C 通过渲染四边形更新粒子系统的速度和位置

使用本文中的算法实现基于GPU的粒子系统：

有两件事我不明白：

为什么要使用堆栈或堆来存储可用的粒子索引？ 如果一个粒子在时间t死亡，那么它将在时间t+1从零开始其生命。有一个参数N用于控制屏幕上的粒子数。如果我可以重用所有粒子，为什么我要关心可用粒子的所有索引，甚至使用堆来存储它

为了更新速度和位置，它说，“实际模拟是在片段着色器中实现的。通过渲染屏幕大小的四元体，为渲染目标的每个像素执行着色器…”如果我希望将粒子绘制为点，是否需要将四元体更改为点为什么是四边形？它如何绘制点

术语“particle is dead”是一个术语，它只描述了一个particle在语义上的dead。从GPU的角度来看，所有粒子始终处于活动状态，并且所有粒子都将在每个帧中计算。（或者至少会处理0到N的粒子，但即使是死粒子也会处理）。

一旦CPU“检测到”某个粒子已死亡（例如，其年龄为5秒左右），则需要记住该粒子的索引，以便新粒子可以重用该粒子索引。这可以通过许多不同的方式实现，两种明显的方式是堆栈或堆。

只有当粒子的最大年龄不同时，才需要一种特殊的数据结构来存储这些死粒子指数。如果它们没有区别，您可以实现一个环形缓冲区。但大多数情况下，您将对所有类型的粒子使用此粒子引擎，这些粒子可能具有可变的生存时间值。然后您需要这些数据结构

该算法使用片段着色器进行速度计算。它从一个纹理（包含x/y/z坐标而不是r/g/b颜色信息）读取数据，并写入另一个纹理（也包含x/y/z坐标而不是r/g/b颜色信息），在源纹理和目标纹理之间使用1:1映射，并将整个源纹理渲染到目标纹理。这与稍后在步骤

6中渲染的实际粒子无关。渲染粒子

。

或者换句话说：“屏幕大小的四边形”在这里实际上是一个错误的术语，它应该读为“纹理大小的四边形”，因为在这一点上，没有任何东西被绘制到屏幕上。目标纹理（即，将保存新位置信息的纹理）是屏幕

/请再次编辑：

好的，也许可以重新表述一下文档：

您有一个

结构

：

struct color {
    float r, g, b;
};

还有一些定义：

#define vector color
#define x r
#define y g
#define z b

还有一些粒子阵列：

#define NP 1024 * 1024
struct vector particle_pos[2][NP];
struct vector particle_vel[2][NP];
uint32_t particle_birth_tick[NP];

// Double buffering - gonne have to remember, where
// we read from and where we write to:
struct vector * particle_pos_r = particle_pos[0];
struct vector * particle_pos_w = particle_pos[1];
struct vector * particle_vel_r = particle_vel[0];
struct vector * particle_vel_w = particle_vel[1];

现在：

生与死的过程

将纹理数据传输到顶点数据

渲染粒子

---

这里有趣的一点是，步骤2-5都只发生在GPU上（步骤1发生在GPU和CPU上）。因此，术语“呈现”。因为2和3中的循环只是将“纹理”

particle\u-vel\r

和/或

particle\u-pos\r

渲染到“帧缓冲区”

particle\u-vel\u-w

或

particle\u-pos\u-w

中，用源纹理完全填充帧缓冲区“屏幕大小的四边形”，这是否意味着我们首先创建最大的纹理（例如1024*1024），如果我们只希望在一帧中有100个粒子出现在屏幕上，我们只需要操纵一个100大小的堆，弹出它们的索引，并只更新1024*1024纹理中这100个粒子的属性。对于问题2，我可以理解位置纹理用作片段着色器的输入，因为位置纹理包含所有粒子位置信息。我不明白的是为什么渲染屏幕大小的四边形可以进行计算！渲染四边形后，是否所有粒子都显示在屏幕上？片段着色器如何知道我希望将粒子绘制为点或广告牌？问题2：请参见编辑后的答案。问题1：我不知道你现在是什么意思。但我想，你现在是对的。或者，你可以让GPU从一开始就处理整个1k*1k纹理，或者你可以只处理其中的一部分，比如“前5行”，因为所有的“活动”粒子都适合在那里。问题2：渲染意味着在屏幕上绘制，对吗？碎片缓冲区将粒子的位置（x、y、z）作为输入，然后绘制一个四边形。你为什么在屏幕上画位置？我的意思是，通常我们使用glBegin（GL_点）绘制点，然后指定点的位置。渲染四边形时，GPU如何知道您正在渲染点？如果我想把每个粒子渲染成一个广告牌呢？再说一遍：他们滥用GPU进行数学计算。GPU可以从纹理中读取数据（通常为颜色数据）并将数据写入纹理（同样，通常为颜色数据）。但在这里，正如我所说，他们滥用GPU进行计算。因此，他们不是读取颜色数据，而是读取xyz坐标，对其进行数学运算，然后将其写入新纹理。这个过程也被称为渲染，因为它与移动颜色数据的操作相同。请记住：在该文档的第6步之前，实际包含用户可见图片的帧缓冲区不会发生任何变化。顺便说一句：刚刚阅读完毕：»粒子可以渲染为点精灵、三角形或四边形[…]。如果要为每个粒子生成多个顶点，[…]概念[…]要求在渲染之前手动复制粒子位置。在进一步的渲染步骤中，需要将位置渲染三到四次，使其成为纹理中彼此相邻的像素。[…]«和»由于上一节提到的原因，为了减少顶点单元的工作量，粒子当前渲染为点精灵。«

#define TTL 5 * 25 // 5 seconds * 25 simulation steps per second.
for (size_t i = 0; i < NP; ++i) {
    if (particle_birth_tick[i] + TTL == current_tick) {
        particle_pos_r[i].x = somewhere behind viewer;
        particle_pos_r[i].y = somewhere behind viewer;
        particle_pos_r[i].z = somewhere behind viewer;
        particle_vel_r[i].x = 0;
        particle_vel_r[i].y = 0;
        particle_vel_r[i].z = 0;
        free_list.add(i);
    }
}
void add_particle(struct vector p, struct vector v) {
    size_t i = free_list.pop_any();
    particle_pos_r[i] = p;
    particle_vel_r[i] = v;
}

for (size_t i = 0; i < 1024 * 1024; ++i) {
    particle_vel_w[i].x = do_calculations(particle_vel_r[i].x)
    particle_vel_w[i].y = do_calculations(particle_vel_r[i].y)
    particle_vel_w[i].z = do_calculations(particle_vel_r[i].z)
}
swap(particle_vel_r, particle_vel_w);

for (size_t i = 0; i < 1024 * 1024; ++i) {
    particle_pos_w[i].x = particle_pos_r[i].x + particle_vel_r[i].x;
    particle_pos_w[i].y = particle_pos_r[i].y + particle_vel_r[i].y;
    particle_pos_w[i].z = particle_pos_r[i].z + particle_vel_r[i].z;
}
swap(particle_pos_r, particle_pos_w);

sort a bit...

copy the pos texture into a vbo

actually draw particles