shader程序员需要注意的优化Tips

在写shader的时候，其实一些写法对于其执行影响非常大，而且由于gpu和cpu在架构上的不同，代码的优化思想也不一样，最近一直在写几个shader，为了性能问题，查阅了很多资料，把一些tips总结下来。

 

首先要树立几个思想：

1.gpu是SIMD的架构，即单指令多数据流架构，即在gpu上同时执行n个数据和执行1个数据的效率是一样的，我们要

尽量的把并行的计算搬到gpu上

2.gpu是以向量计算为基础设计的，也就是说在gpu上执行一个向量乘法和执行一个float的乘法的效率是一样的，

并不向cpu那样要多执行几次

3、通常，需要渲染的像素比顶点数多，而顶点数又比物体数多很多。所以如果可以，尽量将运算从PS移到VS，或直接通过script来设置某些固定值；

 

 

所以

1.尽量把一些计算合并成向量计算，记住一个向量计算和一个float计算那样快！

比如 

float x,y;

x = x * a;

y = y * b;

不如写成 float2 v = float2(x,y);

v = v*float2(a,b);

因为前一种写法是两次乘法计算，而后一种只要1次

2.不要在gpu里面用分支或者条件判断这种语句，尽管大多数gpu 的shader支持这种语法，但是多数gpu里面的

这种控制语句涉及到一些同步等消耗的操作，其实大多数这种语句都可以用数值的方式替代。

比如 你想写 

float4 a;
if(b > 1)
{
 a.a=1;
}
else
{
 a.a =0.5;
}

可以改写成 

float4 a;
float tmp = step(b,1);
a = tmp * 0.5 + (1-tmp);

if else可以被step出来的0 或1的乘法代替又比如

float4 a;
if(b && c || d && e)
{
 a.a = 1;
}
else
{
 a.a = 0.5;
}

可以写成

float4 a;
float tmp = step(1, (float)b*(float)c + float(d)*float(e));
a = tmp + (1-tmp) * 0.5;

&& 我们用转换到float后的乘法代替，||可以被判断加法step 1代替

 

而这种操作，尤其是shader内置的函数比条件判断和分支的效率要高很多，别忘了，GPU纯粹是为了计算的，而不是做判断

 

3.尽量使用shader为我们提供的内置函数，这些内置的函数比我们想象的要快很多，往往应用了某些gpu的特殊特性。

比如要比较a和b谁大用max（a,b）,还有例如上面反复用的step，虽然你可以写用(float)(a>=1)来替换step（1，a）,

但是这还是没有内置函数更快的，包括常用的saturate（）把一个数归到0-1,总之一句话，如果能用一个内置函数替换

你的某些代码，就尽量替换。而且这些内置函数基本上都是支持对向量操作的，所以如果用step（a,fixed3(1,2,3)）其

实只是一条指令，但是却可以同时返回用a同1 2 3分别比较的结果。

 

4.使用swizzle是非常快的，例float4 a = float4(1,1,1,1)，用a.wz = float2(2，3）要比 a.w=3; a.z=2要高效很多

 

5.浮点数精度相关：
　　float:最高精度，通常32位
　　half:中等精度，通常16位，-60000到60000，
　　fixed:最低精度，通常11位，-2.0到2.0，1/256的精度。
　　尽量使用低精度。对于color和unit length vectors，使用fixed，其他情况，根据取值范围尽量使用half，实在不够则使用float。
　　在移动平台，关键是在fragment shader中尽可能多的使用低精度数据。另外，对于多数移动GPU，在低精度和高精度之间转换是非常耗的，在fixed上做swizzle操作也是很费事的。

 

6.Alpha Test
　　Alpha test和clip()函数，在不同平台有不同的性能开销。
　　通常使用它来cull那些完全透明的像素。
　　但是，在ios和一些android上使用的PowerVR GPUs上面，alpha test非常的昂贵。

 

7、Color Mask
　　在移动设备上，Color Mask也是非常昂贵的，所以尽量别使用它，除非真的是需要。

 

8、在使用Surface Shader时，可以通过一些指令让shader优化很多。
　　通常情况下，Surface shader的很多默认选项都是开启的，以适应大多数情况，但是很多时候，你可以关闭其中的一些选项，从而让你的shader运行的更快：
　　(1) approxview 对于使用了view direction的shader，该选项会让view dir的normalize操作per-vertex进行，而不是per-pixel。这个优化通常效果明显。
　　(2) halfasview 可以让Specular shader变得快一些，使用一个介于光照方向和观察方向之间的half vector来代替真正的观察方向viewDir来计算光照函数。
　　(3) noforwardadd Forward Render时，完全只支持一盏方向光的per-pixel渲染，其余的光照全部按照per-vertex或SH渲染。这样可以确保shader在一个pass里渲染完成。
　　(4) noambient 禁掉ambient lighting和SH lighting，可以让shader快一点儿。