OpenGL 之 Compute Shader(通用计算并行加速)
平常我们使用的Shader有顶点着色器、几何着色器、片段着色器,这几个都是为光栅化图形渲染服务的,OpenGL 4.3之后新出了一个Compute Shader,用于通用计算并行加速,现在对其进行介绍。
介绍Compute Shader之前需要先介绍一下ImageTexture:
普通的Texture在GLSL中只能进行读取(sampler采样获取数据),写入则必须在Fragment Shader中写入帧缓冲绑定的附件Texture当前像素中,不能随意指定位置写入,并且不能同时读写同一张纹理(我试过不行,有博客同样说不行,应该是不行吧)。
1、生成Texture
void WKS::ImageTexture::setupTexture() {
glGenTextures(, &this->textureID);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, this->textureID);
glTexStorage2D(GL_TEXTURE_2D, , GL_RGBA32F, width, height);
// turn off filtering and wrap modes
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, );
}
注意,要是用 glTexStorage2D()生成固定大小纹理,不能使用glTexImage2D()
2、生成ImageTexture
glBindImageTexture(, this->inputTexture, , GL_FALSE, , GL_READ_ONLY, GL_RGBA32F);
inputTexture对应1、中生成的Texture纹理ID。第一个参数是ImageTexture绑定点,与texture纹理绑定点应该不重合。
3、GLSL中声明
layout (rgba32f, binding = ) uniform image2D input_image;
补充:ImageTexture底层是Texture,那么在Host上可以进行访问
a、初始化,传入数据
void WKS::ImageTexture::Transfer2Texture(float* data) {
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, this->textureID);
glTexSubImage2D(GL_TEXTURE_2D, , , , width, height, GL_RGBA, GL_FLOAT, data);
}
b、读取数据
float* WKS::Texture::GetTextureData(GLuint width, GLuint height, GLuint channels, GLuint texID) {
float* data = new float[width * height * channels];
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texID);
if(channels==) glGetTexImage(GL_TEXTURE_2D, , GL_RED, GL_FLOAT, data);
if(channels==) glGetTexImage(GL_TEXTURE_2D, , GL_RGB, GL_FLOAT, data);
if (channels == ) glGetTexImage(GL_TEXTURE_2D, , GL_RGBA, GL_FLOAT, data);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, );
return data;
}
现在来介绍Compute Shader:
#version core
layout (local_size_x=, local_size_y=) in; uniform float v[]; layout (rgba32f, binding = ) uniform image2D input_image;
layout (rgba32f, binding = ) uniform image2D output_image; shared vec4 mat_shared[][]; void main(void)
{
ivec2 pos=ivec2(gl_GlobalInvocationID.xy);
mat_shared[pos.x][pos.y]=imageLoad(input_image,pos);
barrier();
vec4 data=mat_shared[pos.x][pos.y];
data.r=v[]+data.r;
data.g=v[]+data.g;
data.b=v[]+data.b;
data.a=v[]+data.a;
imageStore(output_image,pos.xy,data);
}
计算由一个一个计算单元完成,layout (local_size_x=16, local_size_y=16) in; 是表示本地工作组的由16*16的计算单元组成,本地工作组可以共享Shadered变量。
多个本地工作组构成全局工作组,由:
glDispatchCompute(, , );
启动计算,参数表示全局工作组的维度(以本地工作组为单位),(1,1,1)表示只有一个本地工作组。
注意:Compute Shader 只有一个阶段(渲染一般是vertex+fragment 2个阶段),编译类型选择GL_COMPUTE_SHADER
Shader(const char* computePath) :programId()
{
std::vector<ShaderFile> fileVec;
fileVec.push_back(ShaderFile(GL_COMPUTE_SHADER, computePath));
loadFromFile(fileVec);
}
示例:
对一个4*4的vec4矩阵的所有元素加上vec4(0, 0.1,0.2,0.3)
初始化:
void SceneRendering::setupAddData() {
int num = * * ;
this->inputData = new float[num];
for (int i = ; i < num; i++) inputData[i] = i;
for (int i = ; i < ; i++) v[i] = i*0.1f;
shader_add = new Shader("./Shader/add.comp");
WKS::ImageTexture* texturePtr = new WKS::ImageTexture(, );
this->inputTexture = texturePtr->GetTextureID();
this->outputTexture = (new WKS::ImageTexture(, ))->GetTextureID();
texturePtr->Transfer2Texture(inputData);
}
调用Compute Shader:
void SceneRendering::performCompute() {
this->shader_add->use();
this->shader_add->setVecN("v", , v);
glBindImageTexture(, this->inputTexture, , GL_FALSE, , GL_READ_ONLY, GL_RGBA32F);
glBindImageTexture(, this->outputTexture, , GL_FALSE, , GL_WRITE_ONLY, GL_RGBA32F);
glDispatchCompute(, , );
glMemoryBarrier(GL_SHADER_IMAGE_ACCESS_BARRIER_BIT);
glFinish();
}
主函数调用,结果输出:
glClearColor(0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 我们现在不使用模板缓冲//Compute Shader
this->performCompute();
float* data = WKS::Texture::GetTextureData(, , , this->outputTexture);
int index = ;
for (int i = ; i < ; i++) {
for (int j = ; j < ; j++) {
std::cout << "(" <<data[index]<<","<<data[index+]<<","<<data[index+]<<","<<data[index+]<< ")" << " ";
index += ;
}
std::cout << std::endl;
}
std::cout<< std::endl;
free(data);
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