在SceneKit中，“simd”前缀是什么意思？

Question

有一个名为SCNNode(SIMD)的SCNNode类别，它声明了一些属性，如simdPosition、simdRotation等。看起来这些是原始/正常属性position和rotation的重复属性。

@property(nonatomic) simd_float3 simdPosition API_AVAILABLE(macos(10.13), ios(11.0), tvos(11.0), watchos(4.0));
@property(nonatomic) simd_float4 simdRotation API_AVAILABLE(macos(10.13), ios(11.0), tvos(11.0), watchos(4.0));

position和simdPosition有什么区别？前缀"simd"具体是什么意思？

- ooOlly

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https://en.wikipedia.org/wiki/SIMD - luk2302

我一直在想同样的问题：https://dev59.com/EVcP5IYBdhLWcg3wNnjW - Guig

虽然不完全相同，但请参考此答案。 - rickster

Answer 1

SIMD：单指令多数据

SIMD 指令允许您同时对多个值执行相同的操作。

让我们看一个例子

串行方法（无 SIMD）

我们有这4个 Int32 值

let x0: Int32 = 10
let y0: Int32 = 20

let x1: Int32 = 30
let y1: Int32 = 40

现在我们想要对2个x值和2个y值进行求和，所以我们写下：

let sumX = x0 + x1 // 40
let sumY = y0 + y1 // 60

为了执行上述两个sums，CPU需要进行以下操作：

1. 将x0和x1加载到内存中并将它们相加
2. 将y0和y1加载到内存中并将它们相加

因此，结果可以通过2次操作得出。

我创建了一些图形来更好地展示这个想法。

步骤1

步骤2

SIMD

现在让我们看看SIMD如何工作。 首先，我们需要将输入值存储在适当的SIMD格式中。

let x = simd_int2(10, 20)
let y = simd_int2(30, 40)

正如您所看到的，之前的x和y都是向量。实际上，x和y都包含2个分量。

现在我们可以写成：

let sum = x + y

让我们看看CPU执行前面操作的过程：

1. 将x和y加载到内存中并将它们相加

就是这样！

x的两个分量和y的两个分量同时被处理。

并行编程

我们不是在谈论并发编程，而是真正的并行编程。

可以想象，在某些操作中，SIMD方法比串行方法快得多。

SceneKit

现在让我们看一个在SceneKit中的例子

我们想要将所有场景节点的直接子节点的x、y和z分量加上10。

使用经典的串行方法，我们可以编写

for node in scene.rootNode.childNodes {
    node.position.x += 10
    node.position.y += 10
    node.position.z += 10
}

这里执行了总共childNodes.count * 3次操作。

现在让我们看看如何将先前的代码转换为SIMD指令。

let delta = simd_float3(10)
for node in scene.rootNode.childNodes {
    node.simdPosition += delta
}

这段代码比以前的快得多。我不确定是2倍还是3倍的速度更快，但相信我，它要好得多。

总结

如果您需要对不同的值执行多次相同的操作，只需使用SIMD属性:)

- Luca Angeletti

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非常出色的解释！非常感谢。 - ooOlly

这基本上是正确的，但并没有完全涉及到问题的核心。 SIMD 库中的类型不仅仅为像向量加法这样的操作提供了方便的语法（毕竟，在 Swift 中至少通过扩展 SCNVector3 可以很容易地实现相同的功能）。该库还构建为使用 CPU 特定的向量指令（在 ARM 和 x86 上）提供这些操作的快速实现。它还为多个框架使用提供了向量和矩阵的共享“词汇表”，包括 ARKit、GameplayKit、Model I/O 和 Metal 着色器语言。 - rickster

嘿@Luca，非常感谢你的详细回答！我和我的团队遇到了一个问题，已经卡了好几天了 :/ 我发了一个有趣的问题：https://stackoverflow.com/questions/63662318/arkit-apply-filter-cifilter-to-a-specific-part-vertex-of-an-arfaceanchor 希望能听到你的建议！ - Roi Mulia

Answer 2

SIMD是建立在向量类型之上的一个小型库，您可以从<simd/simd.h>导入它。它允许编写更具表现力和更高效的代码。

例如，使用SIMD，您可以编写以下代码：

simd_float3 result = a + 2.0 * b;

替代

SCNVector3 result = SCNVector3Make(a.x + 2.0 * b.x, a.y + 2.0 * b.y, a.z + 2.0 * b.z);

在Objective-C中，您不能重载方法。也就是说，不能同时存在以下两种情况：

@property(nonatomic) SCNVector3 position;
@property(nonatomic) simd_float3 position API_AVAILABLE(macos(10.13), ios(11.0), tvos(11.0), watchos(4.0));

新的基于SIMD的API需要一个不同的名称，这就是为什么SceneKit暴露了"simdPosition"的原因。

- mnuages

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有意义的好答案。 - ooOlly