GLSL 优化：检查变量是否在范围内

Question

在我的着色器中，我有变量 b，需要确定它位于哪个范围内，并从中为变量 a 分配正确的值。我最终得到了很多 if 语句：

    float a = const1;

    if (b >= 2.0 && b < 4.0) {
        a = const2;
    } else if (b >= 4.0 && b < 6.0) {
        a = const3;
    } else if (b >= 6.0 && b < 8.0) {
        a = const4;
    } else if (b >= 8.0) {
        a = const5;
    }

我的问题是这会导致性能问题（分支）吗？我该如何优化它？我查看了 step 和 smoothstep 函数，但还没有找到实现此目的的好方法。

Answer 1

您可以通过创建某种查找来避免分支 table:

float table[5] = {const1, const2, const3, const4, const5};
float a = table[int(clamp(b, 0.0, 8.0) / 2)];

但性能将取决于查找 table 是否必须在每个着色器中创建，或者它是否是某种统一的...一如既往，先测量...

Answer 2

事实证明 Jaa-cs answere 对我来说不可行，因为我的目标是 WebGL，它不允许变量作为索引（除非它是循环索引）。不过，他的解决方案可能适用于其他 OpenGL 实现。

我使用混合和步进函数想出了这个解决方案：

//Outside of main function:
uniform vec3 constArray[5]; // Values are sent in to shader

//Inside main function:
float a = constArray[0];
a = mix(a, constArray[1], step(2.0, b));
a = mix(a, constArray[2], step(4.0, b));
a = mix(a, constArray[3], step(6.0, b));
a = mix(a, constArray[4], step(8.0, b));

但经过一些测试后，它并没有带来任何明显的性能提升。我最终得到了这个解决方案：

float a = constArray[0];

if (b >= 2.0)
    a = constArray[1];
if (b >= 4.0)
    a = constArray[2];
if (b >= 6.0)
    a = constArray[3];
if (b >= 8.0)
    a = constArray[4];

既紧凑又易于阅读。在我的例子中，这些替代方案和我的原始代码表现相同，但至少这里有一些可供尝试的选项。

Answer 3

要解决所描述的问题并避免分支，通常的技术是找到一系列数学函数，每个条件一个，对于除变量满足的条件之外的所有条件，其计算结果为 0。我们可以使用这些函数作为收益来构建一个总和，每次都计算出正确的值。在这种情况下，条件是简单的区间，所以使用阶梯函数我们可以写：

x in [a,b] as step(a,x)*step(x,b)（注意 x 和 b 的反转得到 x<=b）

或

x in [a,b[ as step(a,x)-step(x,b) as explained in this other post: GLSL point inside box test

使用此技术我们获得：

float a = (step(x,2.0)-((step(2.0,x)*step(x,2.0)))*const1 + 
                (step(2.0,x)-step(4.0,x))*const2 + 
                (step(4.0,x)-step(6.0,x))*const3 + 
                (step(6.0,x)-step(8.0,x))*const4 + 
                step(8.0,x)*const5

这适用于一般的不相交区间，但对于本题中的阶梯函数或阶梯函数，我们可以将其简化为：

float a = const1 + step(2.0,x)*(const2-const1) +
                   step(4.0,x)*(const3-const2) +
                   step(6.0,x)*(const4-const3) +
                   step(8.0,x)*(const5-const4)

我们也可以使用'bool conversion to float'来表达我们的条件，例如step(8.0,x)*(const5-const4)等同于float(x>=8.0)*(const5-const4)

GLSL 优化：检查变量是否在范围内

GLSL optimization: check if variable is within range

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