在GLSL着色器中使用常量浮点值 - 是否有使用统一变量的理由？

Question

我正在查看一个使用着色器的OpenGL应用程序的源代码。其中一个特定的着色器如下所示：

uniform float someConstantValue;
void main()
{
    // Use someConstantValue
}

这个 uniform 只在代码中设置一次，在应用程序运行时不会改变。

在什么情况下，我想将 someConstantValue 声明为 uniform 而不是 const float？

编辑： 只是澄清一下，这个常量值是一个物理常数。

- kshahar

Answer 1

重要原因：

错误：循环索引无法与非常量表达式进行比较。

如果我使用：

uniform float myfloat;
...
for (float i = 0.0; i < myfloat; i++)

因为myfloat不是一个常量表达式，所以我会得到一个错误。

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然而，这个是完全有效的：

const float myfloat = 10.0;
...
for (float i = 0.0; i < myfloat; i++)

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为什么？

当GLSL（以及HLSL）被编译成GPU汇编指令时，循环会以非常冗长的方式展开（尽管使用跳转等进行了优化）。这意味着编译时使用myfloat值展开循环；如果该值是一个uniform（即每个渲染调用都可能发生变化），那么该循环直到运行时才能展开（而GPU不做这种即时编译，至少在WebGL中不这样做）。

- Adrian Seeley

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这些情况非常罕见，主要出现在计算着色器中（以及一些骨骼动画系统中）。 - Adrian Seeley

现在，你可以期望现代OpenGL和D3D对于uniform值（任何在一个渲染调用期间没有改变的值）进行即时编译。例如，检查布尔类型uniform变量的if语句将在渲染调用启动时被编译掉 - GPU上不会执行运行时检查。更多信息请参见此wiki。 - Emilian Cioca

这是回答问题的相反方面 - OP想知道为什么要使用uniform而不是const，而不是相反的情况。 - Karu

在使用OpenGLES/WebGL时，这并不罕见。 - abcthomas

Answer 2

首先，使用uniform或constant之间的性能差异可能是可以忽略不计的。其次，仅因为一个值在自然界中始终是常量，并不意味着您在程序中总是希望它保持不变。即使当物理值与现实不符时，程序员也经常会调整这些值以产生最佳效果。例如，在某些类型的游戏中，重力加速度经常增加，以使游戏更快节奏。

如果您不想在代码中设置uniform，可以在GLSL中提供默认值：

uniform float someConstantValue = 12.5;

话虽如此，对于像圆周率这样的变量，使用const是没有问题的，因为它没有被修改的必要。

- fintelia

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使用统一变量或常量的性能差异可能可以忽略不计。猜测并不好。声明一个常量值允许GLSL编译器执行通常不可能的优化。但是不幸的是，GLSL编译器往往存在漏洞，并表现出不可预测的行为。因此，很难给出一个一般性的答案。我曾经遇到过使用const和非const数组之间的严重性能差异（取决于它们的长度），即使它们的值永远不会被修改。我认为这是编译器的一个bug。 - Tara

虽然之前的评论可能在那个时候是准确的，但现在可以预期这种即时编译。统一值可以被优化，就像它们是常量一样。有关更多信息，请参见此链接。 - Emilian Cioca

从理论上讲，常量比统一变量更高效吗？但是统一变量在所有顶点着色器调用之间共享，而常量仅在一个调用中初始化/共享。 - XCS

Answer 3

我能想到两个原因：

1. 开发人员在多个应用程序中重复使用着色器库。因此，开发人员尝试保持它们的通用性，而不是为每个应用程序定制每个着色器。

2. 开发人员预计此变量将成为用户可控制的设置。因此，将其声明为uniform是为即将推出的功能做准备。

如果我是开发人员，并且以上情况都不适用，则我会将其声明为“const”，因为这可以提高性能，而且我不必从我的代码中设置uniform。

- Ville Krumlinde

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正如fintelia展示的，您可以在着色器中始终设置uniform的默认（初始）值，这样我就不必从我的代码中设置它了。 - ToolmakerSteve