粒子系統作為在遊戲中一個挺常見的技術，用在各種爆炸，下雨，火焰等特效中。我們利用GPU中的GeomtryShader來實作一個粒子系統。以下雨特效為例。
介紹粒子系統具體實作前先介紹下GeomtryShader的StreamOutput這個特性。StreamOutput這個Stage把GeometryShader的計算結果輸出到一個buffer中。
下面主要從Shader代碼設計的角度講下如何實作一個下雨特效的粒子系統，其核心算法說白了就一句話：分成主粒子和副粒子。主粒子按時間間隔分裂副粒子，副粒子到了一定的時間就死亡。
繪制時要麼用公告闆繪制一個粒子，要麼用一條直線繪制一個粒子。
隻是具體的shader代碼的設計要花點心思，在其在shader内部經過了兩個technique，一個主要利用Geometry Shader的StreamOuput輸出到一段buffer中；另一個利用上面的計算結果來進行繪制，具體的粒子運動情況（受重力）的更新等可以放在第二個technique的geometry shader裡面。
第一個technique，也就是負責利用Geometry來計算，并通過StreamOutput輸出到一個buffer中的technique，為了整體清晰我先把technique寫出來：
technique11 StreamOutTech
{
pass P0{
SetVertexShader(CompileShader(vs_4_0,StreamOut_VS()));SetGeometryShader( ConstructGSWithSO( CompileShader(gs_4_0,StreamOut_GS()),"POSITION.xyz;VELOCITY.xyz;SIZE.xy;AGE.x;TYPE.x" ) );SetPixelShader(NULL);SetDepthStencilState(DisableDepth,0);
}
}
//================================================
//StreamOutTech
//================================================
Particle StreamOut_VS(Particle vIn)
{
return vIn;
}
[maxvertexcount(6)]
void StreamOut_GS(point Particle gIn[1],inout PointStream<Particle> pStream)
{
gIn[0].age+=timeStep;if(gIn[0].type==P_EMITTER){
//主噴射粒子，時間到了一定閥值，就該生成一定數量的副粒子.if(gIn[0].age>0.01f){
//生成副粒子for(int i=0;i<5;i++){Particle nPt;nPt.initPosW=emitPosW.xyz+35.0f*GetRandomVec3((float)i/5.0f);nPt.initPosW.y=40.0f;nPt.initVelW=float3(0.0f,0.0f,0.0f);nPt.size=float2(1.0f,1.0f);nPt.age=0.0f;nPt.type=P_FLARE;pStream.Append(nPt);}gIn[0].age=0.0f;
}//if(age)pStream.Append(gIn[0]);
}//if(type==)else{//副粒子，看時間到了就銷毀，不然輸出到steamout buffer中繼續繪制if(gIn[0].age<=3.0f){pStream.Append(gIn[0]);}}
}
第二個technique就簡單了，就是基本的繪制。在GeomtryShader可以更新粒子的運動情況，和把每個雨點看成一條直線。
technique11 DrawTech
{
pass P0{SetVertexShader(CompileShader(vs_4_0,Draw_VS()));SetGeometryShader( CompileShader(gs_4_0,Draw_GS()) );SetPixelShader( CompileShader(ps_4_0,Draw_PS()) );SetDepthStencilState(NoWriteDepth,0);}
}
Particle Draw_VS(Particle vIn)
{
return vIn;
}
[maxvertexcount(2)]
void Draw_GS(point Particle gIn[1],inout LineStream<DrawGSOut> pStream)
{
if(gIn[0].type!=P_EMITTER)
//不繪制主粒子
{//更新粒子的運動情況，這裡我們隻用了最簡單的牛頓定律
float3 posW1=gIn[0].initPosW+gIn[0].initVelW*gIn[0].age+0.5f*(gForce*0.7)*gIn[0].age*gIn[0].age;
float3 posW2=posW1+0.2f*gForce;
//把粒子繪制成一條直線，當然也可以繪制成公告闆等
DrawGSOut gOut1;gOut1.posH=mul(float4(posW1,1.0f),viewMtx);gOut1.posH=mul(gOut1.posH,projectMtx);gOut1.tex=float2(0.0f,0.0f);pStream.Append(gOut1);DrawGSOut gOut2;gOut2.posH=mul(float4(posW2,1.0f),viewMtx);gOut2.posH=mul(gOut2.posH,projectMtx);gOut2.tex=float2(1.0f,1.0f);pStream.Append(gOut2);}
}
float4 Draw_PS(DrawGSOut pIn):SV_Target
{
return gTexArray.Sample(gLinearSam,float3(pIn.tex,0.0f));
}
最後場景截圖
Directx11基于GPU_GeometryShader的粒子系統