Introduction to Turing Mesh Shaders

本篇博客翻译自这篇英伟达的文章

Motivation

在常规的渲染管线中，难以实现高效地绘制数亿个三角形与数十万个对象。而在使用mesh shader的情况下，原本的mesh会被分割为更小的meshlets，每个meshlet在理想情况下优化了其内部的顶点复用，从而减少不必要的重复加载与顶点数据的处理，以提高图形渲染的效率。

比方说，用于CAD的数据可能包含了数千万到数亿个三角形，即使在进行遮挡剔除后，三角形的数量仍然很大。这种情况下，常规渲染管线中的一些固定步骤有可能带来不必要的负载：

• 即使拓扑结构没有改变，硬件的图元分配器每次也会通过扫描index buffer来创建vertex batch
• 对不可见的数据（背面、视锥体以外等）进行顶点以及属性提取

而mesh shader可以规避掉这些瓶颈。内存可以一次性读取到GPU中，并维持这种载入状态，直至程序结束。

mesh shader阶段会构建用于光栅化的三角形，但类似于compute shader，是在内部使用协同线程模型，而非单线程程序模型。在mesh shader之前的管线阶段是task shader，它的运作方式与细分类似，但同样使用协同线程模型。在传统的曲面细分与几何着色器中，线程只能用于特定的任务，具体的对比如下图所示：

---

Mesh Shading Pipeline

在传统的管线中，我们需要获取属性，并执行vertex、tessellation、geometry shader。而新的管线包含了两个阶段：

• task shader：一个可编程的单元，在workgroup中操作，允许每个操作组发出或不发出mesh shader workgroup
• mesh shader：可编程单元，用于操作workgroup，产生primitive

我们可以从下图中了解到两种管线之间的区别：

新的管线为开发者提供了多种特性：

• 更高的可扩展性：通过减少图元处理中的固定功能影响，借助着色器单元实现更高的可扩展性。现代 GPU 的通用用途使得更多种类的应用程序能够添加更多核心，并提高着色器的通用内存和算术性能。
• 带宽降低：因为顶点去重（顶点复用）可以预先完成，并在多个帧中重复使用。当前的 API 模型意味着硬件每次都必须扫描索引缓冲区。更大的网格小片意味着更高的顶点复用，也降低了带宽要求。此外，开发人员可以提出自己的压缩或程序生成方案。”

---

Meshlets and Mesh Shading

每个meshlet代表一个可变数量的顶点与图元。

我们将数量限制在64个顶点与126个图元。