GPU是图形处理器,以往的GPU通用计算需要程序员先将资料伪装成GPU可识别的图像,再将GPU输出的图像转换为想要的结果,而通过DX11中的Compute Shader通用计算,任意类型的数据(即使是非图形数据)都可以直接进行计算,而且不受图形渲染流程的束缚,可以随时写入写出,GPU通用计算的效能提高了很多。
由于GPU的浮点运算能力非常强大,支持GPU进行通用计算的技术发展势头很快,NVIDIA和AMD分别有CUDA和Stream技术,以前两家是各自为战,如今微软也看到了GPU通用计算的曙光,在DX11中加入了Compute Shader这一技术,意在统一当前的通用计算技术。你可以认为Compute Shader标准就是微软提出的OPEN CL。
Compute Shader技术是微软DirectX 11 API新加入的特性,在Compute Shader的帮助下,程序员可直接将GPU作为并行处理器加以利用,GPU将不仅具有3D渲染能力,也具有其他的运算能力,也就是我们说的GPGPU的概念和物理加速运算。多线程处理技术使游戏更好地利用系统的多个核心。
Compute Shader图形流水线
Compute Shader主要特性包括线程间数据通信、一整套随机访问和流式I/O操作基本单元等,能加快和简化图像和后期处理效果等已有技术,也为DX11级硬件的新技术做好了准备,对于游戏和应用程序开发有着很重大的意义。
在DirectX 11以及CS的帮助下,游戏开发者便可以越过复杂的数据结构,并在这些数据结构中运行更多的通用算法。与其他完整的可编程的DX10和DX11管线阶段一样,CS将会共享一套物质资源(也就是着色处理器)。
在硬件支持Compute Shader之后,相应的硬件必须要比当代硬件更加灵活,因为在运行CS代码的时候,硬件必须支持随机读写、不规则列阵(而不是简单的流体或者固定大小的2D列阵)、多重输出、可根据程序员的需要直接调用个别或多个线程、32k大小的共享寄存空间和线程组管理系统、粒数据指令集、同步建构以及可执行无序IO运算的能力。
Compute Shader可发挥的地方很多,游戏中可以使用GPU进行光线追踪、A-Buffer采样抗锯齿、物理特效、人工智能AI等游戏特效运算。在游戏之外,程序员也可以利用CS架构进行图像处理、后期处理(Post Process)等。
Texture Compression(纹理压缩)是一种和虚拟纹理类似的纹理管理方法,在很多情况下具有6倍以上压缩比例的纹理压缩都可以极其有效地减小纹理本身的大小,从而避免纹理传输和管理方面的瓶颈,并且可以获得更加精细的画面,由此看来其效率比虚拟纹理要高。
DirectX 11加入了两种新的压缩算法——BC6和BC7。其中,BC6是专门针对HDR图像设计的压缩算法,压缩比为6:1;而BC7是专门为LDR(低动态范围)图像设计的压缩算法,压缩比为3:1。
上图则是BC7针对LDR纹理的压缩与传统的BC3纹理压缩对比。可以看出传统的BC3纹理压缩损失了大量的纹理细节,压缩之后的效果也很不好。而采用BC7算法压缩后的纹理,丢失的细节很少,效果也非常好,这就是改进纹理压缩的魅力。
上图展示的是图像通过BC6压缩模式进行压缩的前后效果对比图。其中左边的图像为原始图像,中间的是在压缩过程中损失的一些细节,而右边的就是压缩后的图像。可以看出,从画质上来看几乎没有损失(肉眼看不出),但是却可以大幅度降低显存的占用。