Unity-ComputeShader线程与调度

Compute Shader（计算着色器）把工作组织成线程组，让 GPU 处理不必直接输出三角形或像素的任务。草地剔除、深度金字塔和图像处理，都可以按数据而不是按 Draw 来分配工作。

写出一个 Kernel 并不难，真正容易出错的是“有多少组、每组多少线程、谁能与谁同步、最后谁来消费结果”。本文用一个二维输出说明这些边界，接口以 Unity 2022.3 为例。

1. Dispatch 的参数不是像素数

[numthreads(8,8,1)] 规定每组 64 个线程。Dispatch(kernel,gx,gy,1) 则启动 gx×gy 个组。两者相乘，才是总线程覆盖范围。

假设图像是 100×70，需要组数 ceil(100/8)=13、ceil(70/8)=9，实际覆盖 104×72 个线程。多出来的线程必须显式判断越界。

2. 四种编号

关系是逐分量的 DispatchThreadID = GroupID * numthreads + GroupThreadID。组宽高必须与 Kernel 声明一致，不能把一维公式直接套到二维。

原笔记配图：线程组网格与线程编号的对应关系；图中使用 numthreads(10,8,3)，与正文 8×8×1 示例不同，应分别计算。

3. 一个最小二维 Kernel

将下面保存为 .compute 文件；输出纹理应使用支持随机写的格式：

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#pragma kernel Fill
RWTexture2D<float4> Result;
int Width;
int Height;

[numthreads(8, 8, 1)]
void Fill(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    if (id.x >= (uint)Width || id.y >= (uint)Height) return;
    float2 uv = (float2(id.xy) + 0.5) / float2(Width, Height);
    Result[id.xy] = float4(uv, 0, 1);
}

C# 侧先设置 enableRandomWrite=true，再 Create()；绑定纹理与尺寸后查询组大小计算 Dispatch。下面的 cs 和 rt 是已经赋值的 ComputeShader 与 RenderTexture：

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int k = cs.FindKernel("Fill");
cs.SetTexture(k, "Result", rt);
cs.SetInt("Width", rt.width);
cs.SetInt("Height", rt.height);
cs.GetKernelThreadGroupSizes(k, out uint tx, out uint ty, out _);
cs.Dispatch(k,
    (rt.width + (int)tx - 1) / (int)tx,
    (rt.height + (int)ty - 1) / (int)ty, 1);

这段展示调度与越界关系，不包含组件生命周期；实际项目还需检查资源创建成功、设备支持，并在销毁时释放自己创建的资源。

4. 线程组是协作范围

groupshared 数据供组内线程协作，例如分块读取、归约与局部排序。组同步只约束这一组；不同组的执行先后不可依赖。

若整个图像要先完成阶段 A，再全体执行阶段 B，通常拆成两次 Dispatch，并由管线/API 保证资源依赖。不能让组 0 在共享变量里等待组 1，以此模拟全局屏障。

前面 Kernel 的提前返回只在没有组内同步时直接成立。若后面加入组同步，边界线程也必须遵守会合规则，往往需要用有效性掩码代替提前退出。

5. Buffer 布局与结果消费

StructuredBuffer 的 CPU 与 GPU 数据布局必须一致，尤其是三分量向量、布尔和混合精度字段。显式整理字段与 stride，比依赖不同后端恰好给出相同布局更可靠。

剔除草地时，一般保留源实例 Buffer，输出紧凑的可见实例 Buffer，再把可见数写进间接绘制参数。每帧应重置计数，处理容量上限与溢出，并保证绘制读到的是本次完成的结果。

回读到 CPU 可能引入等待。只为下一次 GPU 绘制准备数据时，优先让结果继续留在 GPU；需要统计时再考虑异步回读和延迟。

6. 组越大未必越快

更大的线程组可能提高复用，也可能增加共享内存、寄存器与同步开销，降低并发驻留。8×8、16×16 都是候选，不是通用最优值。

支持情况也不能概括成“安卓都支持”。应检查图形 API、设备功能、纹理格式与引擎能力，并提供必要的降级路径。

总结

Compute 的正确起点是定义数据范围与协作范围。把 Dispatch、组内线程和资源依赖分清，再讨论并行度、访存与组尺寸，才能避免把越界或竞态误认为平台兼容问题。

参考资料

• Unity 2022.3：Compute shaders

• Microsoft：HLSL 系统语义