为啥片段着色器比渲染纹理更快？

Posted 2023-02-22

【中文标题】为啥片段着色器比渲染纹理更快？

【英文标题】：Why fragment shader is faster than just rendering texture?为什么片段着色器比渲染纹理更快？

【发布时间】：2012-12-11 03:33:08

【问题描述】：

我检查了一些东西，我得到了关于 C++ & OpenGL & GLSL 性能的奇怪结果。

在第一个程序中，我使用片段着色器将像素绘制到纹理上，然后渲染纹理。 纹理的 mag\min 为 GL_NEAREST。

在第二个程序中，我使用片段着色器并直接渲染到屏幕上。

为什么第二个程序更快？渲染纹理不是比重复相同的动作更快吗？

这就像拍摄 AAA 游戏的视频，然后在同一台计算机上显示，视频的 FPS 较低。

片段着色器是：

uniform int mx,my;

void main(void) 
    vec2 p=gl_FragCoord.xy;
    p-=vec2(mx,my);
    if (p.x<0.0)
        p.x=-p.x;
    if (p.y<0.0)
        p.y=-p.y;
    float dis=sqrt(p.x*p.x+p.y*p.y);
    dis+=(abs(p.x)+abs(p.y))-(abs(p.x)-abs(p.y));
    p.x/=dis;
    p.y/=dis;
    gl_FragColor=vec4(p.x,p.y,0.0,1.0);

【问题讨论】：

直接将其渲染到屏幕不会涉及任何纹理读取，因此这很可能会更快。离屏渲染不一定更快，但更实用。片段着色器也可以写入多个纹理。需要正确的分析。您如何确定哪个更快？

@Grimmy clock_t 和 clock 在 SwapBuffers 之前和之后。

【参考方案1】：

与通常的性能问题一样，真正确定的唯一方法是使用分析器。

也就是说，我的猜测是，这主要是处理带宽与内存带宽的问题。为了渲染纹理，处理器必须从内存的一部分读取数据，并将相同的数据写回内存的另一部分。

要直接从着色器渲染，处理器只需将输出写入内存，而不必从内存中读取数据。

因此，这是一个更快的问题：从内存中读取特定数据，还是使用处理单元生成它？着色器中的数学运算非常简单（本质上唯一复杂的部分是sqrt）——所以至少对于您的特定硬件，计算结果似乎比从内存中读取结果要快一些（至少考虑到其他内存访问同时进行等）

请注意，两者（着色器与纹理）具有完全不同的特征。无论创建纹理涉及的计算多么简单或复杂，读取纹理的速度几乎都是恒定的。不是说显而易见的，但是如果计算很简单，着色器会运行得很快，但如果计算变得复杂，就会减慢（可能很多）。在您提到的 AAA 游戏中，可以公平地猜测，至少有一些着色器使用了足够复杂的计算，它们几乎肯定会比纹理读取慢。在相反的极端情况下，一个非常简单的着色器（例如，只是将片段颜色从输入传递到输出的着色器）可能比从纹理中读取要快得多。

【讨论】：

我同意。由于着色器/纹理处理之间的时间差异，我们有诸如光照贴图之类的技术，它使用纹理在场景周围生成灯光，因为它的计算效率比在着色器中执行相同的操作要高效得多，并且可以节省大量处理时间，尤其是在控制台上.这一切都归结为机器的设置，唯一能保证最佳效果的方法就是亲自尝试。

那么小texture2D 比所有代码都慢？没有更快的替代品吗？我不介意在渲染中不需要模糊纹理的质量。

@FijiWiji：是的，纹理访问很慢。瓶颈是可用的内存带宽，这是硬件限制。您可以使纹理更小，以减少带宽需求，但仅此而已。换个角度来看：使用冷纹理缓存，现代 GPU 需要多达 200 个时钟周期才能完成内存访问。 200 个时钟周期，其中可以计算很多。由于这些延迟，GPU 有非常大的纹理缓存，但如果纹理提取的模式不好，这些缓存将毫无用处。

@datenwolf 我不能像数组一样直接访问它？

@FijiWiji：实际上直接访问纹理，因为在原始数组中甚至比使用纹理提取函数还要慢。为了快速，纹理访问地址必须正确对齐。纹理缓存大大提高了对齐、行为良好的访问模式的内存吞吐量。