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三维纹理的绑定和应用

众所周知,Global memory没有Cache,访问速度很慢,Shared memory访问速度很快,但是容量很小,对于较大的数组,将其绑定至texture memory往往是个不错的选择。Texture memory可以cache,而且容量很大。

在当前的CUDA版本中,3D的线性内存是无法直接绑定到texture memory,一维的可以,因此,需要将数据首先放进一个3D的CUDA array,然后将3D CUDA array绑定到texture memory上,访问数组元素时,通过取纹理的函数tex3D(tex,x,y,z)可以返回坐标为(x,y,z)的元素。

1. 创建CUDA 3D array
    在之前的CUDA版本中,extent.width与height,depth不同,其计数单位为bytes,所以在旧版本中必须使用array_width*sizeof(float),最新的3.1竟然悄悄的修改了。可以CUDA的文档一直是错误的,文档中记载width,height,depth均是in bytes,实际上赋值时使用元素个数即可。如果不直接赋值,还可以调用函数make_cudaExtent(extent,width,height,depth), 原理类似。

1 cudaArray *d_u;2 cudaChannelFormatDesc channelDesc = cudaCreateChannelDesc<float>();  3 cudaExtent extent;     4 extent.width=array_width;     5 extent.height=array_height;     6 extent.depth=array_depth;      7 cudaMalloc3DArray(&d_u,&channelDesc,extent);

2. 复制数据至3D array
     首先解释一下pitched pointer的工具原理,如果访问数组元素u[x][y][z],通过pitched pointer访问则是u_p[x+y*pitch+ z*pitch*height ]。 显然,这里pitch=width,因此当创建pitched pointer时我们需要将width和height作为参数传递给函数make_cudaPitchedPtr()。在这里尤其要注意的是,pitched pointer指向的array与传统的C语言数组的存储方式不同,C语言访问元素u[x][y][z]是通过u[x*height*depth+y*depth+z]。因此为了正确读取所需元素,我建议逆序建立pitched pointer:
       copyParams.srcPtr   = make_cudaPitchedPtr((void*)u, array_depth*sizeof(float), array_depth, array_height);
此时相当于数组u[x][y][z]被转置,在CUDA3D array中对应元素为u[z][y][x],CUDA文档与指南中并未提及这一点区别,这个问题当时也困扰我很久,费尽周折才搞清楚,希望以后的SDK sample能覆盖这个注意点。

1 cudaMemcpy3DParms copyParams = {0};   2 copyParams.srcPtr   = make_cudaPitchedPtr((void*)u, array_width*sizeof(float), array_width, array_height);3 copyParams.dstArray = d_u;4 copyParams.extent   = extent;5 copyParams.kind     = cudaMemcpyHostToDevice;6 cudaMemcpy3D(&copyParams);

3. 绑定3D array至texture memory

       normalized 设置是否对纹理坐标是否进行归一化。如果normalized是一个非零值,那么就会使用归一化到[0,1)的坐标进行寻址,否则对尺寸为width, height, depth的纹理使用坐标[0,width-1], [0,height-1], [0,depth-1]寻址。例如,一个尺寸为64×32的纹理可以通过x维度范围为[0,63],y维度范围[0,31]的坐标寻址。如果采用归一化方式对尺寸为64×32的纹理进行寻址,在x和y维度上的坐标就都是[0.0,1.0)。这样就可以保证纹理的坐标与纹理的尺寸无关。
        filterMode用于设置纹理的滤波模式,即如何根据坐标计算返回的纹理值。滤波模式可以是cudaFilterModePoint或者cudaFilterModeLinear。滤波模式为CudaFilterModePoint时,返回值是与坐标最接近的像元的值。CudaFilterModeLinear模式只能对返回值为浮点型的纹理使用,启用这一种模式时将拾取纹理坐标周围的像元,然后根据坐标与这些像元之间的距离进行插值计算。对一维纹理可以使用线性滤波,对二维纹理可以使用双线性滤波。返回值会是对最接近纹理坐标的两个像元(对一维纹理),四个像元(对二维纹理)或者八个像元(对三维纹理)进行插值后得到的值。

1 texture<float,3,cudaReadModeElementType> tex_u;2 tex_u.filterMode = cudaFilterModePoint;3 tex_u.normalized = false;4 tex_u.channelDesc = channelDesc;5 if (cudaBindTextureToArray(tex_u, d_u, channelDesc) != (unsigned int) CUDA_SUCCESS) {6   printf("[ERROR] Could not bind texture u\n");7   return;8 }

       当normolized为true时,addressMode指定寻址模式,即如何处理越界的纹理坐标;addressMode 是一个尺寸为 3 的数组,其第一个、第二个和第三个元素各自指定第一个、第二个和第三个纹理坐标的寻址模式;寻址模式可等于 cudaAddressModeClamp,此时越界的纹理坐标将被钳位到有效范围之内,也可等于 cudaAddressModeWrap,此时越界的纹理坐标将被环绕到有效范围之内;cudaAddressModeWrap仅支持归一化的纹理坐标。      

1 // set texture parameters2 tex.normalized = true;                      // access with normalized texture coordinates3 tex.filterMode = cudaFilterModeLinear;      // linear interpolation4 tex.addressMode[0] = cudaAddressModeClamp;  // clamp texture coordinates5 tex.addressMode[1] = cudaAddressModeClamp;6 // bind array to 3D texture7 cutilSafeCall(cudaBindTextureToArray(tex, d_volumeArray, channelDesc));

 

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