Python 树莓皮的高效三维重建

我试图在10x10网格中的树莓pi（型号2B）上模拟LED的3d阵列。 我只是希望它们根据模式生成算法打开和关闭

我已经在pi3d中编写了一些基本代码来模拟1000个球体，这些球体放在一个数组中。它在阵列中循环，通过将球体颜色更改为蓝色或黑色来打开或关闭每个led

守则的核心部分如下：

spheres = [[[pi3d.Sphere(x=x-5,y=y-5,z=z-5,radius=0.1) for x in range(dim)] for y in range(dim)] for z in range(dim)]
i = 0

while DISPLAY.loop_running():
    k = mykeys.read()
    if k == 27:
        mykeys.close()
        ISPLAY.destroy()
        break

    CAM.update(mymouse)
    for x in range (dim):
        for y in range(dim):
            for z in range(dim):
                colour=0.1
                if(((x-dim/2.0) * (x-dim/2.0)) + ((y-dim/2.0) * (y-dim/2.0)) + ((z-dim/2.0) * (z-dim/2.0)) <= i * dim):
                    colour = 1.0
                spheres[x][y][z].set_material((0.0,0.0,colour))
                spheres[x][y][z].draw()
    i=i+0.1
    if i > 4:
        i=0

spheres=[[pi3d.Sphere（x=x-5，y=y-5，z=z-5，半径=0.1）用于x范围内（dim）]用于y范围内（dim）]用于z范围内（dim）]
i=0
在DISPLAY.loop_运行（）时：
k=mykeys.read（）
如果k==27：
mykeys.close（）
ISPLAY.destroy（）
打破
更新（我的鼠标）
对于范围内的x（尺寸）：
对于范围内的y（变暗）：
对于范围内的z（尺寸）：
颜色=0.1
如果（（x-dim/2.0）*（x-dim/2.0））+（（y-dim/2.0）*（y-dim/2.0））+（（z-dim/2.0）*（z-dim/2.0））4：
i=0

这很好，但给了我大约5 fps。将球体更改为立方体稍微改善了这一点，但我真的希望至少有一个数量级的性能改进。我知道我可以在数学中提高一些效率，但我经历了类似的性能随机打开和关闭它们，所以我不关注t现在戴帽子

我想这可能只是要求太多的树莓圆周率，但后来玩了它附带的minecraft游戏，发现它有更大的复杂性，同时渲染顺利

我想知道是否有另一种方法，或者甚至是另一种语言，我可以用来提供我想要的性能

---

我对3d编程知之甚少，因此任何人可以向我提供的建议或教程都可能非常有用。

一个真正好的开始是将所有这些代码放入一个函数中，然后调用该函数。现在，您正在处理的所有内容都被放入全局命名空间中，这无疑是一个好的开始

然后，将循环中当前不需要的所有内容从循环中取出。例如，您可以在绘制球体之前尝试对球体进行着色/纹理处理，或者至少在循环外进行颜色计算（如果可能的话）

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如果您想更改语言，请尝试使用，它会将此代码编译为C，同时保留所有库调用等。

在您做任何事情之前，请分析您的代码以查看其运行缓慢的位置。值得注意的是，pi3D的运行速度不一定会像Minecraft的调优3D引擎一样快

一个球体需要很多多边形才能绘制平滑的边。即使保守估计每个球体只有32个多边形，您的多边形总数最终也会是：

10 * 10 * 10 * 32 = 32000

一种简单的优化方法是将球体替换为立方体：

10 * 10 * 10 * 6 = 6000

如果需要球体的外观，可以通过渲染面向摄影机（也称为：广告牌）的1个多边形平面，并在这些平面上渲染球体纹理来进一步减少多边形数

10 * 10 * 10 * 1 = 1000

尝试用乘法而不是除法

10/2

与

10*0.5

相同，并且不要做两次相同的工作：

x_dim = x - dim * 0.5
y_dim = y - dim * 0.5
z_dim = z - dim * 0.5

if((x_dim * x_dim) + (y_dim * y_dim) + (z_dim * z_dim) <= i * dim):

x_dim=x-dim*0.5
y_尺寸=y-尺寸*0.5
z_尺寸=z-尺寸*0.5
如果（（x_dim*x_dim）+（y_dim*y_dim）+（z_dim*z_dim），问题是有python代码为每个pi3d进行矩阵乘法。一次塑造一个。虽然这是使用numpy完成的，并且速度尽可能快，但仍然很慢

您可以将所有球体制作成一个pi3d.MergeShape，这样每帧只需要一个draw（），速度非常快……但是

您的球体对象使用默认值12边x 12个切片，提供288个面和864个顶点，因此您的MergeShape将具有864000个顶点，这可能会开始降低GPU的速度

捆绑着色器仅对整个形状使用一个材质RGB值，您希望为每个球体指定不同的颜色，这将需要一个黑客着色器（如果您习惯于黑客着色器，则很容易做到），在缓冲区阵列的纹理坐标字段中指定RGB值

您的代码不会显示您正在使用的着色器，默认设置为mat_light，这将为每个球体提供平滑的3D效果，但如果您可以使用点（请参见演示Spriteball），则可以快速运行数千个球体…但您仍需修改着色器以改变每个顶点的漫反射颜色

或者，你可以制作一个半蓝色、半黑色的纹理，并在每一帧中调整各个球体的纹理坐标。假设你已经将所有球体合并成一个形状，这将非常快（尽管会涉及一个笨拙的numpy公式来重现x、y、z嵌套循环的效果）

在接下来的几天里，我将尝试设计一个演示，展示如何使用这些选项，并将其添加到

编辑我刚刚想起Starfield.py演示，它使用可变颜色的“billboard”点。这可以在每帧渲染数千个点，但它有各种复杂情况，掩盖了相对简单的结构，正如我上面提到的，我将制作一个更简单的版本，用Eu演示您的10x10x10阵列的颜色变化clidean距离中心的距离

这里的第二次编辑是使用
pi3d\u演示/shaders/star\u point

import pi3d
import numpy as np

DIM = 10
half_d = DIM/2.0
arr_len = DIM ** 3

disp = pi3d.Display.create()
shader = pi3d.Shader('shaders/star_point')
cam = pi3d.Camera()
spheres = pi3d.Points(camera=cam, point_size=400.0, z=15.0,
          vertices=[[x - half_d, y - half_d, z - half_d] for x in range(DIM) for y in range(DIM) for z in range(DIM)],
          normals=np.zeros((arr_len, 3)), tex_coords=np.full((arr_len, 2), 1.0))
spheres.set_shader(shader)
arr_buf = spheres.buf[0].array_buffer # shortcut to numpy array shape (1000,8) [[vx,vy,vz,nx,ny,nz,u,v]]
# the star_point shader uses nx,ny,nz as RGB values, only the B value is being
# changed here i.e. arr_buff[:,5]
i = 0
while disp.loop_running():
  spheres.draw()
  ix = np.where(np.sum((arr_buf[:,:3] - [half_d, half_d, half_d]) ** 2, axis=1) <= i * DIM)[0]
  arr_buf[:,5] = 0.1 # set all to midnight blue first
  arr_buf[ix,5] = 1.0 # set ones within (i * DIM) ** 0.5 to blue
  spheres.re_init() # have to update buffer
  i += 0.1
  if i > 4.0:
    i = 0.0

导入pi3d
将numpy作为np导入
尺寸=10
半尺寸=尺寸/2.0
arr_len=尺寸**3
disp=pi3d.Display.create（）
shader=pi3d.shader（'shader/star_point'）
cam=pi3d.Camera（）
球体=pi3d。点（相机=凸轮，点大小=400.0，z=15.0，
顶点=[[x-half_d，y-half_d，z-half_d]对于范围内的x（DIM）对于范围内的y（DIM）对于范围内的z（DIM）]，
法线=np.0（（arr_len，3）），tex_坐标=np.full（（arr_len，2），1.0））
球体。设置_着色器（着色器）
arr_buf=spheres.buf[0].array_buffer#numpy数组形状的快捷方式（1000,8）[[vx，vy，vz，nx，ny，nz，u，v]]
#明星
import pi3d
import numpy as np

DIM = 10
half_d = DIM/2.0
arr_len = DIM ** 3

disp = pi3d.Display.create()
shader = pi3d.Shader('uv_light')
cam = pi3d.Camera()
tex_array = np.zeros((16,16,3), dtype=np.uint8)
tex_array[:8,:8] = [0, 0, 25] # top left midnight blue
tex_array[8:, 8:] = [0, 0, 255] # bottom right bright blue
tex = pi3d.Texture(tex_array, mipmap=False)
spheres = pi3d.MergeShape(camera=cam, z=15.0)
spheres.merge([[pi3d.Sphere(radius=0.1, sides=6, slices=6), x - half_d, y - half_d, z - half_d, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 1.0, 1.0] 
                                      for x in range(DIM) for y in range(DIM) for z in range(DIM)])
spheres.set_draw_details(shader, [tex])
arr_buf = spheres.buf[0].array_buffer # shortcut to numpy array shape (1000,8) [[vx,vy,vz,nx,ny,nz,u,v]]
arr_buf[:,6:8] *= 0.5 # scale uv to just use top left part of texture
base_tex_c = arr_buf[:,6:8].copy()
i = 0
while disp.loop_running():
  spheres.draw()
  ix = np.where(np.sum((arr_buf[:,:3] - [half_d, half_d, half_d]) ** 2, axis=1) <= i * DIM)[0]
  arr_buf[:,6:8] = base_tex_c # set uv to base (top left)
  arr_buf[ix,6:8] += 0.5 # set index ix to bottome right
  spheres.re_init() # have to update buffer
  i += 0.1
  if i > 4.0:
    i = 0.0