粒子系统作为在游戏中一个挺常见的技术，用在各种爆炸，下雨，火焰等特效中。我们利用GPU中的GeomtryShader来实现一个粒子系统。以下雨特效为例。
介绍粒子系统具体实现前先介绍下GeomtryShader的StreamOutput这个特性。StreamOutput这个Stage把GeometryShader的计算结果输出到一个buffer中。
下面主要从Shader代码设计的角度讲下如何实现一个下雨特效的粒子系统，其核心算法说白了就一句话：分成主粒子和副粒子。主粒子按时间间隔分裂副粒子，副粒子到了一定的时间就死亡。
绘制时要么用公告板绘制一个粒子，要么用一条直线绘制一个粒子。
只是具体的shader代码的设计要花点心思，在其在shader内部经过了两个technique，一个主要利用Geometry Shader的StreamOuput输出到一段buffer中；另一个利用上面的计算结果来进行绘制，具体的粒子运动情况（受重力）的更新等可以放在第二个technique的geometry shader里面。
第一个technique，也就是负责利用Geometry来计算，并通过StreamOutput输出到一个buffer中的technique，为了整体清晰我先把technique写出来：
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
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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){
//主喷射粒子，时间到了一定阀值，就该生成一定数量的副粒子.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，看时间到了就销毁，不然输出到steamout buffer中继续绘制if(gIn[0].age<=3.0f){pStream.Append(gIn[0]);}}
}
第二个technique就简单了，就是基本的绘制。在GeomtryShader可以更新粒子的运动情况，和把每个雨点看成一条直线。
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)
//不绘制主粒子
{//更新粒子的运动情况，这里我们只用了最简单的牛顿定律
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;
//把粒子绘制成一条直线，当然也可以绘制成公告板等
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));
}
最后场景截图
Directx11基于GPU_GeometryShader的粒子系统