Fly_Fire1000的博客

粒子系统是模拟由大量粒子构成的现象的技术，粒子以某种规律一起运动。

粒子系统每一帧执行两个步骤：

1. 更新每个粒子的属性。
2. 渲染粒子。

更新粒子属性的步骤，在DirectX10引入Stream Output之前在CPU完成，引入之后在GPU完成。

• OpenGL在3.0版本引入相同的功能，命名为Transform Feedback。

在CPU更新粒子属性存在两点劣势：

1. CPU每帧都需要更新vertex buffer，写入到GPU内存(即显存)。而粒子的数量通常非常多，1万以上很常见。如果1秒60帧，那么每秒在CPU与GPU之间拷贝的数据量将非常大。
2. 单核CPU，需要逐个更新粒子属性。多核CPU需要额外的编码，才能并行执行。而并行执行是GPU最擅长的，不需要额外编码。

渲染粒子的步骤，在GPU完成。一个粒子渲染结果，通常为一个像素或一个billboard的quad。

Transform Feedback提供在GPU更新粒子属性的支持：

1. 提供一个Transform Feedback Buffer位于GS之后，裁剪之前，接收GS的结果，如果GS不存在，则为VS的结果。
2. Transform Feedback Buffer可以作为draw call的vertex buffer。
3. 由于GS输出的顶点数是未知的，提供一个不接收顶点数的draw call，glDrawTransformFeedback()。它接收一个Transform Feedback Buffer。系统为每个Transform Feedback Buffer维护顶点数，由系统跟踪GS进行更新。Transform Feedback Buffer的顶点数支持手动重置。
4. 当管线到达Transform Feedback Buffer时，可以选择，图元以常规路线进入光栅器，或丢弃图元。

OpenGL规定，draw call的输入输出，不能使用相同的buffer。因此，实际需要两个transform feedback buffer，每帧互相交换。

glGenTransformFeedbacks(2, m_transformFeedback);，创建两个transform feedback对象。其中m_transformFeedback，是GLuint类型的数组，用于接收创建的对象的handle。

glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, m_transformFeedback[i]);，将transform feedback对象m_transformFeedback[i]，绑定到GL_TRANSFORM_FEEDBACK，后续对transform feedback的操作都应用于m_transformFeedback[i]。

• 每次调用glBindTransformFeedback，作为参数的transform feedback对象的顶点数被置0。

glBindBufferBase(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0, m_particleBuffer[i]);，将vertex buffer对象m_particleBuffer[i]绑定到GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER，使得m_particleBuffer[i]成为当前transform feedback对象的transform feedback buffer。

• 其中第二个参数0，表示m_particleBuffer[i]成为当前transform feedback对象的索引为0的transform feedback buffer。之所以存在索引，是因为GS输出的顶点属性，其中哪些属性输出到哪个buffer是可以通过glTransformFeedbackVaryings()函数设置的。索引最大值，即buffer上限，为GL_MAX_TRANSFORM_FEEDBACK_SEPARATE_ATTRIBS。

const GLchar* Varyings[4];
Varyings[0] = "Type1";
Varyings[1] = "Position1";
Varyings[2] = "Velocity1";
Varyings[3] = "Age1";

glTransformFeedbackVaryings(m_shaderProg, 4, Varyings, GL_INTERLEAVED_ATTRIBS);

glTransformFeedbackVaryings必须在shader链接之前调用。

1. 第一个参数为shader程序。
2. 第三个参数为输出到transform feedback buffer的属性名数组。
3. 第二个参数为属性名数组的元数个数。
4. 最后一个参数GL_INTERLEAVED_ATTRIBS表示，将属性名数组中的所有属性作为一个structure写入到transform feedback buffer中。这个参数还可以使用GL_SEPARATE_ATTRIBS，表示属性名数组中每一个属性写入到一个transform feedback buffer中。其中属性在属性名数组中的索引，对应glBindBufferBase的第二个参数。

glBeginTransformFeedback(GL_POINTS);

if (m_isFirst) {
    glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 1);

    m_isFirst = false;
}
else {
    glDrawTransformFeedback(GL_POINTS, m_transformFeedback[m_currVB]);
}            

glEndTransformFeedback();

glBeginTransformFeedback()与glEndTransformFeedback()之间调用的draw call，输出被重定向到transform feedback buffer。

• glBeginTransformFeedback()与glEndTransformFeedback()必须成对出现，否则导致崩溃。
• 不论draw call的拓扑类型如何，输出到transform feedback buffer的拓扑类型一定是点列表。比如参数为triangle strip的draw call绘制4个顶点，和参数为三角形列表的draw call绘制6个顶点，输出到transform feedback buffer的都是6个顶点(两个三角形)。

glBeginTransformFeedback()接收一个拓扑类型作为参数，它限制draw call的拓扑类型。

• GL_POINTS，draw call的拓扑必须是GL_POINTS。
• GL_LINES，draw call的拓扑必须是GL_LINES、GL_LINE_LOOP或GL_LINE_STRIP。
• GL_TRIANGLES，draw call的拓扑必须GL_TRIANGLES、GL_TRIANGLE_STRIP或GL_TRIANGLE_FAN。

glDrawTransformFeedback(GL_POINTS, m_transformFeedback[m_currVB]);，glDrawTransformFeedback是不需要在顶点数的draw call。它的第一个参数为拓扑类型，它的顶点数从transform feedback对象参数m_transformFeedback[m_currVB]中获得。因为transform feedback对象的初始顶点数为0，所以第一次draw call这里使用glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 1);提供1个顶点。

glDisable(GL_RASTERIZER_DISCARD);，禁用光栅化，transform feedback buffer之后的图元被丢弃。因为光栅化被禁用，所以不需要FS。

bool RandomTexture::InitRandomTexture(unsigned int Size)
{
    Vector3f* pRandomData = new Vector3f[Size];

    for (unsigned int i = 0 ; i < Size ; i++) {
        pRandomData[i].x = RandomFloat();
        pRandomData[i].y = RandomFloat();
        pRandomData[i].z = RandomFloat();
    }

    glGenTextures(1, &m_textureObj);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_1D, m_textureObj);
    glTexImage1D(GL_TEXTURE_1D, 0, GL_RGB, Size, 0.0f, GL_RGB, GL_FLOAT, pRandomData);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);

    delete [] pRandomData;

    return GLCheckError();
}

随机纹理，用于在shader内提供随机数。随机纹理是一个1D纹理。

• 使用GL_RGB参数调用glTexImage1D，生成三个通道的1D纹理。
• 使用GL_TEXTURE_WRAP_S和GL_REPEAT调用glTexParameterf，使得纹理采样以循环的方式支持超过[0, 1]区间的纹理坐标。
• 在shader中通过texture(gRandomTexture, gTime/1000.0).xyz的方式获取随机数，其中gRandomTexture是随机纹理，gTime是接收应用传递的全局时间的uniform variable。