GLSL性能 - 函数返回值/类型

Question

我正在使用双三次过滤来平滑我的高度图，我在GLSL中实现了它：

双立方插值（参见interpolate()函数）

float interpolateBicubic(sampler2D tex, vec2 t) 
{

vec2 offBot =   vec2(0,-1);
vec2 offTop =   vec2(0,1);
vec2 offRight = vec2(1,0);
vec2 offLeft =  vec2(-1,0);

vec2 f = fract(t.xy * 1025);

vec2 bot0 = (floor(t.xy * 1025)+offBot+offLeft)/1025;
vec2 bot1 = (floor(t.xy * 1025)+offBot)/1025;
vec2 bot2 = (floor(t.xy * 1025)+offBot+offRight)/1025;
vec2 bot3 = (floor(t.xy * 1025)+offBot+2*offRight)/1025;

vec2 mbot0 = (floor(t.xy * 1025)+offLeft)/1025;
vec2 mbot1 = (floor(t.xy * 1025))/1025;
vec2 mbot2 = (floor(t.xy * 1025)+offRight)/1025;
vec2 mbot3 = (floor(t.xy * 1025)+2*offRight)/1025;

vec2 mtop0 = (floor(t.xy * 1025)+offTop+offLeft)/1025;
vec2 mtop1 = (floor(t.xy * 1025)+offTop)/1025;
vec2 mtop2 = (floor(t.xy * 1025)+offTop+offRight)/1025;
vec2 mtop3 = (floor(t.xy * 1025)+offTop+2*offRight)/1025;

vec2 top0 = (floor(t.xy * 1025)+2*offTop+offLeft)/1025;
vec2 top1 = (floor(t.xy * 1025)+2*offTop)/1025;
vec2 top2 = (floor(t.xy * 1025)+2*offTop+offRight)/1025;
vec2 top3 = (floor(t.xy * 1025)+2*offTop+2*offRight)/1025;

float h[16];

h[0] = texture(tex,bot0).r;
h[1] = texture(tex,bot1).r;
h[2] = texture(tex,bot2).r;
h[3] = texture(tex,bot3).r;

h[4] = texture(tex,mbot0).r;
h[5] = texture(tex,mbot1).r;
h[6] = texture(tex,mbot2).r;
h[7] = texture(tex,mbot3).r;

h[8] = texture(tex,mtop0).r;
h[9] = texture(tex,mtop1).r;
h[10] = texture(tex,mtop2).r;
h[11] = texture(tex,mtop3).r;

h[12] = texture(tex,top0).r;
h[13] = texture(tex,top1).r;
h[14] = texture(tex,top2).r;
h[15] = texture(tex,top3).r;

float H_ix[4];

H_ix[0] = interpolate(f.x,h[0],h[1],h[2],h[3]);
H_ix[1] = interpolate(f.x,h[4],h[5],h[6],h[7]);
H_ix[2] = interpolate(f.x,h[8],h[9],h[10],h[11]);
H_ix[3] = interpolate(f.x,h[12],h[13],h[14],h[15]);

float H_iy = interpolate(f.y,H_ix[0],H_ix[1],H_ix[2],H_ix[3]);

return H_iy;
}

这是我的版本，纹理大小（1025）仍然是硬编码的。在顶点着色器和/或曲面细分评估着色器中使用它，它会非常严重地影响性能（20-30fps）。但是，当我将此函数的最后一行更改为：

return 0;

性能提升就像我使用双线性或最近/没有过滤一样。

同样的情况发生在:(我的意思是表现仍然不错）

return h[...]; //...
return f.x; //...
return H_ix[...]; //...

插值功能：

float interpolate(float x, float v0, float v1, float v2,float v3)
{
    double c1,c2,c3,c4; //changed to float, see EDITs

    c1 = spline_matrix[0][1]*v1;
    c2 = spline_matrix[1][0]*v0 + spline_matrix[1][2]*v2;
    c3 = spline_matrix[2][0]*v0 + spline_matrix[2][1]*v1 + spline_matrix[2][2]*v2 + spline_matrix[2][3]*v3;
    c4 = spline_matrix[3][0]*v0 + spline_matrix[3][1]*v1 + spline_matrix[3][2]*v2 + spline_matrix[3][3]*v3;

    return(c4*x*x*x + c3*x*x +c2*x + c1);
};

当我返回最终的H_iy值时，fps只会减少。 返回值如何影响性能？

编辑我刚刚意识到我在double函数中使用了interpolate()来声明c1，c2等等。 我已将其更改为float，现在性能仍然很好，具有正确的返回值。 所以问题有所改变：

double精度变量如何影响硬件的性能，以及为什么其他插值函数不会触发此性能损失，只有最后一个，因为H_ix[]数组也是float，就像H_iy？

一样

Answer 1

您可以做的一件事就是使用texelFetch()代替floor() / texture()，因此硬件不会浪费时间进行任何过滤。虽然硬件过滤速度非常快，这也是我将gpu gems文章链接起来的部分原因。现在还有一个textureSize()函数可以保存自己传递的值。

GLSL有一个非常积极的优化器，它可以抛弃一切可能的东西。因此，假设您花了很多时间计算一个非常昂贵的照明值，但最后只说colour = vec4(1)，您的所有计算都会被忽略，并且运行速度非常快。在尝试对事物进行基准测试时，这可能会让人习惯。我相信这是您在返回不同值时看到的问题。想象一下，每个变量都有一个依赖树，如果输出中没有使用任何变量，包括制服和属性，甚至在着色器阶段，GLSL完全忽略它。我看过GLSL编译器的一个地方就是在没有必要时复制输入/输出函数参数。

至于双精度，类似的问题在这里：https://superuser.com/questions/386456/why-does-a-geforce-card-perform-4x-slower-in-double-precision-than-a-tesla-card。 通常，图形需要很快并且几乎总是使用单精度。对于更通用的计算应用，例如科学模拟，双精度当然可以提供更高的精度。你可能会发现有关CUDA的更多信息。

Answer 2

您可以通过硬件使用双线性插值来获得优势。双三次插值基本上可以写成双线性插值输入点的双线性插值。像这样：

uniform sampler2D texture;
uniform sampler2D mask;
uniform vec2 texOffset;
varying vec4 vertColor;
varying vec4 vertTexCoord;
void main() {
  vec4 p0 = texture2D(texture, vertTexCoord.st).rgba;
  vec2 d  = texOffset * 0.125;
  vec4 p1 = texture2D(texture, vertTexCoord.st+vec2( d.x, d.y)).rgba;
  vec4 p2 = texture2D(texture, vertTexCoord.st+vec2(-d.x, d.y)).rgba;
  vec4 p3 = texture2D(texture, vertTexCoord.st+vec2( d.x,-d.y)).rgba;
  vec4 p4 = texture2D(texture, vertTexCoord.st+vec2(-d.x,-d.y)).rgba;
  gl_FragColor = (  2.0*p0   + p1 + p2 + p3 + p4)/6.0;
 }

这是结果

• 第一张图片是标准的Hradware插值
• 第二张图片使用上面的代码进行双三次插值
• 相同的双三次插值，但用离散的颜色来看轮廓线