unity compute shader学习（一）

入门篇

创建compute shader

unity资产库中，右键创建一个compute shader。

默认的shader：

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// Each #kernel tells which function to compile; you can have many kernels
#pragma kernel CSMain

// Create a RenderTexture with enableRandomWrite flag and set it
// with cs.SetTexture
RWTexture2D<float4> Result;

[numthreads(8,8,1)]
void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    // TODO: insert actual code here!

    Result[id.xy] = float4(id.x & id.y, (id.x & 15)/15.0, (id.y & 15)/15.0, 0.0);
}

AI注释：

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// 编译指令，指定CSMain为计算着色器的主函数
#pragma kernel CSMain

// 定义一个只读写纹理，用于存储计算结果
RWTexture2D<float4> Result;

// 定义一个线程组，每个线程负责计算一个像素的颜色值
[numthreads(8,8,1)]
void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    // 计算像素颜色值
    Result[id.xy] = float4(id.x & id.y, (id.x & 15)/15.0, (id.y & 15)/15.0, 0.0);
}

CSMain函数最终会在GPU执行。

一个ComputeShader中 至少要有一个kernel才能够被唤起 。声明方法即为：

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#pragma kernel functionName

我们也可用它在一个ComputeShader里声明多个内核，可选择性地在 #pragma kernel 行后面添加要在编译该内核时定义的多个预处理器宏:

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#pragma kernel KernelOne SOME_DEFINE DEFINE_WITH_VALUE=1337
#pragma kernel KernelTwo OTHER_DEFIN

使用多个 #pragma kernel 行时，请注意在 #pragma kernel 指令的同一行上不允许 // text 样式的注释，如果使用，会导致编译错误。

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#pragma kernel functionName // 一些注释

定义线程（numthreads(8,8,1)，意味着每个线程组包含8x8的线程网格来一起处理图像的一个小区块）：

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numthreads(X, Y, Z)

X, Y, Z 表示每个线程组在各自维度上的线程数目。这三个数值决定了每个线程组具体包含多少个线程。它们乘积得出的结果是该线程组中总的线程数。

  • 这个数量决定了 GPU 上每次能并行运行多少个线程以及它们是如何组织的。
  • 计算任务在 Compute Shader 中通常被分割成许多小块来在多个线程中并行执行，每个小块由一个线程组处理。其中，每个线程组又包含了多个线程，这些线程会一起工作完成指定的任务。

这里的 Z 被设置成 1 是因为在大多数二维计算任务中，第三维并不需要。

numthreads 还会影响到内存共享策略，因为同一个 Thread Group 中的线程可以通过共享内存快速交换数据，这比跨 Thread Group 通信要高效得多。

    ps：也不是没有缺点，类似fragment shader，用线程块操作的时候无法获取到线程块以外的数据，那么会导致卷积算法出现接缝。

计算缓冲区compute buffer

ComputeShader程序通常需要将任意数据读取和写入内存缓冲区。

可以使用SystemInfo.supportsComputeShaders来查询是否支持缓冲区（具体与shader model的版本有关），这个函数的返回值是一个bool。

具体使用方法详见[官方文档](Unity - 脚本 API：ComputeBuffer (unity3d.com))。

最常用的是RWStructuredBuffer<任意类型的数据、结构体>，RWTexture2D

BeginWrite 开始对缓冲区执行写入操作
EndWrite 结束对缓冲区的写入操作
GetData 将数据值从缓冲区读取到数组中。数组只能使用可流通类型。
GetNativeBufferPtr 检索指向缓冲区的本机（基础图形 API）指针。
IsValid 如果此计算缓冲区有效，则返回 true，否则返回 false。
Release 释放计算缓冲区。
SetCounterValue 设置 append/consume buffer 的计数器值。
SetData 使用数组中的值设置缓冲区。

调用compute shader

可以在c#脚本中，使用Dispatch来调用compute shader。

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public void Dispatch(int kernelIndex, int threadGroupsX, int threadGroupsY, int threadGroupsZ);

参数解析

参数 解析
内核索引 要执行的内核。单个计算着色器资产可以有多个内核入口点。通常是一个数字。
线程组X X 维度中的工作组数。
线程组Y Y 维度中的工作组数。
线程组Z Z 维度中的工作组数。

 可以使用 GetKernelThreadGroupSizes函数查询工作组大小，使用FindKernel查询kernel函数的序号。

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int FindKernel(string name);
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void GetKernelThreadGroupSizes(int kernelIndex, out uint x, out uint y, out uint z);

具体使用

例如：

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//class
    public ComputeShader computeShader;
    private ComputeBuffer cBuffer;
//Start()
    cBuffer = new ComputeBuffer(缓冲区的长度,每个元素的大小（以字节为单位）);
    cBuffer.SetData(一种数据，比如数组);//初始化计算缓冲区
    computeShader.SetBuffer(0, "Compute Shader中定义好的计算缓冲区的名称", cBuffer); //将计算缓冲区设置为计算着色器
//Update()
    //运行计算着色器，粒子的位置将在GPU上更新
    computeShader.Dispatch(0, x, y, z);
    //从GPU获取数据到CPU
    cBuffer.GetData(一种数据，比如数组);//从GPU获取数据到CPU
    //最后不要忘记实现获取到的数据到游戏中

在 Compute Shader 中，你可以定义多个缓冲区，并通过名字来引用它们。在 Compute Shader 的 kernel 函数中，你可以使用 ulong 类型的 __global 变量作为缓冲区，并通过名字来引用它们。例如：

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RWStructuredBuffer<Particle> particleBuffer;

[numthreads(32, 1, 1)]
void main(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    Particle p = particleBuffer[id.x];
    // ...
}

在这个例子中，我们定义了一个名为 “particleBuffer” 的缓冲区，它是一个 Particle 类型的 RWStructuredBuffer，表示一个可读写的结构体缓冲区。然后，在 kernel 函数中，我们通过名字 particleBuffer 来引用这个缓冲区，并使用 [id.x] 来访问第 id.x 个元素。

在 C# 代码中，我们通过 computeShader.SetBuffer(0, "particleBuffer", cBuffer); 将 C# 中的 cBuffer 设置为 Compute Shader 中的 “particleBuffer” 缓冲区。这样，在 Compute Shader 中，我们就可以通过 “particleBuffer” 来访问 C# 中的数据了。

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