使用Vulkan时片段着色器中的纹理获取速度较慢

Question

我将翻译为：

我正在使用核大小为64的SSAO着色器。

SSAO片段着色器：

const int kernelSize = 64;
for (int i = 0; i < kernelSize; i++) {
        //Get sample position
        vec3 s = tbn * ubo.kernel[i].xyz;
        s = s * radius + origin;
        vec4 offset = vec4(s, 1.0);
        offset = ubo.projection * offset;
        offset.xy /= offset.w;
        offset.xy = offset.xy * 0.5 + 0.5;
        float sampleDepth = texture(samplerposition, offset.xy).z;
        float rangeCheck = abs(origin.z - sampleDepth) < radius ? 1.0 : 0.0;
        occlusion += (sampleDepth >= s.z ? 1.0 : 0.0) * rangeCheck;
    }

采样器位置纹理的格式为VK_FORMAT_R16G16B16A16_SFLOAT，并使用标志VK_MEMORY_PROPERTY_DEVICE_LOCAL_BIT上传。

我使用的是一台带有NVIDIA K1100M图形卡的笔记本电脑。如果我在renderdoc中运行代码，则此着色器需要114毫秒。而如果我将kernelSize更改为1，则需要1毫秒。

这个纹理获取时间正常吗？还是我在某个地方设置了错误？例如，布局转换未经过，因此纹理处于VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL而不是VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL。

- Samantha

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你为什么认为这是Vulkan特定的？你只是做了很多工作！我认为在运行循环64x与1x时，64x的成本比1x更高，是因为在1x上编译器会消除循环。尝试更改分辨率。时间是否随像素数量线性变化？如果是，那么你只是使GPU饱和了。优化循环！ - starmole

Answer 1

GPU内存依赖于大量的缓存使用，如果相邻的片段没有采样相邻的纹理像素（也称缺乏空间相关性），则缓存非常有限。随机访问纹理与线性、相关性访问相比，我预计会减速约10倍或更多。当使用大半径时，SSAO非常容易受到这种情况的影响。

我建议使用较小的半径并优化纹理访问。您正在采样4个16位浮点数，但只使用了一个。将深度复制到单独的16位深度图像中应该会让您轻松获得4倍的加速。

- Quinchilion

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最好不要写出位置，只需根据深度和片段坐标进行重构即可；这是大多数延迟渲染器的工作方式。 - Nicol Bolas

@NicolBolas 很有趣，我刚刚在搜索它，不知道为什么以前从未听说过。但这对 SSAO 没有帮助。 - Samantha

@Samantha：当然可以。你只需要获取32字节（深度缓冲区值），而不是64字节。 - Nicol Bolas

@NicolBolas 是的，确实如此，但这是人们通常的做法，对于 ssao，在像素着色器中迭代32-64次，仍然需要很长时间，因为你仍然会遇到缓存未命中问题。 - Samantha

@Samantha：我的意思是每次获取只访问32字节的数据。减少检索的数据大小可以提高缓存一致性，总体上有助于纹理访问性能。 - Nicol Bolas

Answer 2

你正在片段着色器中计算纹理坐标，这意味着你不允许GPU预取纹理。最好在顶点着色器上计算所有纹理坐标并将其作为varying传递。

更新： 我建议在SSAO上添加一些高级技巧，而不是仅尝试计算AO贴图。 1.您可以渲染一个更小的AO贴图，并通过添加一些模糊滤镜来放大它。这将得到更好的结果。 2.如果您正在尝试进行实时渲染，则不需要每帧计算AO贴图。您可以根据自己的设置进行伪造。

免责声明：我做了很多基于OpenGL ES的着色器，我的知识大多限于移动平台。

- codetiger

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如果它没有被着色器预取，那么114毫秒听起来像是正常的时间吗？ - Samantha

你说的114毫秒是指每个片段还是整个帧？ - codetiger

对于SSAO着色器来说，整个绘制调用需要114毫秒/64 = 17毫秒来获取每个1024x1024窗口上的纹素。 - Samantha

@codetiger 当我在顶点着色器中预先计算坐标时，速度会更快，但在这种情况下我无法这样做，因为我将无法获得相同的插值值。 - Samantha

@Samantha 你能解释一下为什么你不能在顶点着色器中预先计算坐标吗？ - codetiger