众所周知，Shader中代码的效率对整个游戏或者应用的性能起着至关重要的作用。如果在较为复杂的场景中使用了不够高效的Shader代码，会严重影响帧率。今天这篇文章将由Unity官方技术支持工程师张鑫用一个简单的实验来证明，如何通过改变变量类型来优化游戏或应用的性能。
测试截图：

测试信息：

• 测试对象：一个自建的简单场景，包含一个平面Plane，一个球体Sphere和一个长方体Cube。主摄像机围绕并朝向整个场景以恒定的角速度移动旋转。
• 测试Shader：Guertin Motion Blur，详情请查看相关论文：http://graphics.cs.williams.edu/papers/MotionBlurHPG14/
• 曝光模式：恒定曝光时间
• 曝光时间：1/30 ms
• 采样数目：每个像素10次采样
• 最大模糊半径：5%
• 测试平台：iPhone 6S
• 测试API：Metal

首先，我们使用最初版本的Shader，所有Shader的操作方法中，变量均采用32位浮点数（float）类型进行计算。比如其中某个被调用的函数：

[C#] 纯文本查看 复制代码 // Cylinder shaped interpolation float Cylinder(float T, float l_V) { return 1.0 - smoothstep(0.95 * l_V, 1.05 * l_V, T); }
最终的测试结果如下（平均每一帧耗时，单位毫秒）：
• 测试样品1：20.10ms
• 测试样品2：20.74ms
• 测试样品3：20.60ms
• 测试样品平均值：20.48ms

最后一次测试的XCode的Profile截图如下：



然后，我们对最初版本的Shader做一些简单的修改以进行优化。这里将所有32位浮点数（float）更改成16位浮点数（half）。同样，上面的函数被修改成：

[C#] 纯文本查看 复制代码 // Cylinder shaped interpolation half Cylinder(half T, half l_V) { return 1.0 - smoothstep(0.95 * l_V, 1.05 * l_V, T); }

下面是修改后的测试结果(平均每一帧耗时，单位毫秒)：
• 测试样品1：16.58ms
• 测试样品2：15.72ms
• 测试样品3：16.32ms
• 测试杨萍平均值:16.21ms

最后一次测试XCode的Profile截图如下：


通过以上对比测试，在我们的例子中，通过更改Shader中操作过程中的参数类型，可以得到20%以上的性能提升。

因此，我们可以得出以下结论：在渲染系统中，通过更改操作数的类型，可以有效提高代码运行效率。显然。这些提升，对于硬件并非十分强大的移动平台，将会带来不容忽视的性能优化。

这是因为，在大多移动平台上，GPU有对half操作数的优化支持，能够在足够精度的计算中，得到较为满意的效率提升。但是，half也不能随意乱用，我们一定要尽量减少不必要的类型转换，因为类型转换会耗费更多的GPU运行周期。例如：

[C#] 纯文本查看 复制代码fixed4 uniform; half4 result = pow (l, 2.2) + uniform; // BAD: fixed -> half conversion struct Input { float4 color : TEXCOORD0; }; half frag (Input IN) : COLOR { return IN.color; // BAD: float -> half conversion } half4 tex = tex2d (textureRGBA8bit, uv); // OK: conversion for free

综上所述，在移动平台的游戏开发过程中，我们应时刻警惕类型对性能的影响。根据自己的需要，运用足够精度的操作数类型，并减少不必要的类型转换。这样，我们的代码将会更高效，游戏也会更流畅。


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