我应该在统一缓冲区或着色器存储缓冲区对象中使用 `vec3` 吗？

Question

vec3类型是一个很好的类型。它只占用 3 个浮点数，而我的数据只需要 3 个浮点数。我想在 UBO and/or SSBO:

的结构中使用一个

layout(std140) uniform UBO
{
  vec4 data1;
  vec3 data2;
  float data3;
};

layout(std430) buffer SSBO
{
  vec4 data1;
  vec3 data2;
  float data3;
};

然后，在我的 C 或 C++ 代码中，我可以这样做来创建匹配的数据结构：

struct UBO
{
  vector4 data1;
  vector3 data2;
  float data3;
};

struct SSBO
{
  vector4 data1;
  vector3 data2;
  float data3;
};

这是个好主意吗？

Answer 1

不！永远不要这样做！

声明 UBOs/SSBOs 时，假设所有 3 元素向量类型 都不存在 。这包括具有 3 行的列优先矩阵或具有 3 列的行优先矩阵。假设唯一的类型是标量、2 和 4 元素向量（和矩阵）。如果你这样做，你会避免很多悲伤。

如果你想要一个vec3+一个float的效果，那么你应该手动打包:

layout(std140) uniform UBO
{
  vec4 data1;
  vec4 data2and3;
};

是的，您必须使用 data2and3.w 来获取另一个值。处理一下。

如果您想要 vec3 的数组，则将它们设为 vec4 的数组。使用 3 元素向量的矩阵也是如此。只需从 SSBOs/UBOs 中消除三元素向量的整个概念；长期运行.

你会过得更好

你应该避免的原因有两个 vec3:

它不会像 C/C++ 那样做

如果您使用 std140 布局，那么您可能希望在 C 或 C++ 中定义与 GLSL 中的定义相匹配的数据结构。这使得两者之间的混合和匹配变得容易。而 std140 布局至少可以在大多数情况下做到这一点。但是在 vec3s.

时，它的布局规则与 C 和 C++ 编译器的通常布局规则不匹配

考虑以下 vec3 类型的 C++ 定义：

struct vec3a { float a[3]; };
struct vec3f { float x, y, z; };

这两个都是完全合法的类型。这些类型的 sizeof 和布局将匹配 std140 要求的大小和布局。但它与 std140 强加的对齐行为不匹配。

考虑一下：

//GLSL
layout(std140) uniform Block
{
    vec3 a;
    vec3 b;
} block;

//C++
struct Block_a
{
    vec3a a;
    vec3a b;
};

struct Block_f
{
    vec3f a;
    vec3f b;
};

在大多数 C++ 编译器上，Block_a 和 Block_f 的 sizeof 都为 24。这意味着 offsetof b 将为 12。

然而，在 std140 布局中，vec3 总是与 4 个字对齐。因此，Block.b 的偏移量为 16。

现在，您可以尝试使用 C++11 的 alignas 功能（或 C11 的类似 _Alignas 功能）来修复该问题：

struct alignas(16) vec3a_16 { float a[3]; };
struct alignas(16) vec3f_16 { float x, y, z; };

struct Block_a
{
    vec3a_16 a;
    vec3a_16 b;
};

struct Block_f
{
    vec3f_16 a;
    vec3f_16 b;
};

如果编译器支持 16 字节对齐，这将起作用。或者至少，它适用于 Block_a 和 Block_f.

的情况

但在这种情况下不会工作：

//GLSL
layout(std140) Block2
{
    vec3 a;
    float b;
} block2;

//C++
struct Block2_a
{
    vec3a_16 a;
    float b;
};

struct Block2_f
{
    vec3f_16 a;
    float b;
};

根据 std140 的规则，每个 vec3 必须 start 在 16 字节边界上。但是 vec3 不会消耗 16 字节的存储空间；它只消耗 12。并且由于 float 可以从 4 字节边界开始，所以 vec3 后跟 float 将占用 16 个字节。

但是 C++ 对齐规则不允许这样的事情。如果一个类型与 X 字节边界对齐，那么使用该类型将消耗 X 字节的倍数。

因此匹配 std140 的布局需要您根据其使用的确切位置选择一种类型。如果它后面跟着一个float，你必须使用vec3a；如果它后面跟着某种超过 4 字节对齐的类型，则必须使用 vec3a_16.

或者您可以不在着色器中使用 vec3 并避免所有这些增加的复杂性。

请注意，基于 alignas(8) 的 vec2 不会有此问题。 C/C++ 结构和数组也不会使用正确的对齐说明符（尽管较小类型的数组有其自身的问题）。此问题仅在使用裸vec3时出现。

实现支持模糊

即使您做的一切都正确，但已知实施会错误地实施 vec3 的古怪布局规则。一些实现有效地将 C++ 对齐规则强加给 GLSL。因此，如果您使用 vec3，它会像 C++ 对待 16 字节对齐类型一样对待它。在这些实现中，vec3 后跟 float 将像 vec4 后跟 float.

一样工作

是的，这是实施者的错。但是由于您无法修复实现，因此您必须解决它。最合理的方法是完全避免 vec3。

请注意，对于 Vulkan（和使用 SPIR-V 的 OpenGL），SDK 的 GLSL 编译器会正确执行此操作，因此您无需为此担心。

我应该在统一缓冲区或着色器存储缓冲区对象中使用 `vec3` 吗？

Should I ever use a `vec3` inside of a uniform buffer or shader storage buffer object?

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它不会像 C/C++ 那样做

实现支持模糊