[MetalKit]Working with Particles in Metal粒子系统

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今天,我们将开始一个新系列,关于Metal中的粒子系统.绝大多数时间,粒子都是小物体,我们总是不关心他们的几何形状.这让他们适合于使用计算着色器,因为稍后我们将在粒子-粒子交互中使用粒度控制,这是一个用于展示通过计算着色器进行高度并行控制的例子.我们使用上一次的playground,就是从环境光遮蔽那里开始.这个playground在这里非常有用,因为它已经有一个CPU传递到GPU的time变量.我们从一个新的Shader.metal文件开始,给一个漂亮的背景色:

#include 
using namespace metal;

kernel void compute(texture2d output [[texture(0)]],
                    constant float &time [[buffer(0)]],
                    uint2 gid [[thread_position_in_grid]]) {
    int width = output.get_width();
    int height = output.get_height();
    float2 uv = float2(gid) / float2(width, height);
    output.write(float4(0.2, 0.5, 0.7, 1), gid);
}

接着,让我们创建一个粒子对象,只包含一个位置(中心)和半径:

struct Particle {
    float2 center;
    float radius;
};

我们还需要一个方法来获取粒子在屏幕上的位置,那让我们创建一个距离函数:

float distanceToParticle(float2 point, Particle p) {
    return length(point - p.center) - p.radius;
}

在内核中,在最后一行上面,让我们一个新的粒子并将其放置在屏幕顶部,X轴中间.设置半径为0.05:

float2 center = float2(0.5, time);
float radius = 0.05;
Particle p = Particle{center, radius};

注意:我们使用time作为粒子的Y坐标,但这只是一个显示基本运动的小技巧.很快,我们将用符合物理法则的坐标来替换这个变量.

用下面代码替换内核的最后一行,并运行app.你会看到粒子以固定速率掉落:

float distance = distanceToParticle(uv, p);
float4 color = float4(1, 0.7, 0, 1);
if (distance > 0) { color = float4(0.2, 0.5, 0.7, 1); }
output.write(float4(color), gid);

然而,这个粒子将永远朝下运动.为了让它停在底部,在创建粒子之前使用下面的条件:

float stop = 1 - radius;
if (time >= stop) { center.y = stop; }
else center.y = time;

注意:time和uv变量都在0-1范围内变化,这样我们就创建一个stop点,它就在屏幕正方边缘一个粒子半径的位置.

这是一个非常基本的碰撞检测规则.如果你运行app,你将会看到粒子掉落并停上底部,像这样:

particle.gif

下次,我们将更深入粒子动态效果,并实现物理运动法则.

源代码source code已发布在Github上.
下次见!