nir/lower_tex: add lowering for texture gradient on cube maps
authorIago Toral Quiroga <itoral@igalia.com>
Wed, 30 Nov 2016 08:40:43 +0000 (09:40 +0100)
committerIago Toral Quiroga <itoral@igalia.com>
Tue, 13 Dec 2016 09:32:00 +0000 (10:32 +0100)
This is ported from the Intel lowering pass that we use with GLSL IR.
The NIR pass only handles cube maps, not shadow samplers, which are
also lowered for gen < 8 on Intel hardware. We will add support for
that in a later patch, at which point we should be able to remove
the GLSL IR lowering pass.

v2:
- added a helper to retrieve ddx/ddy parameters (Ken)
- No need to make size.z=1.0, we are only using component x anyway (Iago)

v3:
- Get rid of the ddx/ddy helper and use nir_tex_instr_src_index
  instead (Ken, Eric)

v4:
- When emitting the textureLod operation, copy all texture parameters
  from the original textureGrad() (except for ddx/ddy) using a loop
- Add a 'continue' statement if the lowering makes progress because it
  replaces the original texture instruction

Reviewed-by: Kenneth Graunke <kenneth@whitecape.org> (v3)
src/compiler/nir/nir.h
src/compiler/nir/nir_lower_tex.c

index 3040cbd2c36f3e93de47a0e26b4c7671dad290fe..826410d5ac323ff278a3d90a4fb5a6a92c8b5693 100644 (file)
@@ -2394,6 +2394,11 @@ typedef struct nir_lower_tex_options {
     * of the texture are lowered to linear.
     */
    unsigned lower_srgb;
+
+   /**
+    * If true, lower nir_texop_txd on cube maps with nir_texop_txl.
+    */
+   bool lower_txd_cube_map;
 } nir_lower_tex_options;
 
 bool nir_lower_tex(nir_shader *shader,
index 08cb6681acec3744e396371154efe54aa7eba292..11773cbee574e5c3e27fd9144672d0a3617b5360 100644 (file)
@@ -304,6 +304,207 @@ lower_yx_xuxv_external(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
                       nir_channel(b, xuxv, 3));
 }
 
+/*
+ * Emits a textureLod operation used to replace an existing
+ * textureGrad instruction.
+ */
+static void
+replace_gradient_with_lod(nir_builder *b, nir_ssa_def *lod, nir_tex_instr *tex)
+{
+   /* We are going to emit a textureLod() with the same parameters except that
+    * we replace ddx/ddy with lod.
+    */
+   int num_srcs = tex->num_srcs - 1;
+   nir_tex_instr *txl = nir_tex_instr_create(b->shader, num_srcs);
+
+   txl->op = nir_texop_txl;
+   txl->sampler_dim = tex->sampler_dim;
+   txl->texture_index = tex->texture_index;
+   txl->dest_type = tex->dest_type;
+   txl->is_array = tex->is_array;
+   txl->is_shadow = tex->is_shadow;
+   txl->is_new_style_shadow = tex->is_new_style_shadow;
+   txl->sampler_index = tex->sampler_index;
+   txl->texture = (nir_deref_var *)
+      nir_copy_deref(txl, &tex->texture->deref);
+   txl->sampler = (nir_deref_var *)
+      nir_copy_deref(txl, &tex->sampler->deref);
+   txl->coord_components = tex->coord_components;
+
+   nir_ssa_dest_init(&txl->instr, &txl->dest, 4, 32, NULL);
+
+   int src_num = 0;
+   for (int i = 0; i < tex->num_srcs; i++) {
+      if (tex->src[i].src_type == nir_tex_src_ddx ||
+          tex->src[i].src_type == nir_tex_src_ddy)
+         continue;
+      nir_src_copy(&txl->src[src_num].src, &tex->src[i].src, txl);
+      txl->src[src_num].src_type = tex->src[i].src_type;
+      src_num++;
+   }
+
+   txl->src[src_num].src = nir_src_for_ssa(lod);
+   txl->src[src_num].src_type = nir_tex_src_lod;
+   src_num++;
+
+   assert(src_num == num_srcs);
+
+   nir_ssa_dest_init(&txl->instr, &txl->dest, 4, 32, NULL);
+   nir_builder_instr_insert(b, &txl->instr);
+
+   nir_ssa_def_rewrite_uses(&tex->dest.ssa, nir_src_for_ssa(&txl->dest.ssa));
+
+   nir_instr_remove(&tex->instr);
+}
+
+static void
+lower_gradient_cube_map(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+{
+   assert(tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_CUBE);
+   assert(tex->op == nir_texop_txd);
+   assert(tex->dest.is_ssa);
+
+   /* Use textureSize() to get the width and height of LOD 0 */
+   nir_ssa_def *size = get_texture_size(b, tex);
+
+   /* Cubemap texture lookups first generate a texture coordinate normalized
+    * to [-1, 1] on the appropiate face. The appropiate face is determined
+    * by which component has largest magnitude and its sign. The texture
+    * coordinate is the quotient of the remaining texture coordinates against
+    * that absolute value of the component of largest magnitude. This
+    * division requires that the computing of the derivative of the texel
+    * coordinate must use the quotient rule. The high level GLSL code is as
+    * follows:
+    *
+    * Step 1: selection
+    *
+    * vec3 abs_p, Q, dQdx, dQdy;
+    * abs_p = abs(ir->coordinate);
+    * if (abs_p.x >= max(abs_p.y, abs_p.z)) {
+    *    Q = ir->coordinate.yzx;
+    *    dQdx = ir->lod_info.grad.dPdx.yzx;
+    *    dQdy = ir->lod_info.grad.dPdy.yzx;
+    * }
+    * if (abs_p.y >= max(abs_p.x, abs_p.z)) {
+    *    Q = ir->coordinate.xzy;
+    *    dQdx = ir->lod_info.grad.dPdx.xzy;
+    *    dQdy = ir->lod_info.grad.dPdy.xzy;
+    * }
+    * if (abs_p.z >= max(abs_p.x, abs_p.y)) {
+    *    Q = ir->coordinate;
+    *    dQdx = ir->lod_info.grad.dPdx;
+    *    dQdy = ir->lod_info.grad.dPdy;
+    * }
+    *
+    * Step 2: use quotient rule to compute derivative. The normalized to
+    * [-1, 1] texel coordinate is given by Q.xy / (sign(Q.z) * Q.z). We are
+    * only concerned with the magnitudes of the derivatives whose values are
+    * not affected by the sign. We drop the sign from the computation.
+    *
+    * vec2 dx, dy;
+    * float recip;
+    *
+    * recip = 1.0 / Q.z;
+    * dx = recip * ( dQdx.xy - Q.xy * (dQdx.z * recip) );
+    * dy = recip * ( dQdy.xy - Q.xy * (dQdy.z * recip) );
+    *
+    * Step 3: compute LOD. At this point we have the derivatives of the
+    * texture coordinates normalized to [-1,1]. We take the LOD to be
+    *  result = log2(max(sqrt(dot(dx, dx)), sqrt(dy, dy)) * 0.5 * L)
+    *         = -1.0 + log2(max(sqrt(dot(dx, dx)), sqrt(dy, dy)) * L)
+    *         = -1.0 + log2(sqrt(max(dot(dx, dx), dot(dy,dy))) * L)
+    *         = -1.0 + log2(sqrt(L * L * max(dot(dx, dx), dot(dy,dy))))
+    *         = -1.0 + 0.5 * log2(L * L * max(dot(dx, dx), dot(dy,dy)))
+    * where L is the dimension of the cubemap. The code is:
+    *
+    * float M, result;
+    * M = max(dot(dx, dx), dot(dy, dy));
+    * L = textureSize(sampler, 0).x;
+    * result = -1.0 + 0.5 * log2(L * L * M);
+    */
+
+   /* coordinate */
+   nir_ssa_def *p =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_coord)].src.ssa;
+
+   /* unmodified dPdx, dPdy values */
+   nir_ssa_def *dPdx =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddx)].src.ssa;
+   nir_ssa_def *dPdy =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddy)].src.ssa;
+
+   nir_ssa_def *abs_p = nir_fabs(b, p);
+   nir_ssa_def *abs_p_x = nir_channel(b, abs_p, 0);
+   nir_ssa_def *abs_p_y = nir_channel(b, abs_p, 1);
+   nir_ssa_def *abs_p_z = nir_channel(b, abs_p, 2);
+
+   /* 1. compute selector */
+   nir_ssa_def *Q, *dQdx, *dQdy;
+
+   nir_ssa_def *cond_z = nir_fge(b, abs_p_z, nir_fmax(b, abs_p_x, abs_p_y));
+   nir_ssa_def *cond_y = nir_fge(b, abs_p_y, nir_fmax(b, abs_p_x, abs_p_z));
+
+   unsigned yzx[4] = { 1, 2, 0, 0 };
+   unsigned xzy[4] = { 0, 2, 1, 0 };
+
+   Q = nir_bcsel(b, cond_z,
+                 p,
+                 nir_bcsel(b, cond_y,
+                           nir_swizzle(b, p, xzy, 3, false),
+                           nir_swizzle(b, p, yzx, 3, false)));
+
+   dQdx = nir_bcsel(b, cond_z,
+                    dPdx,
+                    nir_bcsel(b, cond_y,
+                              nir_swizzle(b, dPdx, xzy, 3, false),
+                              nir_swizzle(b, dPdx, yzx, 3, false)));
+
+   dQdy = nir_bcsel(b, cond_z,
+                    dPdy,
+                    nir_bcsel(b, cond_y,
+                              nir_swizzle(b, dPdy, xzy, 3, false),
+                              nir_swizzle(b, dPdy, yzx, 3, false)));
+
+   /* 2. quotient rule */
+
+   /* tmp = Q.xy * recip;
+    * dx = recip * ( dQdx.xy - (tmp * dQdx.z) );
+    * dy = recip * ( dQdy.xy - (tmp * dQdy.z) );
+    */
+   nir_ssa_def *rcp_Q_z = nir_frcp(b, nir_channel(b, Q, 2));
+
+   unsigned xy[4] = { 0, 1, 0, 0 };
+   nir_ssa_def *Q_xy = nir_swizzle(b, Q, xy, 2, false);
+   nir_ssa_def *tmp = nir_fmul(b, Q_xy, rcp_Q_z);
+
+   nir_ssa_def *dQdx_xy = nir_swizzle(b, dQdx, xy, 2, false);
+   nir_ssa_def *dQdx_z = nir_channel(b, dQdx, 2);
+   nir_ssa_def *dx =
+      nir_fmul(b, rcp_Q_z, nir_fsub(b, dQdx_xy, nir_fmul(b, tmp, dQdx_z)));
+
+   nir_ssa_def *dQdy_xy = nir_swizzle(b, dQdy, xy, 2, false);
+   nir_ssa_def *dQdy_z = nir_channel(b, dQdy, 2);
+   nir_ssa_def *dy =
+      nir_fmul(b, rcp_Q_z, nir_fsub(b, dQdy_xy, nir_fmul(b, tmp, dQdy_z)));
+
+   /* M = max(dot(dx, dx), dot(dy, dy)); */
+   nir_ssa_def *M = nir_fmax(b, nir_fdot(b, dx, dx), nir_fdot(b, dy, dy));
+
+   /* size has textureSize() of LOD 0 */
+   nir_ssa_def *L = nir_channel(b, size, 0);
+
+   /* lod = -1.0 + 0.5 * log2(L * L * M); */
+   nir_ssa_def *lod =
+      nir_fadd(b,
+               nir_imm_float(b, -1.0f),
+               nir_fmul(b,
+                        nir_imm_float(b, 0.5f),
+                        nir_flog2(b, nir_fmul(b, L, nir_fmul(b, L, M)))));
+
+   /* 3. Replace the gradient instruction with an equivalent lod instruction */
+   replace_gradient_with_lod(b, lod, tex);
+}
+
 static void
 saturate_src(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex, unsigned sat_mask)
 {
@@ -529,6 +730,13 @@ nir_lower_tex_block(nir_block *block, nir_builder *b,
          linearize_srgb_result(b, tex);
          progress = true;
       }
+
+      if (tex->op == nir_texop_txd && options->lower_txd_cube_map &&
+          tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_CUBE) {
+         lower_gradient_cube_map(b, tex);
+         progress = true;
+         continue;
+      }
    }
 
    return progress;