c++ - 如何将 Eigen 矩阵和 vector 类型转换为 Apple 的 simd 类型以传递给 GPU？

Question

我正在尝试使用 Eigen's我的应用程序代码中与图形相关的基本线性代数的 vector 和矩阵类型(例如 Vector3f 、 Matrix3f )。但为了将它们传递给 GPU，我想使用 Apple 的 Metal API，它从 <simd/simd.h> 中获取类型。 header 。它们以我不认识的奇怪方式声明。例如，这里是 3 个 float 的 vector ，以及 3x3 float 的矩阵。

// From <simd/vector_types.h>
typedef __attribute__((__ext_vector_type__(3))) float simd_float3;
...
// From <simd/types.h>
typedef struct { simd_float3 columns[3]; } simd_float3x3;

构建 Eigen 最有效的方法是什么 Vector3f到simd_float3 ，和Matrix3f至simd_float3x3 ？

也许它们在内存中的布局相同，我不需要转换它们？那太好了。虽然理想情况下我想 static_assert用编译器仔细检查它。

编辑添加:

我假设我不能在 Metal 着色器代码中使用 Eigen，并且在着色器代码中我应该使用的唯一 vector 和矩阵类型是 simd 类型 - simd_float3 , simd_float3x3等等。如果我可以简单地使用特征类型而不损失性能或造成重大不便，那么我可能会这样做。

Answer 1

Metal 缓冲区不限于仅使用simd对象。事实上，您通过 memcpy 传递数据，它接受任意数据指针，因此您可以使用任何类型。不过，您必须注意两个陷阱:

1. simd 对象自动添加一个额外元素，以便允许矩阵/vector 乘法(例如 simd::float3 vector 实际上包含 4 个元素)
2. Eigen 对象必须进行转置，否则它们的内部表示与预期的内存布局不匹配。例如。为了传递三角形 3 个顶点的数据:

• { -0.8f, 0.8f, 0.0f } - 顶点的 x, y, z 1；
• { 0.0f, -0.8f, 0.0f } - 顶点的 x, y, z 2；
• { 0.8f, 0.8f, 0.0f } - 顶点 3 的 x, y, z ;

你应该用以下内容制作一个 4x3 矩阵:

• { -0.8f, 0.0f, 0.8f } - x 轴上的值；
• { 0.8f, -0.8f, 0.8f } - y 轴上的值；
• { 0.0f, 0.0f, 0.0f } - z 轴上的值；

这是一个简约的示例:

Eigen::Matrix<float, 4, 3> positions{
    { -0.8f, 0.0f, 0.8f },  // x
    { 0.8f, -0.8f, 0.8f },  // y
    { 0.0f, 0.0f, 0.0f },   // z
    { 0.0f, 0.0f, 0.0f }    // w
};  // v1  // v2  // v3

auto* positionsBuffer = metalDevice->newBuffer(positionsDataSize, MTL::ResourceStorageModeManaged);

const std::size_t positionsDataSize = positions.rows() * positions.cols() * sizeof(decltype(positions)::Scalar);

std::memcpy(positionsBuffer->contents(), positions.data(), positionsDataSize );