初试PyOpenGL四 (Python+OpenGL)GPU粒子系统与基本碰撞
在初试PyOpenGL一 (Python+OpenGL)讲解Pyopengl环境搭建,网格,球体,第一与第三人称摄像机的实现。在初试PyOpenGL二 (Python+OpenGL)基本地形生成与高度检测 里以用高程图生成地形以及以球体做三人称漫游。初试PyOpenGL三 (Python+OpenGL)GPGPU基本运算与乒乓技术 里实现了基本的GPGPU运算。
我认为比较完善的GPU粒子系统应该如下,粒子初始化可以放在CPU里,但是相关数据运算首先要放在GPU里,并且运算后的数据也应该放在显存里,而不是内存里。故用第三篇实现GPU粒子系统不满足,因为他数据是存放在纹理中,要放入VBO里,必需先读取经过内存,然后存放入显存里,这里虽然运算是放入GPU了,但是数据要经过显存-内存-显存的过程,产生不必要的消耗,并且,因为数据是存放在纹理的像素里,故限定在片断着色器中,这二个限制导致第三篇里的内容不能用来实现GPU粒子系统,而是用来实现一些需要结合CPU与GPU结合处理的运算。
在这里,我们采用OpenGL 里的Transform Feedback,和第三篇采用FBO结合浮点纹理不同,Transform Feedback简单来说,传入一个VBO,经过GPU运算后,放入另一个VBO中,注意二点,操作都是针对VBO,也就是针对显存,故不需要经过CPU与内存,还有一点就是在Transform Feedback里,一个缓存不能同时作为输入和输出。
首先来看一下简单的例子介绍Transform Feedback的基本应用,首先指出一点,GLSL3.0与GLSL4.0的Transform Feedback写法有些区别,手上分别有支持3.0与4.0的显示,但是为了更好的兼容性,选择3.0的写法,相应代码和着色器代码如下:
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
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着色器里代码很简单,传入一个float数据,返回二个float数据,上面我们传入一个数组,[1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0],经过着色器里简单运算,分别返回这个数据加3值,与一个固定值1.0.然后在transformFeedback我们为了验证正确与否,需要读取VBO里的数据。在这里,pyopengl可以使用glGetBufferSubData与glMapBuffer来得到VBO里的数据,需要注意的是,python与c之间的一些指针,数据的转换,引入ctype,声明ctype类型的数组,然后转换成对应的指针,填充这个数组后,然后转换把指针转化成numpy里的数组.得到的数据如下:
可以看到,传出的数据是4,1,5,1,6,1,7,1,8,1,对比传入的是1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0。验证正确。
下面我们以上面的例子来实现我们的粒子系统,这里先入相关Python代码。
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
结合前面的例子和上文中的乒乓来看,粒子在这里我们每个定义七个数据,前三个用来表示他的位置,后三个用来表示他的速度,最后一个用来表示他在显存里的存活时间。在update就是把数据从一个缓存经过GPU运算放入另一个缓存的过程,例如第一桢,我们传入fvbo,然后数据输出到svbo.在第二桢里,数据就从svbo经过GPU传入到fvbo,第三,第四分别如第一,第二。这样就能实现如第三篇中的乒乓技术。然后在显示render里,我们就用当前输出的缓存里的数据简单的输出显示,本文只是介绍用法,实现如雪花,雨滴,瀑布等特效需要对相关初始化粒子,着色器代码,添加纹理做更改,但是基本处理还是如上。
下面是着色器代码,实现粒子与球的碰撞,也有与地面的交互。代码如下:
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
整个过程比较简单,也只考虑一些基本的碰撞,比如球的速度也应该影响碰撞后粒子的方向,但是这里只考虑粒子碰撞球后反射的方向,与地面的碰撞后,不会反弹,会慢慢停止向前移动。
最后一些相关着色器的参数设置代码。
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
在本文中,试着用了5千W个粒子,发现初始化很慢,花了十几秒,但是桢数和5000个粒子基本没有差别,从这里可以看出,GPU并行处理的强大之处。
完整代码:PythonGPU粒子系统.zip 操作方式EDSF前后左右移动,WR分别向上与向下,鼠标右键加移动鼠标控制方向,V切换第一人称与第三人称。UP与DOWN切换前面操作的移动幅度。