture.SampleLevel 或者 Texture.Load 来采样，几何着色器和顶点着色器同理。
Example
我们首先在C#脚本中和Shader中定义同样的结构体
public struct MyInstance｛
public Vector3 color;
public Vector3 position;
public Vector3 velocity;
public Vector3 scale;
｝
struct _myIns｛
float3 color;
float3 position;
float3 velocity;
float3 scale;
｝;
在C#脚本中初始化ComputeBuffer并赋值到Compute Shader和渲染用的普通Shader中
void InitBuffer()
｛
argsBuffer = new ComputeBuffer(1, args.Length * sizeof(uint), ComputeBufferType.IndirectArguments);
uint numIndices = meshInstance.GetIndexCount(0);
args[0] = numIndices;
args[1] = (uint)num;
argsBuffer.SetData(args);
instanceBuffer = new ComputeBuffer(num, MySize.SizeOfFloat3*4);
_instance = new MyInstance[num];
for (int i = 0; i < num; i++)
｛
MyInstance mi = new MyInstance();
mi.color = new Vector3(Random.Range(0f, 1f), Random.Range(0f, 1f), Random.Range(0f, 1f));
mi.position = Random.insideUnitSphere * Radius;
mi.velocity = Random.insideUnitSphere;
mi.scale = Vector3.one;
_instance[i] = mi;
｝
instanceBuffer.SetData(_instance);
matinstance.SetBuffer("positionBuffer", instanceBuffer);
//compute shader init
_kernel = insCompute.FindKernel("CSMain");
if (_kernel == -1)
｛
Debug.LogError("Failed to find kernel");
return;
｝
insCompute.SetBuffer(_kernel, "inss", instanceBuffer);
insCompute.SetFloat("deltaTime", Time.fixedDeltaTime);
insCompute.SetFloat("radiu", Radius);
insCompute.SetTexture(_kernel, "noiseTex", noiseTex);
｝
ComputeShader我们简单的使用了128x1x1的线程结构
float deltaTime;
float radiu;
RWStructuredBuffer<_myIns> inss;
Texture3D<float4> noiseTex;
SamplerState samplernoiseTex
｛
Filter = MIN_MAG_MIP_LINEAR;
AddressU = Wrap;
AddressV = Wrap;
｝;
[numthreads(BLOCKSIZE,1,1)]
void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
｛
// TODO: insert actual code here!
uint i = id.x;
uint num, stride;
inss.GetDimensions(num, stride);
float3 position = inss[i].position;
float3 velocity = inss[i].velocity;
float3 ns = inss[i].scale;
float3 uv = float3(abs(position.x),abs(position.y),abs(position.z))/radiu;
ns = noiseTex.SampleLevel(samplernoiseTex,uv,0);
//caculate
position += 5 * velocity * deltaTime;
if(i < num)
｛
inss[i].position = position;
inss[i].velocity = velocity;
inss[i].scale = ns*ns;
｝
｝
普通Shader中通过SV_InstanceID获取GPU Instance索引
v2f vert (appdata_full v, uint instanceID : SV_InstanceID)
｛
#if SHADER_TARGET >= 45
_myIns data = positionBuffer[instanceID];
#else
_myIns data = 0;
#endif
float3 localPosition = v.vertex.xyz * data.scale;
float3 worldPosition = data.position + localPosition;
float3 worldNormal = v.normal;
float3 ndotl = saturate(dot(worldNormal, _WorldSpaceLightPos0.xyz));
float3 ambient = ShadeSH9(float4(worldNormal, 1.0f));
float3 diffuse = (ndotl * _LightColor0.rgb);
float3 color = data.color;
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_VP, float4(worldPosition, 1.0f));
o.uv_MainTex = v.texcoord;
o.ambient = ambient;
o.diffuse = diffuse;
o.color = color;
TRANSFER_SHADOW(o)
return o;
｝
最后在Update中通过DrawMeshInstancedIndirect进行绘制
private void Update()
｛
var numOfGroups = Mathf.CeilToInt((float)num / GroupSize);
insCompute.Dispatch(_kernel, numOfGroups, 1, 1);
Bounds bs = new Bounds(transform.position, Vector3.one * Radius);
Graphics.DrawMeshInstancedIndirect(meshInstance, 0, matinstance, bs, argsBuffer);
｝
最终运行结果如下：
来自：http://blog.csdn.net/notmz/article/details/75547759