Optimize Shader Constant Update in XNA 4.0

 Optimize Shader Constant Update in XNA 4.0

作者：clayman

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      虽然xna 4.0删除了SetShaderConstant等一系列方法，让我们不能以最高效的方式更新shader参数，但通过优秀的设计，仍然有很大优化空间。我们的目标有两个：

1.减少状态改变 --- 这是任何shader constant management系统的首要目标；

2.减少EffectParameter.SetValue的调用--- 用reflector可以看到，这是一个非常慢的函数；

 

         如何实现呢？DirectX 10为我们指明了方向，那就是constant buffer(cb)。虽然dx 9下并没有cb，但这并不妨碍我们模拟出类似的机制，要做的不过是稍稍改变编写shader的方式而已：

 
   
  float4 PerFrameConstants[n] :register(c0);
float4 MaterialConstant[m]:register(n);
float4 InstanceConstant[v] : register(n 
  + 
  m);
 
 

 

 

        不再声明众多独立的uniform变量，而是把他们看做不同类型变量组中的元素，这几乎和dx 10中cb的概念一模一样。为了方便编写，可以在shader中，重新组织这些变量，比如：

 
   
  static 
   float4 
  * 
  4 
   viewProj  
  = 
   float4 
  * 
  4 
  (PerFrameConstants[ 
  0 
  ], PerFrameConstants[ 
  1 
  ], PerFrameConstants[ 
  2 
  ], PerFrameConstants[ 
  3 
  ]);
 
  static 
   float4 
  * 
  4 
    worldMatrix  
  = 
   float4 
  * 
  4 
  ( InstanceConstant[ 
  0 
  ], InstanceConstant[ 
  1 
  ], InstanceConstant[ 
  2 
  ], InstanceConstant[ 
  3 
  ]);

………………………………
 
 

 

 

        对应用程序来说，原来众多不同类型的参数，缩减为了非常少的几个数组。所有shader constat的改变都先缓存到数组中，然后一次性提交：

 
   
  Vector4[] InstanceConstant;
InstanceConstant.SetValue(startIndex,elementCount, value);
 
  // 
  ……………set other constant 
  
 
  EffectParameter.SetValue(InstanceConstant);
 
 

 

 

        虽然上面的伪代码中InstanceConstant.SetValue和EffectParameter.SetValu看起来非常类似，性能却相差很多倍：InstanceConstant.SetValue只是找到特定的数组元素，并为其赋值而已；EffectParameter.SetValue就包括了一系列参数类型验证，从manage code到native code的调用，以及底层DX的函数调用等等。

         当然，性能的提升并不是免费的，改写shader以后，我们需要额外的信息知道某个参数位于哪个数据中的哪几个元素，此外，与dx10一样，cb划分的好坏，对性能有很大影响。

         最后，除性能以外，这样的方法还有一个额外的好处，就是统一了dx9/10的参数更新方式，对那些非xna，同时支持多个dx版本的传统引擎来说，也非常适合，Just Cause 2就是这么做的J

 

 

ps:老早就就打算这么干，但犹犹豫豫怕把接口设计的太复杂，今天看了Just Cause2的做法，终于坚定了信心，明天开始改代码-,-