Shader_GLSL、HLSL API异同对比
2024-06-04 04:49:17
工作中，常常使用到GLSL或HLSL，对于其各自内置函数、各自独有函数、通用函数经常会出现混淆，现结合资料总结如下，方便后续查找。
本文主要参照khronos与微软官方文档：GLSL、HLSL。
注：SPIR-V中间层着色器语言可以通过Vulkan自带着色器转换工具进行处理（GLSL、HLSL to SPV），故此处不再赘述。
一、不同之处
1.1 系统参数与內建参数
D3D有很多系统参数，而相应的，GLSL也有內建的输入参数的概念。他们的对应关系如下：
| HLSL | GLSL |
|---|---|
| SV_ClipDistance | gl_ClipDistance |
| SV_CullDistance | 当存在ARB_cull_distance情况下gl_CullDistance |
| SV_Coverage | gl_SampleMaskIn & gl_SampleMask |
| SV_Depth | gl_FragDepth |
| SV_DepthGreaterEqual | layout (depth_greater) out float gl_FragDepth; |
| SV_DepthLessEqual | layout (depth_less) out float gl_FragDepth; |
| SV_DispatchThreadID | gl_GlobalInvocationID |
| SV_DomainLocation | gl_TessCord |
| SV_GroupID | gl_WorkGroupID |
| SV_GroupIndex | N/A |
| SV_GroupThreadID | gl_LocalInvocationID |
| SV_GSInstanceID | gl_InvocationID |
| SV_InsideTessFactor | gl_TessLevelInner |
| SV_InstanceID | gl_InstanceID & gl_InstanceIndex (后面的 Vulkan 会有不同的语义) |
| SV_IsFrontFace | gl_FrontFacing |
| SV_OutputControlPointID | gl_InvocationID |
| N / A | gl_PatchVerticesIn |
| SV_Position | VS：gl_Position；PS：gl_FragCoord |
| SV_PrimitiveID | gl_PrimitiveID |
| SV_RenderTargetArrayIndex | gl_Layer |
| SV_SampleIndex | gl_SampleID |
| 通过EvaluateAttributeAtSample可以达到等价 | gl_SamplePosition |
| SV_StencilRef | 当存在ARB_cull_distance情况下gl_FragStencilRef |
| SV_Target | layout(location=N) out your_var_name |
| SV_TessFactor | gl_TessLevelOuter |
| SV_VertexID | gl_VertexID & gl_VertexIndex (后面的Vulkan会有不同的语义) |
| SV_ViewportArrayIndex | gl_ViewportIndex |
1.2 原子操作
原子操作的对应关系非常简单。将Interlocked换成atomic。因此InterlockedAdd则替换成atomicAdd，以此类推。唯一的区别就是InterlockedCompareExchange要换成atomicCompSwap。
1.3 共享/本地内存
HLSL中的groupshared 内存就是GLSL中的shared 内存。仅此而已。
1.4 内存屏障
| HLSL | GLSL |
|---|---|
| GroupMemoryBarrierWithGroupSync | groupMemoryBarrier 和 barrier |
| GroupMemoryBarrier | groupMemoryBarrier |
| DeviceMemoryBarrierWithGroupSync | memoryBarrier,memoryBarrierImage, memoryBarrierImage和barrier |
| AllMemoryBarrierWithGroupSync | 上面所有的内存栅栏 和 barrier |
| AllMemoryBarrier | 上面所有的内存栅栏 |
| N/A | memoryBarrierShared |
1.5 纹理访问
在没有Vulkan之前，贴图是整体绑定的，不可能部分访问。幸运的是， Vulkan使用和HLSL类似的语义，使得这部分可以有所不同。这个主要区别在于，HLSL中访问方法是“纹理对象”的一部分，而在GLSL，他们使用的是自由函数。在HLSL中，您要用一个Sampler采样器去采样一张Texture纹理贴图如下：
Texture.Sample (Sampler, coordinate)
在GLSL中，你需要指定纹理的类型和采样器的类型，除此之外，基本是一样的：
texture (sampler2D(Texture, Sampler), coordinate)
具体采样相关函数：
| HLSL | GLSL |
|---|---|
| CalculateLevelOfDetail & CalculateLevelOfDetailUnclamped | textureQueryLod |
| Load | texelFetch 和 texelFetchOffset |
| GetDimensions | textureSize, textureQueryLevels 和textureSamples |
| Gather | textureGather, textureGatherOffset, textureGatherOffsets |
| Sample, SampleBias | texture, textureOffset |
| SampleCmp | samplerShadow |
| SampleGrad | textureGrad, textureGradOffset |
| SampleLevel | textureLod, textureLodOffset |
| N/A | textureProj |
1.6 矩阵运算
GLSL和HLSL对默认矩阵阐释有所不同。GLSL使用列优先右乘矩阵（也就是，你用的是 M * V），HLSL使用行优先左乘矩阵（V* M）然而你通常可以忽略这些-你可以重载这个命令，使之可以在左右两边都能进行乘法 –这将会改变矩阵m中m[0]的含义。在HLSL中，将返回第一行，而在GLSL中，则会返回第一列。，当你用“本来的”的命令初始化成员的时候，这同样也适用于构造函数。
1.7 其他异函数
| HLSL | GLSL |
|---|---|
| atan2(y,x) | atan 使用参数交换 |
| ddx | dFdx |
| ddx_coarse | dFdxCoarse |
| ddx_fine | dFdxFine |
| ddy | dFdy |
| ddy_coarse | dFdyCoarse |
| ddy_fine | dFdyFine |
| EvaluateAttributeAtCentroid | interpolateAtCentroid |
| EvaluateAttributeAtSample | interpolateAtSample |
| EvaluateAttributeSnapped | interpolateAtOffset |
| frac | fract |
| lerp | mix |
| mad | fma |
| saturate | clamp(x, 0.0, 1.0) |
二、相同之处
2.1 公有函数
| 函数名 | 用法 | 详述 |
|---|---|---|
| abs | abs(x) | 返回x的绝对值。对x的每个元素都会独立计算一次。Absolute value (per component). |
| acos | acos(x) | 返回x的反余弦值。对x的每个元素都会独立计算一次。Returns the arccosine of each component of x. |
| all | all(x) | 检测x的所有元数的值是否为0.Test if all components of x are nonzero. |
| any | any(x) | 检测x是否有某个元数的值为0.Test if any component of x is nonzero. |
| asfloat | asfloat(x) | 将x转换为float类型。Convert the input type to a float. |
| asin | asin(x) | 返回x的反正弦值。对x的每个元素都会独立计算一次。 |
| asint | asint(x) | 将x转换为int类型。Convert the input type to an integer. |
| asuint | asuint(x) | 将x转换为uint类型。 |
| atan | atan(x) | 返回x的反正切值。 |
| atan2 | atan2(y, x) | 返回y、x的反正切值。 |
| ceil | ceil(x) | 返回大于或等于x的最小整数。 |
| clamp | clamp(x, min, max) | 将x截取在[min, max]范围内。 |
| clip | clip(x) | 如果x中存在值小于0的参数，则丢弃当前像素。 |
| cos | cos(x) | 返回x的余弦值。 |
| cosh | cosh(x) | 返回x的双曲余弦值。 |
| cross | cross(x, y) | 返回x、y的叉积。 |
| D3DCOLORtoUBYTE4 | D3DCOLORtoUBYTE4(x) | 混合和缩放4D向量x用于补偿一些对UBYTE4支持的硬件。Swizzles and scales components of the 4D vector x to compensate for the lack of UBYTE4 support in some hardware. |
| ddx | ddx(x) | 返回关于屏幕坐标x轴的偏导数。 |
| ddy | ddy(x) | 返回关于屏幕坐标y轴的偏导数。 |
| degrees | degrees(x) | 将x（弧度）转换到角度。 |
| determinant | determinant(m) | 返回的正方形矩阵m的行列式。 |
| distance | distance(x, y) | 返回x、y之间的距离。 |
| dot | dot(x, y) | 返回x、y的点积。 |
| exp | exp(x) | 返回以e为底数，x为指数的指数函数值。 |
| exp2 | exp2(x) | 返回以2为底数，x为指数的指数函数值。对x的每个字段都会计算一次。 |
| faceforward | faceforward(n, i, ng) | 检测多边形是否位于正面。-n * sign(•(i, ng))。 |
| floor | floor(x) | 返回小于等于x的最大整数。 |
| fmod | fmod(x, y) | 返回x/y的浮点余数。 |
| frac | frac(x) | 返回x的小数部分。 |
| frexp | frexp(x, exp) | 返回x的尾数和指数。 |
| fwidth | fwidth(x) | 返回 abs(ddx(x)) + abs(ddy(x))， |
| GetRenderTargetSampleCount | GetRenderTargetSampleCount() | 返回渲染目标采样器的个数。Returns the number of render-target samples. |
| GetRenderTargetSamplePosition | GetRenderTargetSamplePosition(x) | 返回关于给定采样器的一个采样点(x,y)。Returns a sample position (x,y) for a given sample index. |
| isfinite | isfinite(x) | 如果x为有限值则返回true，否则返回false。 |
| isinf | isinf(x) | 如果x为无限值则返回true，否则返回false。 |
| isnan | isnan(x) | 如果x为NAN或QNAN则返回true，否则返回false。 |
| ldexp | ldexp(x, exp) | frexp的逆运算，返回 x * 2 ^ exp。 |
| length | length(v) | 返回v向量的长度。 |
| lerp | lerp(x, y, s) | 对x、y进行插值计算。Returns x + s(y - x)。 |
| lit | lit(n • l, n • h, m) | 返回光照向量（环境光，漫反射光，镜面高光，1）。 |
| log | log(x) | 返回以e为底的对数。 |
| log10 | log10(x) | 返回以10为底的对数。 |
| log2 | log2(x) | 返回以2为底的对数。 |
| max | max(x, y) | 返回x、y中较大值。 |
| min | min(x, y) | 返回x、y中较小值。 |
| modf | modf(x, out ip) | 把x分割为整数和小数部分。 |
| mul | mul(x, y) | 返回x、y矩阵相乘的积。 |
| noise | noise(x) | Generates a random value using the Perlin-noise algorithm. |
| normalize | normalize(x) | 返回单位化向量，定义为 x / length(x)。 |
| pow | pow(x, y) | 返回x^y。 |
| radians | radians(x) | 将x（角度）转换到弧度。 |
| reflect | reflect(i, n) | 返回入射光线i对表面法线n的反射光线。 |
| refract | refract(i, n, R) | 返回在入射光线i，表面法线n，折射率为R下的折射光线。 |
| round | round(x) | 返回最接近x的整数。 |
| rsqrt | rsqrt(x) | 返回x平方根的倒数。 1 / sqrt(x) 。 |
| saturate | saturate(x) | 把x截取在[0, 1]之间。 |
| sign | sign(x) | 返回x的符号。 |
| sin | sin(x) | 返回x的正弦值。 |
| sincos | sincos(x, out s, out c) | 返回x的正弦值和余弦值。 |
| sinh | sinh(x) | 返回x的双曲正弦值。 |
| smoothstep | smoothstep(min, max, x) | 如果x的范围是[min, max]，则返回一个介于0和1之间的Hermite插值。 |
| sqrt | sqrt(x) | 返回x的平方根，对x的每个字段都会计算一次。 |
| step | step(a, x) | 返回 (x >= a) ? 1 : 0 。 |
| tan | tan(x) | 返回x的正切值。 |
| tanh | tanh(x) | 返回x的双曲正切值。 |
| tex1D | tex1D(s, t) | 返回纹理s在t位置的颜色。1D texture lookup. |
| tex1Dbias | tex1Dbias(s, t) | 使用bias返回纹理s在t位置的颜色。1D texture lookup with bias. |
| tex1Dgrad | tex1Dgrad(s, t, ddx, ddy) | 1D texture lookup with a gradient. |
| tex1Dlod | tex1Dlod(s, t) | 使用LOD返回纹理s在t位置的颜色。1D texture lookup with LOD. |
| tex1Dproj | tex1Dproj(s, t) | 使用透视分离返回纹理s在t位置的颜色。1D texture lookup with projective divide. |
| tex2D | tex2D(s, t) | 返回纹理s在t位置的颜色。 |
| tex2Dbias | tex2Dbias(s, t) | 2D texture lookup with bias. |
| tex2Dgrad | tex2Dgrad(s, t, ddx, ddy) | 2D texture lookup with a gradient. |
| tex2Dlod | tex2Dlod(s, t) | 2D texture lookup with LOD. |
| tex2Dproj | tex2Dproj(s, t) | 2D texture lookup with projective divide. |
| tex3D | tex3D(s, t) | 3D texture lookup. |
| tex3Dbias | tex3Dbias(s, t) | 3D texture lookup with bias. |
| tex3Dgrad | tex3Dgrad(s, t, ddx, ddy) | 3D texture lookup with a gradient. |
| tex3Dlod | tex3Dlod(s, t) | 3D texture lookup with LOD. |
| tex3Dproj | tex3Dproj(s, t) | 3D texture lookup with projective divide. |
| texCUBE | texCUBE(s, t) | Cube texture lookup. |
| texCUBEbias | texCUBEbias(s, t) | Cube texture lookup with bias. |
| texCUBEgrad | texCUBEgrad(s, t, ddx, ddy) | Cube texture lookup with a gradient. |
| texCUBElod | tex3Dlod(s, t) | Cube texture lookup with LOD. |
| texCUBEproj | texCUBEproj(s, t) | Cube texture lookup with projective divide. |
| transpose | transpose(m) | 返回m的转置矩阵。 |
| trunc | trunc(x) | 将x的所有元素从浮点值截断到整数值。 |
未完，后续用到再补充…
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