GLSL 计算着色器闪烁块/正方形伪影

Posted 2023-04-15

【中文标题】GLSL 计算着色器闪烁块/正方形伪影

【英文标题】：GLSL compute shader flickering blocks/squares artifact

【发布时间】：2021-06-25 21:47:04

【问题描述】：

我正在尝试使用 OpenGL 中的计算着色器编写一个最低限度的 GPU 光线投射器。我相信光线投射本身是有效的，因为我已经通过光线框相交算法获得了边界框的清晰轮廓。

但是，在尝试射线与三角形相交时，我得到了奇怪的伪影。我的着色器被编程为简单地测试光线三角形的交叉点，如果找到交叉点，则将像素着色为白色，否则将像素着色为黑色。与预期的行为不同，当三角形应该在屏幕上可见时，屏幕反而充满了黑白方块/块/瓷砖，它们像电视静态一样随机闪烁。方块最多为 8x8 像素（我的计算着色器块的大小），尽管也有小到单个像素的点。白色块通常位于我的三角形的预期区域，尽管有时它们也会散布在屏幕底部。

Here is a video of the artifact。在我的完整着色器中，相机可以旋转并且形状看起来更像三角形，但闪烁的伪影是关键问题，并且仍然出现在我从以下最小版本的着色器代码生成的视频中：

layout(local_size_x = 8, local_size_y = 8, local_size_z = 1) in;

uvec2 DIMS = gl_NumWorkGroups.xy*gl_WorkGroupSize.xy;
uvec2 UV = gl_GlobalInvocationID.xy;
vec2 uvf = vec2(UV) / vec2(DIMS);

layout(location = 1, rgba8) uniform writeonly image2D brightnessOut;

struct Triangle

    vec3 v0;
    vec3 v1;
    vec3 v2;
;

struct Ray

    vec3 origin;
    vec3 direction;
    vec3 inv;
;

// Wikipedia Moller-Trumbore algorithm, GLSL-ified
bool ray_triangle_intersection(vec3 rayOrigin, vec3 rayVector,
    in Triangle inTriangle, out vec3 outIntersectionPoint)

    const float EPSILON = 0.0000001;
    vec3 vertex0 = inTriangle.v0;
    vec3 vertex1 = inTriangle.v1;
    vec3 vertex2 = inTriangle.v2;

    vec3 edge1 = vec3(0.0);
    vec3 edge2 = vec3(0.0);
    vec3 h = vec3(0.0);
    vec3 s = vec3(0.0);
    vec3 q = vec3(0.0);
    float a = 0.0, f = 0.0, u = 0.0, v = 0.0;
    edge1 = vertex1 - vertex0;
    edge2 = vertex2 - vertex0;
    h = cross(rayVector, edge2);
    a = dot(edge1, h);
    // Test if ray is parallel to this triangle.
    if (a > -EPSILON && a < EPSILON)
    
        return false;
    

    f = 1.0/a;
    s = rayOrigin - vertex0;
    u = f * dot(s, h);
    if (u < 0.0 || u > 1.0)
    
        return false;
    

    q = cross(s, edge1);
    v = f * dot(rayVector, q);
    if (v < 0.0 || u + v > 1.0)
    
        return false;
    

    // At this stage we can compute t to find out where the intersection point is on the line.
    float t = f * dot(edge2, q);
    if (t > EPSILON) // ray intersection
    
        outIntersectionPoint = rayOrigin + rayVector * t;
        return true;
    
    return false;


void main()

    // Generate rays by calculating the distance from the eye
    // point to the screen and combining it with the pixel indices
    // to produce a ray through this invocation's pixel
    const float HFOV = (3.14159265359/180.0)*45.0;
    const float WIDTH_PX = 1280.0;
    const float HEIGHT_PX = 720.0;
    float VIEW_PLANE_D = (WIDTH_PX/2.0)/tan(HFOV/2.0);
    vec2 rayXY = vec2(UV) - vec2(WIDTH_PX/2.0, HEIGHT_PX/2.0);

    // Rays have origin at (0, 0, 20) and generally point towards (0, 0, -1)
    Ray r;
    r.origin = vec3(0.0, 0.0, 20.0);
    r.direction = normalize(vec3(rayXY, -VIEW_PLANE_D));
    r.inv = 1.0 / r.direction;
    
    // Triangle in XY plane at Z=0
    Triangle debugTri;
    debugTri.v0 = vec3(-20.0, 0.0, 0.0);
    debugTri.v1 = vec3(20.0, 0.0, 0.0);
    debugTri.v0 = vec3(0.0, 40.0, 0.0);

    // Test triangle intersection; write 1.0 if hit, else 0.0
    vec3 hitPosDebug = vec3(0.0);
    bool hitDebug = ray_triangle_intersection(r.origin, r.direction, debugTri, hitPosDebug);

    imageStore(brightnessOut, ivec2(UV), vec4(vec3(float(hitDebug)), 1.0));

我使用普通的sampler2D 和选择映射到屏幕空间的光栅化三角形 UV 将图像渲染为全屏三角形。

这些代码都不应该是时间相关的，我已经尝试了来自各种来源的多种射线三角算法，包括分支和无分支版本，并且都表现出相同的问题，这导致我怀疑某种内存不连贯行为我不熟悉驱动程序问题，或者我在配置或调度计算时犯的错误（我调度了 8x8x1 块中的 160x90x1 以覆盖我的 1280x720 帧缓冲区纹理）。

我在 SE 和一般互联网上发现了一些类似的问题，例如 this one，但它们似乎几乎完全是由使用未初始化的变量引起的，据我所知，我没有这样做。他们提到，当在 NSight 调试器中查看时，该模式会继续移动；虽然 RenderDoc 不这样做，但即使在计算着色器完成之后，图像的内容 do 在绘制调用之间也会有所不同。例如。在计算绘制调用中检查图像时，存在一种伪像模式，但是当我擦到使用我的图像作为输入的后续绘制调用时，尽管没有写入图像，但图像中的模式已经改变。

我还发现this 的帖子看起来非常相似，但似乎也是由未初始化的变量引起的，我再次小心避免了这种情况。我也无法像他们那样通过调整代码来缓解这个问题。

This 帖子有一个外观相似的工件，这是一个内存模型问题，但我没有使用任何共享内存。

我在 GTX 1070 上运行最新的 NVidia 驱动程序 (461.92)。我尝试在我的计算着色器调度之后插入 glMemoryBarrier(GL_TEXTURE_FETCH_BARRIER_BIT);（以及其他一些屏障类型），我认为这是正确的屏障如果使用sampler2D 来绘制先前由图像加载/存储操作修改的纹理，但它似乎没有任何改变。

我刚刚尝试在调度调用之前和之后使用glMemoryBarrier(GL_ALL_BARRIER_BITS); 重新运行它，所以同步似乎不是问题。

问题的原因可能在于我的椅子和键盘之间的某个地方，但由于我对 OpenGL 比较陌生，因此这种问题超出了我通常的着色器调试能力。任何想法，将不胜感激！谢谢。

【参考方案1】：

我已经解决了这个问题，这（不出所料）只是我自己的一个愚蠢的错误。

从我的代码 sn-p 中观察以下几行：

这使我的v2 顶点完全未初始化。

这个故事的寓意是，如果您遇到与我上面描述的类似的问题，并且您上下发誓您已经初始化了所有变量，那一定是驱动程序错误或其他人的错。 . 再次检查你的变量，你可能忘了初始化一个。