使用OpenGL渲染和GLSL的GL_HALF_FLOAT

Question

我正在用C++编写一个OpenGL渲染器。我希望它尽可能高效，每个顶点/法线/UV纹理坐标/切线等占用的内存尽量少。我使用索引、线条和扇形。我认为32位浮点数并不是必需的，16位浮点数应该足够了，至少对于一些像法线和UV这样的属性来说。但我似乎找不到任何关于这方面的例子。我可以找到有关"GL_HALF_FLOAT"的讨论，但没有实际的示例。我走在正确的道路上吗？或者这不值得深入研究？如果有人知道这方面的示例，请发送源代码链接。

- user3397315

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你可以使用uint数据类型来打包和解包两个半精度浮点数。但在GLSL中，你能得到的最小数据类型是32位。请参阅uint packHalf2x16( vec2 v)以获取更多详细信息。 - Andon M. Coleman

@AndonM.Coleman，您可以在顶点缓冲区中使用HALF_FLOAT数据。当它到达着色器时，它当然会被扩展为32位精度，但如果半浮点足够精确，则仍然可以节省内存空间和带宽。 - Reto Koradi

@RetoKoradi：我完全读错了问题，因为我的思维在其他地方:-\ 我有点看到了标签，并认为他想要在GLSL中更改“float”的精度。是的，你是绝对正确的，尽管由于半浮点数不是大多数语言的一部分，所以像glm（假设这是C++）将不得不扮演那个角色。 - Andon M. Coleman

Answer 1

在完整的OpenGL中（与OpenGL ES不同），着色器代码始终使用32位浮点数。从OpenGL 3.0开始，支持将顶点数据指定为半精度浮点数。如果精度足够满足您的需求，则可以减少顶点数据的内存使用量，并减少顶点提取所需的带宽。

请记住，半精度浮点数的精度仅约为3-4个小数位。因此，精度真正受到严重限制。

至于如何使用它们，这非常简单。如果您有半精度浮点值的指针，您可以使用glBufferData()或glBufferSubData()将它们存储在VBO中，就像对任何其他类型一样。然后，glVertexAttribPointer()调用将如下所示，以一个具有3个组件的属性为例：

glVertexAttribPointer(loc, 3, GL_HALF_FLOAT, GL_FALSE, 0);

数据本身的格式是在ARB_texture_float扩展中定义的。尽管它没有官方名称，但它看起来至少非常类似于IEEE 754-2008格式。我以前根据维基百科的格式描述编写了转换代码，并且对于OpenGL使用工作正常。

大多数语言都没有内置的半浮点类型。因此，您要么需要编写几行代码将float转换为half-float，要么使用其他人编写的代码。

以下关于半浮点转换的资源是通过快速搜索得到的。我个人没有任何经验，您应该自行搜索找到最适合您需求的资源：

• 英特尔的一篇有趣的文章，解释了可能的性能优势: https://software.intel.com/en-us/articles/performance-benefits-of-half-precision-floats。这也提到了英特尔处理器有用于转换的指令（例如，有一个_mm256_cvtps_ph内部函数用于将浮点数转换为半精度浮点数）。
• 开源库用于半精度浮点数运算和转换: http://half.sourceforge.net/。
• gcc文档称其支持ARM目标的半精度浮点数类型（__fp16）。

- Reto Koradi