在Pixel Shader 3.0中使用动态流控制(Dynamic Flow Control)

 在Pixel Shader 3.0中使用动态流控制(Dynamic Flow Control)

 

作者： cywater2000

日期： 2007-1-27

来自： http://blog.youkuaiyun.com/cywater2000

 

 

前段时间需要用到 pixel shader 3.0 ( 以下简称 ps3) 的动态流控制特性。结果郁闷地发现 ps3 还是像 ps2.x 那样把分支与循环给展开了。百思不得其解 !

于是 google 之，在 GameDev 上发现了一些线索。再后来，终于在 DirectX Documentation 找到了真正的答案。

原来一切都是梯度惹的祸 !

在 DX 文档的“ Flow Control Limitations ”中，下面有一段介绍“ Interaction of Per-Pixel Flow Control With Screen Gradients ”。大意是说很多 ps 指令 ( 主要是与纹理采样有关 ) 需要用到屏幕梯度信息 ( 比如计算 LOD) ，而计算梯度需要相邻象素的信息( ▽p=(δp/δx, δp/δy) ) ，如果使用动态分支则会影响到硬件计算这些梯度信息。因此如果要在动态分支中使用带梯度信息的指令，则必须满足一定的条件。原文讲得很详细，我就不重复了。

 

下面举例说明：

void test(float2       coords   : TEXCOORD0,

       out float4      newColor : COLOR)

      

{

float j = tex2D(s0, coords).x;

while (j != 100)

{

coords += float2(1, 1) / 256;

 j += tex2D(s0, coords).x;

}

 

newColor = j;

}

使用 fxc.exe /Od /Zi /T ps_3_0 /E test /Fc test.txt test.fx 编译一下看看有什么效果？

error X3511: loop does not appear to terminate in a timely manner (1024 iterations)

 

好吧，让我们告诉微软的编译器只需要循环 2 次即可 ( 听说新版编译器 fxc10 解决了这个 bug ，但是 … 还是展开的 )

 

void test(float2       coords   : TEXCOORD0,

       out float4      newColor : COLOR)

      

{

float j = tex2D(s0, coords).x;

int i = 0;

while (j != 100 && i++ < 2)

{

coords += float2(1, 1) / 256;

     j += tex2D(s0, coords).x;

}

newColor = j;

}

 

       再编译一下看看会生成什么？

 

   ps_3_0

    def c0, -100, 0, 1, 0.00390625

    dcl_texcoord v0.xy // coords<0,1>

    dcl_2d s0

 

    texld r5, v0, s0

    mov r2.z, r5.x // j<0>

 

    add r12.w, r2.z, c0.x

    mov r11.w, -r12.w

    mov r13.w, -r11.w

    add r10.w, r12.w, r13.w

   cmp r8.w, r10.w, r12.w, r11.w

    mov r8.w, -r8.w

    add r9.w, r8.w, r8.w

    cmp r7.w, r9.w, c0.y, c0.z

    mul r6.w, r7.w, c0.z

    mul r7.w, r6.w, c0.z

    add r8.xy, v0, c0.w

    mov r8.xy, r8 // coords<0,1>

    texld r4, r8, s0

    add r8.z, r2.z, r4.x // j<0>

 

    mov r9.xyz, -r7.w

    mov r2.xy, v0

    cmp r6.xyz, r9, r2, r8 // coords<0,1>, j<0>

    mov r8.xy, r8 // coords<0,1>

    texld r3, r8, s0

    add r5.w, r2.z, r3.x // j<0>

 

    add r2.w, r5.w, c0.x

    mov r3.w, -r2.w

    mov r4.w, -r3.w

    add r1.w, r2.w, r4.w

    cmp r0.w, r1.w, r2.w, r3.w

    mov r0.w, -r0.w

    add r15.w, r0.w, r0.w

    cmp r14.w, r15.w, c0.y, c0.z

    mul r13.w, r14.w, c0.z

    mul r11.w, r7.w, r13.w

    add r10.xy, r6, c0.w // coords<0,1>

    texld r1, r10, s0

    add r12.w, r6.z, r1.x // j<0>

 

    mov r11.w, -r11.w

    cmp r0, r11.w, r6.z, r12.w // j<0,0,0,0>

 

    mov oC0, r0 // newColor<0,1,2,3>

// approximately 38 instruction slots used (4 texture, 34 arithmetic)

 

What the heck! 你给我展开做什么？ !~~~~~

 

原来是因为 tex2D 对应的指令是 texld ，后者是要用到梯度信息的。咋办？

看看 DX 的文档，上面说想要在动态分支中使用这些指令，就必须由用户自己提供相关的信息。比如使用 texldl ，就由用户提供 LOD 信息。

好，让我们改一下代码：

 

void test(float2       coords   : TEXCOORD0,

       out float4      newColor : COLOR)

      

{

float j = tex2D(s0, coords).x;

while (j != 100)

{

     coords += float2(1, 1) / 256;

     j += tex2Dlod( s0, float4(coords,0,0) ).x;

}

newColor = j;

}

 

  会发生什么事？

 

ps_3_0

    def c0, 0, -100, 0.00390625, 0

    defi i0, 255, 0, 0, 0

    dcl_texcoord v0.xy // coords<0,1>

    dcl_2d s0

 

    texld r8, v0, s0

    mov r7.w, r8.x // j<0>

    mov r2.w, v0.x // coords<0>

    mov r1.w, v0.y // coords<1>

    mov r0.w, r7.w // j<0>

    rep i0

 

      add r12.w, r0.w, c0.y

      mov r13.w, -r12.w

      mov r14.w, -r13.w

      add r11.w, r12.w, r14.w

      cmp r10.w, r11.w, r12.w, r13.w

      mov r9.w, -r10.w

      if_ge r9.w, r10.w

        mov r4.w, r1.w

        break

      endif

      mov r1.x, r2.w

      add r5.yw, r1.xwzx, c0.z // coords<1,0>

      mov r5.xz, c0.w

      texldl r6, r5.wyzx, s0

      add r0.w, r0.w, r6.x // j<0>

      mov r4.w, r5.y

      mov r2.w, r5.w

      mov r1.w, r4.w

    endrep

    mov r3, r0.w // j<0,0,0,0>

 

    mov oC0, r3 // newColor<0,1,2,3>

// approximately 27 instruction slots used (2 texture, 25 arithmetic)

 

终于看到 rep, if, break 了 ! 哭 ~~~~~

 

高兴之余提醒一下： tex2Dlod 需要提供 LOD 信息 ( 在纹理坐标的第 4 个分量中 ) ，我这里只是简单地设定为 0 。如果你的纹理没有创建 LOD 层级，当然没问题，否则你必须要手动计算 LOD 。

另外，关于其他一些 ps 指令 ( 比如 texld, texldb, texldp ) 的限制用法请参考 DX 文档 “ Interaction of Per-Pixel Flow Control With Screen Gradients ”。

 

好了，让我们利用动态分支开始写更复杂的 pixel shader 程序吧 !