Version: 2018.4
着色器编译目标级别
使用采样器状态

着色器数据类型和精度

Unity 中的标准着色器语言为 HLSL,支持一般 HLSL 数据类型。但是,Unity 对 HLSL 类型有一些补充,特别是为了在移动平台上提供更好的支持。

基本数据类型

着色器中的大多数计算是对浮点数(在 C# 等常规编程语言中为 float)进行的。浮点类型有几种变体:floathalffixed(以及它们的矢量/矩阵变体,比如 half3float4x4)。这些类型的精度不同(因此性能或功耗也不同):

高精度:float

最高精度浮点值;一般是 32 位(就像常规编程语言中的 float)。

完整的 float 精度通常用于世界空间位置、纹理坐标或涉及复杂函数(如三角函数或幂/取幂)的标量计算。

中等精度:half

中等精度浮点值;通常为 16 位(范围为 –60000 至 +60000,精度约为 3 位小数)。

半精度对于短矢量、方向、对象空间位置、高动态范围颜色非常有用。

低精度:fixed

最低精度的定点值。通常是 11 位,范围从 –2.0 到 +2.0,精度为 1/256。

固定精度对于常规颜色(通常存储在常规纹理中)以及对它们执行简单运算非常有用。

整数数据类型

整数(int 数据类型)通常用作循环计数器或数组索引。为此,它们通常可以在各种平台上正常工作。

根据平台的不同,GPU 可能不支持整数类型。例如,Direct3D 9 和 OpenGL ES 2.0 GPU 仅对浮点数据进行运算,并且可以使用相当复杂的浮点数学指令来模拟简单的整数表达式(涉及位运算或逻辑运算)。

Direct3D 11、OpenGL ES 3、Metal 和其他现代平台都对整数数据类型有适当的支持,因此使用位移位和位屏蔽可以按预期工作。

复合矢量/矩阵类型

HLSL 具有从基本类型创建的内置矢量和矩阵类型。例如,float3 是一个 3D 矢量,具有分量 .x、.y 和 .z,而 half4 是一个中等精度 4D 矢量,具有分量 .x、.y、.z 和 .w。或者,可使用 .r、.g、.b 和 .a 分量来对矢量编制索引,这在处理颜色时很有用。

矩阵类型以类似的方式构建;例如 float4x4 是一个 4x4 变换矩阵。请注意,某些平台仅支持方形矩阵,最主要的是 OpenGL ES 2.0。

纹理/采样器类型

通常按照如下方式在 HLSL 代码中声明纹理:

sampler2D _MainTex;
samplerCUBE _Cubemap;

对于移动平台,这些将转换为“低精度采样器”,即预期纹理应具有低精度数据。如果您知道纹理包含 HDR 颜色,则可能需要使用半精度采样器:

sampler2D_half _MainTex;
samplerCUBE_half _Cubemap;

或者,如果纹理包含完整浮点精度数据(例如深度纹理),请使用完整精度采样器:

sampler2D_float _MainTex;
samplerCUBE_float _Cubemap;

精度、硬件支持和性能

使用 float/half/fixed 数据类型的一个难题是:PC GPU 始终为高精度。也就是说,对于所有 PC (Windows/Mac/Linux) GPU,在着色器中编写 floathalf 还是 fixed 数据类型都无关紧要。这些 GPU 将始终以 32 位浮点精度来计算所有数据。

仅当目标平台是移动端 GPU 时,halffixed 类型才变得重要,在这种情况下,这些类型主要面临功耗(有时候是性能)约束。请记住,要确认是否遇到精度/数值问题,必须在移动设备上测试着色器。

即使在移动端 GPU 上,不同的精度支持也会因 GPU 产品系列而异。下面概述了个每个移动端 GPU 产品系列如何处理每个浮点类型(以用于该产品系列的位数来表示):

GPU 产品系列 浮点精度 半精度 固定精度
PowerVR 系列 6/7 32 16
PowerVR SGX 5xx 32 16 11
Qualcomm Adreno 4xx/3xx 32 16
Qualcomm Adreno 2xx 32 顶点,24 片元
ARM Mali T6xx/7xx 32 16
ARM Mali 400/450 32 顶点,16 片元
NVIDIA X1 32 16
NVIDIA K1 32
NVIDIA Tegra 3/4 32 16

大多数现代移动端 GPU 实际上只支持 32 位数字(用于 float 类型)或 16 位数字(用于 halffixed 类型)。一些较旧的 GPU 对顶点着色器和片元着色器计算具有不同的精度。

使用较低的精度通常可以更快,这可能是由于改进的 GPU 寄存器分配,或是由于某些低精度数学运算的特殊“快速路径”执行单元。即使没有原始性能优势,使用较低的精度通常也会降低 GPU 的功耗,从而延长电池续航时间。

一般的经验法则是全部都从半精度开始(但位置和纹理坐标除外)。仅当半精度对于计算的某些部分不足时,才增加精度。

支持无穷大、非数字和其他特殊浮点值

对特殊浮点值的支持可能会有所不同,具体取决于运行的 GPU 产品系列(主要是移动端)。

支持 Direct3D 10 的所有 PC GPU 都支持非常明确的 IEEE 754 浮点标准。这意味着,在 CPU 上,浮点数的行为与常规编程语言完全相同。

移动端 GPU 的支持程度可能稍有不同。在某些移动端 GPU 中,将零除以零可能会导致 NaN(“非数字”);在其他移动端 GPU 上,它可能会导致无穷大、零或任何其他不明值。务必在目标设备上测试着色器以检查着色器是否受支持。

外部 GPU 文档

GPU 供应商会提供有关其 GPU 性能和功能的深入指南。请参阅下文以了解详情:

另请参阅

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