遊戲開發中釋放 GPU 算力：以 SM2.0 實現公告板與鎖鏈特效全顯卡化

長期以來，GPU 作為電腦上另一顆可編程高效能晶片，因編程門檻高、工具鏈不完善而被一般程式開發者忽視。本文以 DirectX 9 / Shader Model 2.0 為基礎，實戰演示如何將「公告板」與「鎖鏈閃電」等幾何運算完全移至 Vertex Shader，釋放 CPU 算力。

核心思想：CPU 做「拓撲」，GPU 做「幾何」

以鎖鏈特效為例：法師施法產生連接多個目標的鎖鏈，每段為一個四邊形，需永遠面向攝影機（公告板效果）。傳統做法在 CPU 計算每幀所有頂點座標並旋轉；改良策略：

1. CPU：僅生成骨架頂點（段中點）與 UV/屬性資料，計算量極小
2. VS：接收骨架頂點，依 UV 判斷四邊形展開方向，計算旋轉軸向，輸出最終投影座標

頂點資料設計巧思

• POSITION0：儲存段中點座標 Pmid
• TEXCOORD0 (UV)：y==0 向後展開，y!=0 向前；x==0 左，x==1 右
• TEXCOORD1：鎖鏈切向量 LeashY（單位向量）
• TEXCOORD2：四邊形半寬/半高 Size

Vertex Shader 核心邏輯

float3 RotatedLeashY = normalize(mul(In.LeashY, WorldRotateMatrix));
float3 LeashX = normalize(cross(g_CameraPos - VertexWorldPos, RotatedLeashY));

float3 ExtendY = In.Size.y * RotatedLeashY;
float3 ExtendX = In.Size.x * LeashX;

if (In.UV0.y == 0) {
    DealedPos = (In.UV0.x == 0) ? -ExtendY - ExtendX : -ExtendY + ExtendX;
} else {
    DealedPos = (In.UV0.x == 0) ?  ExtendY - ExtendX :  ExtendY + ExtendX;
}
Out.ProjPos = mul(float4(VertexWorldPos + DealedPos, 1), g_ViewProjMatrix);

延伸優化方向

• 動態拉伸/變形：在 VS 根據時間/距離調整 Size，實現鎖鏈拉長、抖動效果
• Geometry Shader (SM4.0+)：直接在 GPU 生成四邊形頂點，省去 CPU 甚至骨架頂點準備
• Compute Shader / CUDA：物理模擬、粒子系統等大規模平行運算

結語

可編程管線出現前，這類運算只能在 CPU 完成。今朝 SM2.0 即可將公告板旋轉、鎖鏈幾何完全顯卡化；配合更新世代 Shader Model，GPU 早已超越「繪圖」角色，成為通用平行運算核心。遊戲開發者應主動識別「資料平行、邏輯固定」的幾何/數學運算，果斷下放至 GPU。