Opengl GLSL中统一和常量之间浮点行为的不同

我试图在GLSL中实现模拟的双精度，我观察到一个奇怪的行为差异，导致GLSL中出现微妙的浮点错误

考虑以下片段着色器，写入4浮点纹理以打印输出

layout (location = 0) out vec4 Output
uniform float s;
void main()
{
  float a = 0.1f;
  float b = s;

  const float split = 8193.0; // = 2^13 + 1

  float ca = split * a;
  float cb = split * b;

  float v1a = ca - (ca - a);
  float v1b = cb - (cb - b);

  Output = vec4(a,b,v1a,v1b);
}

这是我观察到的输出

GLSL输出具有一致性：

a = 0.1            0x3dcccccd
b = 2.86129e-06    0x36400497
v1a = 0.0999756    0x3dccc000
v1b = 2.86129e-06  0x36400497

a = 0.100000     0x3dcccccd
b = 0.000003     0x36400497
v1a = 0.099976   0x3dccc000
v1b = 0.000003   0x36400000

现在，使用给定的

b1

和

b2

值作为输入，

v2b

的值没有预期的结果。或者至少它没有与CPU上相同的结果（如图所示）：

C++输出：

a = 0.1            0x3dcccccd
b = 2.86129e-06    0x36400497
v1a = 0.0999756    0x3dccc000
v1b = 2.86129e-06  0x36400497

a = 0.100000     0x3dcccccd
b = 0.000003     0x36400497
v1a = 0.099976   0x3dccc000
v1b = 0.000003   0x36400000

注意

v1b

（

0x36400497

vs

0x36400000

）值的差异

因此，为了弄清楚发生了什么（以及谁是对的），我尝试在GLSL中重做计算，用一个常数替换统一值，使用一个稍微修改的着色器，用它替换统一值

layout (location = 0) out vec4 Output
void main()
{
  float a = 0.1f;
  float b = uintBitsToFloat(0x36400497u);

  const float split = 8193.0; // = 2^13 + 1

  float ca = split * a;
  float cb = split * b;

  float v1a = ca - (ca - a);
  float v1b = cb - (cb - b);

  Output = vec4(a,b,v1a,v1b);
}

这次，我得到了与C++版本相同的计算的相同输出。

GLSL输出与常数：

a = 0.1            0x3dcccccd
b = 2.86129e-06    0x36400497
v1a = 0.0999756    0x3dccc000
v1b = 2.86102e-06  0x36400000

a = 0.1            0x3dcccccd
b = 2.86129e-06    0x36400497
v1a = 0.0999756    0x3dccc000
v1b = 2.86102e-06  0x36400000

我的问题是，是什么使浮点计算在统一变量和常量之间表现出不同的行为？这是某种后台编译器优化吗

这是我的笔记本电脑英特尔GPU上的OpenGL供应商字符串，但我在nVidia卡上也观察到了同样的行为

Renderer : Intel(R) HD Graphics 520
Vendor   : Intel
OpenGL   : 4.5.0 - Build 23.20.16.4973
GLSL     : 4.50 - Build 23.20.16.4973

---

GPU不一定具有/使用IEEE 754某些实现具有较少的位数，因此不需要考虑结果会有所不同。这与您在FPU上比较

float

与

double

结果相同。但是，如果您的GLSL实现允许，您可以尝试强制执行精度：

• 不确定它是否也适用于标准GL/GLSL，因为我从未使用过它

在更糟糕的情况下，如果您的GPU允许，请使用

double

和

dvec

，但请注意，目前还没有64位插值器（至少据我所知）

要排除由于按纹理传递结果而导致的舍入，请参见：

您还可以通过打印检查GPU上的尾数位数

1.0+1.0/2.0
1.0+1.0/4.0
1.0+1.0/8.0
1.0+1.0/16.0
...
1.0+1.0/2.0^i

未打印为

1.0的最后一个数字的
i
是尾数位数。因此，您可以检查它是否为23…
因此，正如在评论中提到的，通过对依赖于严格IEEE754操作的值使用
精确的
修饰符来解决问题：

layout (location = 0) out vec4 Output
uniform float s;
void main()
{
  float a = 0.1f;
  float b = s;

  const float split = 8193.0; // = 2^13 + 1

  precise float ca = split * a;
  precise float cb = split * b;

  precise float v1a = ca - (ca - a);
  precise float v1b = cb - (cb - b);

  Output = vec4(a,b,v1a,v1b);
}

输出：

a = 0.1            0x3dcccccd
b = 2.86129e-06    0x36400497
v1a = 0.0999756    0x3dccc000
v1b = 2.86102e-06  0x36400000

a = 0.1            0x3dcccccd
b = 2.86129e-06    0x36400497
v1a = 0.0999756    0x3dccc000
v1b = 2.86102e-06  0x36400000

编辑：很可能只需要最后的
precise
来约束导致其计算的操作，以避免不必要的优化。
您正在比较不同的东西。如果我做对了，差异在CPU上而不是GLSL上
const float
可能会被编译器优化，并在编译时作为
double
进行计算，因此变量和常量之间存在差异。CPU和GPU结果之间通常也存在差异（但不是您的情况），因为GPU浮点并不总是标准浮点，它们有时具有不同的位数…如果您更改
float v1b=cb-（cb-b）至<代码>浮动温度b=cb-b；浮点数v1b=cb-tempb
（对于
v1a
），行为是否会发生变化？请尝试将
precise
修饰符添加到
v1a
和
v1b
，因为这看起来像是将浮点重新关联或FMA收缩应用为性能优化的情况（我认为默认情况下允许），更改结果。re:@Spektre：问题是第一个版本的结果不正确（因为它不符合IEEE 754标准，其他两个也遵循）。我也有同样的问题。但是我正在开发WebGL 1.0，而不是2.0，它不支持“精确”限定符。你知道可以做些什么吗？关于
precision highp
？我不想迁移到WebGL 2.0的原因是它在某些移动设备上不受支持：例如，在iPhone上。Shere’s what I Twill Twill（参考对我原始问题的一些评论和回答）：-尝试添加中间变量以存储
ca-a
等的结果。-尝试将这些中间变量
设置为volatile
（如果此关键字与OpenGL ES一起工作…），不幸的是，“volatile”只是一个保留字。WebGL2中没有对它们的任何支持。中间变量也没有帮助