Optimize Shader Constant Update in XNA 4.0 (2)
作者：clayman
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上一篇文章介绍了在dx9下用数组模拟constant buffer的技术，但并不完整，在获得性能提升时，却完全失去了易用性：hlsl中把变量声明为数组以后，应用程序端失去了对每个独立变量的信息，比如：
hlsl
static float4x4 view = float4x4(globalParam[0],globalParam[1],globalParam[2],globalParam[3]);
static float4x4 viewProjection = float4x4(globalParam[4],globalParam[5],globalParam[6],globalParam[7]);
ViewProj, worldViewProj对应用程序是透明的，我们不知道PerFrameConstants中的哪个元素对应哪个变量。解决方案之一是在编码时做好约定，让某个变量位于特定数组的特定位置。显而易见，除非是非常非常简单的应用，否则这种约定方式是完全不具灵活性和扩展性的。一种更好的方式是使用一个额外外文件(比如xml)描述shader中的变量定义，这种方法虽然有一定灵活性，但额外的文件，意味着额外的工作量，需要保证shader和描述文件的同步更新，也增加了出错的可能。有没有在不增加额外文件的情况下，为shader添加hlsl代码添加元数据呢？ 当然可以，那就是annotation！
对不熟悉annotation的童鞋，这里做个简单介绍，annotation和semantic类似，用来修饰hlsl变量或者函数定义，属于ms effect framework的一部分，因此并不会影响生成的shader代码。Annotation包含在一对尖括号中，比如：
float4 hlslVariable : semantic < AnnotationDataType annotationName = value>;
Anotation总是以AnnotationDataType annotationName = value的形式出现，与普通变量定义的语法一样，AnotationDataType可以是float, int, bool, float4, string等等，<>中可以包含多个annotation定义，用分号隔开。在应用程序中，可以通过Effect来访问每个annotaion，方法于访问EffectParameter几乎一样。
有了对annotaion的初步了解，可以这样定义数组：
<
string param0 = “view 0 4”
string param1 = “viewProjection 4 4”
>
这里，param* 表示hlsl中的static变量，字符串中第一个元素表示变量名，第二个元素表示变量在数组中的位置，第三个元素表示变量大小，以寄存器个数为单位。这只是一个非常简单的例子，可以根据需要任意扩展对anntation的用法。
回到应用程序端，我们希望用户在不需要知道hlsl变量具体定义的情况下就能实现材质参数绑定，SetShaderConstant(name, value)将会完成所有任务。SetShaderConstant的工作分为2步：
1. 通过name找到相应的EffectParameter(EP)，注意这里的EP不是Effect中的EP，而是通过annotaion解析出来的参数。
2. 根据EP的信息，把value保存到buffer中；这里的buffer对应hlsl中的数组变量。
在所有材质参数更新完毕之后，通过Effect中 的EP，把整个buffer提交给shader。
上面介绍了基本的材质绑定设计，以下则是一些可能的优化：
优化 1：
有时我们并不想让所有的hlsl变量都以constant buffer的形式出现，比如boneMatrix这样由大量matrix组成的变量，把boneMatrix先保存到buffer，再从buffer到shader，有可能导致大量数据拷贝，也许比直接提交还慢，因此，我允许选择是否使用constant buffer。只需稍微修改代码即可：
<
bool IsConstantBuffer = false;
>
另外，为我们自己定义的EP也添加一个同样的变量。当SetShaderConstant找到EP之后，如果发现EP不代表ConstantBuffer，则直接提交到shader，我们让EP即能表示constant buffer中的一个变量，也能表示一个Effect中的EP变量，或者直接的shader寄存器值。
优化2：
对于一些常见的参数，比如world，view每次都查找相应的EP相对比较慢，可以转为这些参数进行优化：
{
SetConstantValue( name, value)
SetWorldMatrix(matrix);
SetWorldView(matrix);
}
SetWorldMatrix在初始化时就完成对EP的绑定，如果在shader中没有找到相应的EP，则什么也不干。我的引擎中定义了常见的参数，如果用户觉得某个未定义的参数也是经常出现的，完全可以继承ShaderConstatTable添加自己的优化.
优化 3：
对于应用程序来说，不必每个ShaderConstatTable都有自己的constant buffer数组，ShaderConstatTable可以共享constant buffer，在ShaderConstatTable.PreRender()中，ShaderConstatTable从某个pool中找到相应大小的constant buffer，这样可以节约相当可观的内存。
优化 4：
用一个flag来判断某快constant buffer是否需要更新。我用的一个32位的值，每位对应一个buffer，由于buffer数量不宜太多，因此32位的值对于dx10/11来说也足够了。
最后，本文虽然是基于xna/dx9的设计，但对dx10/11系统同样有参考价值;)