通过更改 uv 坐标在金属中出现意外性能

Question

下面是 metal 中的一个简单顶点和片段着色器组合，可渲染 64 个相同的 2D 四边形。

vertex VertexOut vertexMain(uint k [[ vertex_id ]],
                            uint ii [[instance_id]],
                            device float2* tex [[buffer(2)]],
                            device float2* position [[buffer(1)]],
                            device float* state [[buffer(0)]]){
    VertexOut output;
    int i = 4*ii+1;
    float2 pos = position[k];
    pos *= float2(state[i+2],state[i+3]);
    pos += float2(state[i],state[i+1]);
    pos.x *= state[0];
    output.position = float4(pos,0,1);
    output.tex = tex[k]*float2(du,dv);
    return output;
};
fragment float4 fragmentMain(VertexOut input [[stage_in]],
                             texture2d<float> texture [[texture(0)]],
                             sampler sam [[sampler(0)]] ){
    return texture.sample(sam, input.tex);
};

采样器使用归一化坐标，因此 du 和 dv 的范围可以从 0 到 1，并控制从左下角开始采样纹理剪辑的大小。

看来我对金属采样的工作原理有误解。我希望无论 du 和 dv 保持什么值，计算成本都将保持不变。但是，当我将 du 和 dv 增加到 1 时，帧速率会下降。我没有使用任何 mipmapping，也没有更改屏幕上光栅化的四边形的大小。这种影响在线性过滤时更为显着，但在最近过滤时也会发生。在我看来，由于绘制到屏幕上的像素数量相同，因此 GPU 上的负载不应取决于 du 和 dv。我错过了什么？

编辑：这是我的采样器和颜色附件：

    let samplerDescriptor = MTLSamplerDescriptor()
    samplerDescriptor.normalizedCoordinates = true
    samplerDescriptor.minFilter = .linear
    samplerDescriptor.magFilter = .linear
    let sampler = device.makeSamplerState(descriptor: samplerDescriptor)

    let attachment = pipelineStateDescriptor.colorAttachments[0]
            attachment?.isBlendingEnabled = true
            attachment?.sourceRGBBlendFactor = .one
            attachment?.destinationRGBBlendFactor = .oneMinusSourceAlpha

Answer 1

随着 du 和 dv 的增加，您的四边形会显示更多纹理。 GPU 往往具有用于纹理数据的小型缓存，并且当您显示更多纹理时，您将更多地丢弃和重新填充该缓存。

抖动纹理缓存将使用更多的内存带宽，这是非常有限的资源，纹理内存带宽通常不是瓶颈，但由于您的片段着色器除了获取纹理外几乎什么都不做，所以这不足为奇这是你的瓶颈。因此，改变 UV 会影响性能也就不足为奇了。

令人惊讶的是，当您所做的只是渲染 64 个四边形时，帧率在这些非常强大的设备上下降到 60 以下（iPad Pro 尤其是一个非常强大的设备）。也就是说，如果所有 64 个四边形都覆盖了大部分屏幕，帧率下降是可以理解的。

要提高性能，您需要减少 GPU 需要处理的纹理数据量。从 32 位纹理格式 (8888) 更改为 16 位 (565/4444) 或 4 位（PVRTC 压缩纹理）会产生很大影响。

真正的大胜利可能是启用 mipmapping。假设使用较高的 du 和 dv 值，您最终会最小化纹理，然后使用 mipmapping 将得到 huge 性能优势，作为额外的奖励，您的纹理也会看起来更好（它将修复锯齿）。不错 return 增加了 33% 的纹理内存。

通过更改 uv 坐标在金属中出现意外性能

Unexpected performance hit in metal by changing uv coordinates

rendering

texture-mapping

sampling

swift

metal