一篇文章说透计算着色器的SV_DispatchThreadID

请尊重原作者的工作，转载时请务必注明转载自：www.xionggf.com

SV_DispatchThreadID 是HLSL（High-Level Shading Language）中的一个语义（Semantic），用于在Compute Shader中获取当前线程的全局线程ID。它是Compute Shader中非常重要的一个概念，用于确定每个线程处理的数据或任务。

SV_DispatchThreadID 的含义

1. 全局线程ID：

   • SV_DispatchThreadID 是一个 uint3 类型的变量，表示当前线程在全局线程空间中的ID。
   • 它的三个分量（x、y、z）分别表示线程在X、Y、Z三个维度上的全局索引。

2. 线程的全局位置：

   • SV_DispatchThreadID 的值范围由程序语言层（例如C#） 的Dispatch 调用，和HLSL语言中的 numthreads 语句定义。
   • 例如，如果调度了 Dispatch(10, 20, 30)，并且 numthreads 是 [8, 8, 1]，那么：
     • SV_DispatchThreadID.x 的范围是 [0, 10*8-1]（即 [0, 79]）。
     • SV_DispatchThreadID.y 的范围是 [0, 20*8-1]（即 [0, 159]）。
     • SV_DispatchThreadID.z 的范围是 [0, 30*1-1]（即 [0, 29]）。

3. 用途：

   • SV_DispatchThreadID 通常用于确定当前线程处理的数据索引。
   • 例如，在处理2D纹理时，SV_DispatchThreadID.xy 可以直接用作纹理坐标。
   • 在处理1D数组时，SV_DispatchThreadID.x 可以直接用作数组索引。

SV_DispatchThreadID 的计算方式

SV_DispatchThreadID 的值是由以下两个因素决定的：

1. 线程组的大小（由 numthreads 定义）：

   • 例如，[numthreads(8, 8, 1)] 表示每个线程组有 8x8x1 = 64 个线程。即是说，numthread语句，是声明“线程”的。

2. 线程组的数量（由 Dispatch 调用定义）：

   • 例如，Dispatch(10, 20, 30) 表示在X、Y、Z三个维度上分别调度了10、20、30个线程组。即是说，Dispatch语句，是声明“线程组”的。

SV_DispatchThreadID 的计算公式如下：

SV_DispatchThreadID.x = GroupID.x * ThreadGroupSize.x + ThreadID.x
SV_DispatchThreadID.y = GroupID.y * ThreadGroupSize.y + ThreadID.y
SV_DispatchThreadID.z = GroupID.z * ThreadGroupSize.z + ThreadID.z

• GroupID：当前线程组的ID（通过 SV_GroupID 获取）。
• ThreadID：当前线程在线程组内的局部ID（通过 SV_GroupThreadID 获取）。
• ThreadGroupSize：线程组的大小（由 numthreads 定义）。

示例

假设我们有以下Compute Shader代码：

[numthreads(8, 8, 1)]
void CSMain(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    // id.x 和 id.y 表示当前线程的全局ID
    // id.z 表示当前线程在Z轴上的ID（在这个例子中始终为0）
}

• 线程组大小：[numthreads(8, 8, 1)] 表示每个线程组有 8x8x1 = 64 个线程。
• 调度调用：Dispatch(10, 20, 1) 表示在X、Y、Z三个维度上分别调度了10、20、1个线程组。

那么：

• SV_DispatchThreadID.x 的范围是 [0, 10*8-1]（即 [0, 79]）。
• SV_DispatchThreadID.y 的范围是 [0, 20*8-1]（即 [0, 159]）。
• SV_DispatchThreadID.z 的范围是 [0, 1*1-1]（即 [0, 0]）。

其他相关语义

在Compute Shader中，除了 SV_DispatchThreadID，还有其他几个常用的语义：

1. SV_GroupID：

   • 表示当前线程组的ID（uint3 类型）。即是对应于Dispatch函数中的三个参数的数值。
   • 例如，Dispatch(10, 20, 30) 时，SV_GroupID.x 的范围是 [0, 9]，SV_GroupID.y 的范围是 [0, 19]，SV_GroupID.z 的范围是 [0, 29]。

2. SV_GroupThreadID：

   • 表示当前线程在线程组内的局部ID（uint3 类型）。即是对应于Dispatch函数中的三个参数的数值。
   • 例如，[numthreads(8, 8, 1)] 时，SV_GroupThreadID.x 的范围是 [0, 7]，SV_GroupThreadID.y 的范围是 [0, 7]，SV_GroupThreadID.z 的范围是 [0, 0]。

3. SV_GroupIndex：

   • 表示当前线程在线程组内的线性索引（uint 类型）。即是对应于numthreads函数中的三个参数的乘积。
   • 例如，[numthreads(8, 8, 1)] 时，SV_GroupIndex 的范围是 [0, 63]。

实际应用

SV_DispatchThreadID 通常用于确定当前线程处理的数据索引。例如：

1. 处理2D纹理：

   [numthreads(8, 8, 1)]
   void CSMain(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
   {
       float4 color = tex2D(inputTexture, float2(id.x, id.y));
       // 处理颜色数据
   }
   

2. 处理1D数组：

   [numthreads(64, 1, 1)]
   void CSMain(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
   {
       float value = inputArray[id.x];
       // 处理数组数据
   }
   

3. 处理3D体素：

   [numthreads(8, 8, 8)]
   void CSMain(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
   {
       float value = voxelData[id.x + id.y * width + id.z * width * height];
       // 处理体素数据
   }
   

总结

• SV_DispatchThreadID 是Compute Shader中用于获取当前线程全局ID的语义。
• 它是一个 uint3 类型的变量，表示线程在X、Y、Z三个维度上的全局索引。
• 它的值由 numthreads 和 Dispatch 调用共同决定。
• 在Compute Shader中，SV_DispatchThreadID 通常用于确定当前线程处理的数据索引，是并行计算的核心概念之一。