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我们在shader中写if语句#xff0c;例如#xff1a;
if(a0){//do some cool thing
}else{//do other cool thing
}实际上#xff0c;编译器会进行优化#xff0c;以及处理成多种不同的情况。比如编译器会将if和else展开#xff0c;分别执行其中的代…Shader中的if分支
我们在shader中写if语句例如
if(a0){//do some cool thing
}else{//do other cool thing
}实际上编译器会进行优化以及处理成多种不同的情况。比如编译器会将if和else展开分别执行其中的代码然后根据测试条件选择一个结果这被称为Flatten。或者编译器会真的编译出if指令真正的动态分支。这取决于平台是否支持。比如在老的OpenGL ES 2.0平台编译器总是进行Flatten所以if分支才被视作性能杀手。当然即便是没有Flatten真正的动态分支由于会让同一个Warp中的线程不能同步执行而互相等待也会造成性能问题。在DX11中编译器支持[branch]和[flatten]指令这样就可以主动选择是flatten还是真动态分支了:
[branch] if(x)
{x sqrt(x);
}[flatten] if(x)
{ x sqrt(x);
}具体参考https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl-if 另外如果if中的测试条件是uniform这样编译器也是可以安全的优化为只执行一个分支的代码的效率和没有分支一样。 关于shader分支优化还有很多的说法比如使用lerp以及使用一些特殊的函数计算来代替分支还有三元运算符等等但是随着硬件平台和编译器的发展一些方法已经不能优化甚至反而是负优化了这儿就不展开了其实是我也没完全弄明白。本文只想说一下Unity shader中对于flatten和branch的处理。
UNITY_BRANCH和UNITY_FLATTEN
由于Unity Shader是跨平台的不仅仅是DX系列的HLSL还支持OpenGL, Metal, Vulkan等平台的Shader因此对branch和flatten进行了包装也就是UNITY_BRANCH和UNITY_FLATTEN。例如
UNITY_BRANCH
if (screenPos.x 0.5) {
// run expensive code A
} else {
// run expensive code B
}UNITY_FLATTEN
if (screenPos.x 0.5) {
// run expensive code A
} else {
// run expensive code B
}使用UNITY_BRANCH时if分支只会执行满足条件的那个分支而使用UNITY_FLATTEN两种情况都需要执行。看起来我们应该总使用branch但是branch指令本身也是有消耗的如果if两边的操作都比较简单使用branch反而可能得不偿失。 在OpenGL中其实是没有branch指令的编译器会自己选择是否flatten。以及上面说过的GLES 2.0直接就只有flatten。所以这个指令只是一个hint具体还是要看平台。
branch不能使用的一种情况
fixed4 color fixed4(0,0,0,0);
UNITY_BRANCH
if (screenPos.x 0.5) {float2 uv screenPos * 2.0;color tex2D(_MyTex, uv);
}这儿调用tex2D会产生错误因为 tex2D 会使用uv的导数(即一个像素到另一个像素的变化值去决定mip map的级别但是由于这儿的 uv 只在if分支中计算这不能保证可以计算出导数因为导数需要邻近像素的数据。修改方法如下
fixed4 color fixed4(0,0,0,0);
float2 uv screenPos * 2.0;
if (screenPos.x 0.5) {color tex2D(_MyTex, uv);
}URP中使用UNITY_BRANCH的地方
color grading UNITY_BRANCHif (userLutContrib 0.0){input.rgb LinearToSRGB(input.rgb); // In LDR do the lookup in sRGB for the user LUThalf3 outLut ApplyLut2D(TEXTURE2D_ARGS(userLutTex, userLutSampler), input, userLutParams);input lerp(input, outLut, userLutContrib);input.rgb SRGBToLinear(input.rgb);}因为if中需要采样LUT贴图如果不是动态分支不使用 userLut的情况下也会执行这个代码代价就太大了。
附加光realtime阴影 // We have to branch here as otherwise we would sample buffer with lightIndex -1.// However this should be ok for platforms that store light in SSBO.UNITY_BRANCHif (lightIndex 0)return 1.0;float4 shadowCoord mul(_AdditionalShadowsBuffer[lightIndex].worldToShadowMatrix, float4(positionWS, 1.0));
#elsefloat4 shadowCoord mul(_AdditionalLightsWorldToShadow[lightIndex], float4(positionWS, 1.0));
#endifhalf4 shadowParams GetAdditionalLightShadowParams(lightIndex);return SampleShadowmap(TEXTURE2D_ARGS(_AdditionalLightsShadowmapTexture, sampler_AdditionalLightsShadowmapTexture), shadowCoord, shadowSamplingData, shadowParams, true);
这个代码注释也说了必须branch否则就会多采样shadow map。
参考资料
https://forum.unity.com/threads/correct-use-of-unity_branch.476804/https://zhuanlan.zhihu.com/p/122467342https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl-ifhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/525931936
