SceneKit 中的“simd”前缀是啥意思？

Posted 2023-03-23

【中文标题】SceneKit 中的“simd”前缀是啥意思？

【英文标题】：What does the "simd" prefix mean in SceneKit?SceneKit 中的“simd”前缀是什么意思？

【发布时间】：2017-11-29 02:59:44

【问题描述】：

有一个名为SCNNode(SIMD) 的SCNNode 类别，它声明了一些属性，如simdPosition、simdRotation 等。这些似乎是原始/普通属性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”到底是什么意思？

【问题讨论】：

en.wikipedia.org/wiki/SIMD

我也有同样的疑惑：***.com/questions/44732476/…

不完全重复，但另见this answer。

【参考方案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。

我们来看一个例子

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

现在我们要将 2 个 x 和 2 个 y 值相加，所以我们写

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

为了执行前两个sums，CPU 需要

在内存中加载 x0 和 x1 并添加它们 在内存中加载 y0 和 y1 并添加它们

所以结果是通过2次操作得到的。

我创建了一些图形来更好地向您展示这个想法

第一步

第 2 步

SIMD

现在让我们看看 SIMD 是如何工作的。 首先，我们需要以正确的 SIMD 格式存储输入值，所以

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

如您所见，前面的 x 和 y 是向量。事实上，x 和 y 都包含 2 个组件。

现在我们可以写了

let sum = x + y

让我们看看 CPU 做了什么来执行前面的操作

在内存中加载 x 和 y 并添加它们

就是这样！

x 的两个组件和y 的两个组件同时处理。

并行编程

我们不是谈论并发编程，而是真正的并行编程。

您可以想象，在某些操作中，SIMD 方法比串行方法快得多。

场景套件

现在让我们看看 SceneKit 中的一个示例

我们希望将10 添加到场景节点的所有直系后代的x、y 和z 组件中。

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

这里一共执行了childNodes.count * 3操作。

现在让我们看看如何在 SIMD 指令中转换之前的代码

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

这段代码比前一个要快得多。我不确定是快 2 倍还是 3 倍，但相信我，这要好得多。

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 :)

【讨论】：

精彩的解释！非常感谢。

这大部分是正确的，但并没有完全解决问题的核心。不仅仅是 SIMD 库中的类型为向量加法等操作提供了方便的语法（毕竟，在 Swift 中，至少通过扩展 SCNVector3 很容易做到这一点）。该库还用于使用特定于 CPU 的向量指令（在 ARM 和 x86 上）提供此类操作的快速实现。它还为向量和矩阵提供了一个共享的“词汇表”，供多个框架使用，包括 ARKit、GameplayKit、模型 I/O 和 Metal 着色器语言。

嘿@Luca，非常感谢您的详细回答！我和我的团队在一个问题上停留了好几天啊：/我发布了一个有趣的问题：***.com/questions/63662318/…希望您提出建议！

【参考方案2】：

SIMD 是一个建立在vector types 之上的小型库，您可以从<simd/simd.h> 导入它。它允许更富有表现力和更高性能的代码。

例如使用 SIMD 你可以写

simd_float3 result = a + 2.0 * b;

而不是

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

在 Objective-C 中你不能重载方法。那就是你不能两者兼得

@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 SceneKit 公开 simdPosition 的原因。

【讨论】：

很好的答案，很有道理。