Unity中Shader指令优化

---

前言

上一篇文章中，我们解析了Shader解析后的代码。我们在这篇文章中来看怎么实现Shader指令优化

• Unity中Shader指令优化（编译后指令解析）

---

解析一下不同运算、条件、函数所需的指令数

1、常数基本运算

在DirectX平台，常数运算是不占指令数的。但是，稳妥起见我们最好自己计算好常数计算的结果。防止其他平台认为常数运算需要占指令。

• Shader片元着色器中：

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
//常数基本计算
return 2 * 3;
}

• 编译后只有一个赋值给输出结果的指令：

ps_4_0
dcl_output o0.xyzw
0: mov o0.xyzw, l(6.000000,6.000000,6.000000,6.000000)
1: ret

定义临时存储变量，也是不消耗指令数的，对性能没有影响

• Shader片元着色器中：

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
//常数基本计算
fixed4 c = 0.2 * 3 / sin(4);
fixed4 c1 = c;
return c1;
}

• 编译后同样只有一个赋值给输出结果的指令：

ps_4_0
dcl_output o0.xyzw
0: mov o0.xyzw, l(-0.792809,-0.792809,-0.792809,-0.792809)
1: ret

2、变量基本运算

变量的基本运算，是会使用GPU计算指令的。因为变量在计算前是未知的，会预留计算指令

• Shader中：

1. 属性面板定义一个四维向量

_Value(“Value”,Vector) = (0,0,0,0)

2. 片元着色器中，使用该变量进行 加法 计算

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
//2、变量基本运算
float a = _Value.x;
float b = _Value.y;
float c = _Value.z;
float d = _Value.w;
float e = 1 + a;
return e;
}

• 编译后(使用了加指令)：

ps_4_0
dcl_constantbuffer CB0[3], immediateIndexed
dcl_output o0.xyzw
0: add o0.xyzw, cb0[2].xxxx, l(1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000)
1: ret

3. 变量进行减法运算

e = 1 - a;

• 编译后(使用了加指令)：

ps_4_0
dcl_constantbuffer CB0[3], immediateIndexed
dcl_output o0.xyzw
0: add o0.xyzw, -cb0[2].xxxx, l(1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000)
1: ret

4. 变量进行乘法运算(这里测试乘法，别使用 1 或 2，会自动转化为加法)

e = 3 * a

• 编译后(使用了乘指令)：

ps_4_0
dcl_constantbuffer CB0[3], immediateIndexed
dcl_output o0.xyzw
0: mul o0.xyzw, cb0[2].xxxx, l(3.000000, 3.000000, 3.000000, 3.000000)
1: ret

5. 变量进行除法运算

e = 3 / a

• 编译后(使用了除法指令)：

ps_4_0
dcl_constantbuffer CB0[3], immediateIndexed
dcl_output o0.xyzw
0: div o0.xyzw, l(3.000000, 3.000000, 3.000000, 3.000000), cb0[2].xxxx
1: ret

6. 变量进行多个相同运算

e = 3 * a * b;

• 编译后：

ps_4_0
dcl_constantbuffer CB0[3], immediateIndexed
dcl_output o0.xyzw
dcl_temps 1
0: mul r0.x, cb0[2].x, cb0[2].y
1: mul o0.xyzw, r0.xxxx, l(3.000000, 3.000000, 3.000000, 3.000000)
2: ret

7. 变量进行乘加运算，对性能优化特别重要（特殊）

e = 3 * a + b;

• 编译后，会使用乘加指令（把乘法和加法合并成一个指令）

ps_4_0
dcl_constantbuffer CB0[3], immediateIndexed
dcl_output o0.xyzw
0: mad o0.xyzw, cb0[2].xxxx, l(3.000000, 3.000000, 3.000000, 3.000000), cb0[2].yyyy
1: ret

3、条件语句、循环 和 函数

1. 条件语句

if(i.uv.x < 0.5)
{
i.uv.x = 1;
}
else
{
i.uv.x = 0;
}
return i.uv.x;

• 编译后：

这里我们可以使用 step 函数来替代 该 条件语句
替代后，虽然编译结果一样的。但是，这是因为 条件语句 的程序体太简单
如果遇到比较复杂的 条件语句，我们可以使用 结合 step 和 算法的方法 把条件语句剔除

使用 step 函数后：

return step(0.5,i.uv.x);

• 编译后
  

2. 循环语句

float e = 0;
for(int i = 0;i < 5;i++)
{
e += 0.1;
}
return e;

• 编译后：

3. mad指令优化：

优化前：

float e = (a + b) * (a - b);
return e;

• 编译后：

优化后：

float e = a * a * (-b * b);
return e;

• 编译后：

4. 透过编译后的代码来直观的看出函数的内部执行（这里使用 normalize 来测试）

一维向量（常数）：

float e = normalize(a);
return e;

• 编译后：

多维向量归一化（编译后会使用点乘）

float e = normalize(_Value);
return e;

• 编译后：

5. abs(如果abs传入的是单一参数，就不会多用指令。但是传入式子，会多用指令)

传入式子：

float e = abs(a * b);
return e;

• 编译后：

传入单一参数：

float e = abs(a) * abs(b);
return e;

• 编译后：

6. 负号可以适当的移到变量中

移动前：

float e = -dot(a,a);
return e;

• 编译后：

移动后：

float e = dot(-a,a);
return e;

• 编译后：

7. 尽量把同一维度的向量进行结合运算

结合前：

float3 e = _Value.xyz * a * b * _Value.yzw * c * d;
return fixed4(e,1);

• 编译后：

结合后：

float3 e = (_Value.xyz * _Value.yzw) * (a * b * c * d);
return fixed4(e,1);

• 编译后：

8. asin / atan / acos开销很大，尽量不要使用 （这里使用asin测试）

float e = asin(a);
return e;

• 编译后