UPL9-17——Compute Shader

本章代码关键字

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ComputeShader                    // ComputeShader类，可以关联计算Shader资源
computeShader.FindKernel()        // 查找computeShader某个kernel函数的索引，需要传入函数名，通过索引去执行入口函数
computeShader.Dispatch()        // 传入要执行的kernel函数的索引，同时传入xyz线程组，线程组传入数量和kernel函数声明的线程组的线程数量有关

Compute Shader

Compute Shader (计算着色器) 是让 GPU 帮你算东西的程序，是一种在 GPU 上运行的 通用计算程序
属于 GPGPU（通用 GPU 计算 —— General-Purpose GPU Computing）的一部分
它的核心目标是：让开发者脱离渲染管线，直接利用 GPU 的并行计算能力来处理计算任何类型的数据

举例说明

  • CPU 像一个聪明的人，会处理复杂的逻辑（比如“写策划案”）
  • GPU 像一大群工人，擅长干重复、独立的活（比如“拧螺丝”）

Compute Shader 就是告诉这群 GPU 工人：
每个人负责一个任务，大家一起干，干完告诉我结果，比如：
我们想要计算一个 512 * 512 的图片，每个像素的颜色要变化一点
CPU 一次只能处理一个像素，要一个一个像素依次处理
GPU 有几千个核心，可以一次处理几千个像素

因此，Compute Shader 就相当于是写给 GPU 的批量计算脚本，让 GPU 帮助我们批量的计算

注意：Compute Shader 不像普通 Shader，它不依赖渲染管线，主要就是用来处理计算的
普通 Shader 是用来渲染画图的，Compute Shader 是用来计算数据的

Compute Shader 的应用其实横跨了很多知识体系，比如：

  1. 图形学知识
  2. 并行计算
  3. 数学与算法
  4. 引擎整合
  5. Shader 开发

等等

现在学习的知识，只是掌握了对 Compute Shader 的基础认知
知道它的工作原理，知道它的基本使用，具体如何应用它，还有很多路要走

你可以认为 Compute Shader 其实并不是 Shader 的补充模块，而是一个独立的并行计算体系！是前端程序员进阶必须要学习的内容！

Compute Shader 的基本结构

  1. 创建 Compute Shader 文件

    在 Project 窗口 右键 Create —> Shader —> Compute Shader
    创建的文件后缀为 .compute，属于 HLSL 风格代码

    image

  2. Compute Shader 文件 基本结构

    1. 声明入口函数
    2. 声明输入输出资源
    3. 声明每个线程组内的线程数量
    4. 声明入口函数类型
    5. 书写核心计算逻辑
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    // 1. 声明入口函数
    #pragma kernel CSMain

    // 2. 声明输入输出资源
    RWTexture2D<float4> Result;

    [numthreads(8,8,1)] // 3. 声明每个线程组内线程数量
    // 4. 声明入口函数类型
    void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
    {
        // 5. 书写核心计算逻辑
        Result[id.xy] = float4(id.x & id.y, (id.x & 15)/15.0, (id.y & 15)/15.0, 0.0);
    }

C# 调用 Compute Shader

  1. 在 C# 代码中找到对应的 ComputeShader 文件，可以声明 ComputeShader 类型公开变量，然后在 Inspector 处关联对象，或者动态加载
  2. 利用 API 找到入口函数索引 computeShader.FindKernel()
  3. 传递相关参数 computeShader.SetXXX()​（不同类型参数调用不同的 Set 方法）
  4. 启动计算 computeShader.Dispatch(入口函数索引, x线程组数, y线程组数, z线程组数)
  5. 使用 GPU 计算完成输出的数据渲染或者传回 CPU
  6. 释放资源

注意：Dispatch() 函数的调用类似异步，不会对 CPU 造成阻塞

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using UnityEngine;

public class Lesson92 : MonoBehaviour
{
    public ComputeShader computeShader;     // 声明 computeShader 变量，可以通过 Inspector 窗口关联，也可以动态加载

    void Start()
    {
        int index = computeShader.FindKernel("CSMain"); // 获取 computeShader 中名为 CSMain 的函数索引
        computeShader.SetFloat("f", 10.0f);             // 传递相关参数
        computeShader.Dispatch(index, 64, 64, 0);       // 启动计算
        // 使用GPU计算完成输出的数据渲染或者传回CPU
        // 释放资源
    }
}

Compute Shader 相关

  • 多个入口函数
  • 数据类型
  • 数据输入规则
  • 组内线程数量
  • 参数的系统语义
  • 获取 GPU 数据
  • 常用 API
  • 应用场景

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