D3D中的粒子系统（3）
14.2.1 绘制粒子系统
因为粒子系统是动态的，在每一个帧中我们需要更新系统中的粒子，对于渲染粒子系统的一种直观但效率低下的方法如下:
创建一个足够大的顶点缓存保存最大数量的粒子。
每一帧里执行：
A. 更新所有粒子。
B. COPY所有活着的粒子到顶点缓存。
C. 绘制顶点缓存。
这个方法正确，不过不是最有效率的。第一，顶点缓冲必须足够大以保存系统中所有粒子。但是非常重要的是，当我们从列表拷贝所有粒子到顶点缓冲（步骤B）时，显卡却什么也不做。举个例子，假设我们系统有10,000个粒子，首先我们需要一个能容纳10,000个粒子的顶点缓冲，这是一个很大的内存。另外显卡将停着什么也不做直到列表中的10,000个粒子拷到顶点缓冲，直到我们调用DrawPrimitive。这个特定情况是CPU与显卡不同时工作的一个很好的例子。
更好的办法（SDK中点精灵例程中用到的方法）就象这样：
提示：这是一个简单的描述，但它说明了这一思想。它假定我们总是有500个粒子以填充一个缓存片段，但是这是不可能发生的，因为我们经常杀死并创建粒子，所以从一帧到另一帧粒子数量是变化的。举个例子，假设我们只剩下200个粒子要在当前帧拷贝并渲染。因为200个粒子不能填充整个缓存片段，我们用代码处理这个特定情形。这个特定情形只有在最后的缓存片段中才会出现，因为如果不是最后的片断，就意味着必然有500个粒子将被移到下一缓存片段。
创建一个合适尺寸的顶点缓存（能够保存2000个粒子），然后我们划分顶点缓存为几个小的块，就像这个例子，我们设置每个缓存片断的尺寸为500个粒子。
l然后创建一个全局变量 i = 0 ，用来记录片段。
每一帧里执行:
A. 更新所有粒子。
B. 直到所有粒子渲染完毕。
1. 如果顶点缓存没有满：
a 用D3DLOCK_NOOVERWRITE标记锁定缓存片段i
b COPY 500个粒子到片段i
2. 如果顶点缓存满了：
a 从起始的地方开始顶点缓冲: i=0
b 用D3DLOCK_NOOVERWRITE标记锁定缓存段i
c COPY 500个粒子到片段i
3. 渲染片段i.
4. 下一片段： i+ +
备注：顶点缓存是动态的， 因此我们能利用动态锁定标记D3DLOCK_NOOVERWRITE和 D3DLOCK_DISCARD。这两个标记允许我们锁定顶点缓存的某一部分。当顶点缓存中的其他部分被渲染时，它是不能渲染的。例如，假如我们正在使用D3DLOCK_NOOVERWRITE标记渲染片段0时， 当渲染片段0的时候我们能锁定并填充片段1。这样可以防止渲染的延迟。
这个方法更有效率。首先，我们减少顶点缓存的尺寸；然后， CPU与显卡在协调的工作。也就是说，当我们绘制一小批粒子时(graphics card work)，同时拷贝另一小批粒子到顶点缓存 (CPU work)。这个动作是连续执行的，直到所有的粒子都被渲染完毕，就像你了解的一样， 显卡在全部顶点缓存被填充的时候是不用处于空闲状态的。
我们现在将注意力转向这一个渲染方案的实现，为了方便使用这个粒子系统的渲染方案, 我们使用 cParticleSystem 类中的下列数据成员:
m_vb_num—在给定时间内我们的顶点缓存能够保存的粒子数量。这个值与实际的粒子系统中的粒子数无关。
m_vb_offset—这个变量是顶点缓存中的偏移，在顶点缓存里我们将用它开始COPY下一批粒子，例如，如果第一批在缓存中是0到499，偏移到第二批COPY的开始处将是500。
m_vb_batch_size—定义一批缓存中的粒子数量。
我们现在介绍渲染方法的代码：
{
// The render method works by filling a section of the vertex buffer with data, then we render that section.
// While that section is rendering we lock a new section and begin to fill that section.
// Once that sections filled we render it. This process continues until all the particles have been drawn.
// The benifit of this method is that we keep the video card and the CPU busy.
if (m_particles.empty())
return ;
// set render states
pre_render();
m_device->SetTexture(0, m_texture);
m_device->SetFVF(PARTICLE_FVF);
m_device->SetStreamSource(0, m_vertex_buffer, 0, sizeof (sParticle));
//
// render batches one by one
//
// start at beginning if we're at the end of the vertex buffer
if (m_vb_offset >= m_vb_num)
m_vb_offset = 0;
sParticle* v;
m_vertex_buffer->Lock(
m_vb_offset * sizeof (sParticle),
m_vb_batch_num * sizeof (sParticle),
( void **)&v,
m_vb_offset ? D3DLOCK_NOOVERWRITE : D3DLOCK_DISCARD);
DWORD num_particles_in_batch = 0;
// until all particles have been rendered
for (list<sParticleAttribute>::iterator iter = m_particles.begin(); iter != m_particles.end(); iter++)
{
if (! iter->is_alive)
continue ;
// copy a batch of the living particles to the next vertex buffer segment
v->position = iter->position;
v->color = (D3DCOLOR) iter->color;
v++; // next element
num_particles_in_batch++;
// if this batch full?
if (num_particles_in_batch == m_vb_batch_num)
{
// draw the last batch of particles that was copied to the vertex buffer
m_vertex_buffer->Unlock();
m_device->DrawPrimitive(D3DPT_POINTLIST, m_vb_offset, m_vb_batch_num);
//
// While that batch is drawing, start filling the next batch with particles.
//
// move the offset to the start of the next batch
m_vb_offset += m_vb_batch_num;
// Don't offset into memory that is outside the vb's range.
// If we're at the end, start at the beginning.
if (m_vb_offset >= m_vb_num)
m_vb_offset = 0;
m_vertex_buffer->Lock(
m_vb_offset * sizeof (sParticle),
m_vb_batch_num * sizeof (sParticle),
( void **)&v,
m_vb_offset ? D3DLOCK_NOOVERWRITE : D3DLOCK_DISCARD);
num_particles_in_batch = 0; // reset for new batch
}
}
m_vertex_buffer->Unlock();
// Its possible that the LAST batch being filled never got rendered because the condition
// (num_particles_in_batch == m_vb_batch_num) would not have been satisfied.
// We draw the last partially filled batch now.
if (num_particles_in_batch)
m_device->DrawPrimitive(D3DPT_POINTLIST, m_vb_offset, num_particles_in_batch);
m_vb_offset += m_vb_batch_num; // next block
post_render(); // reset render states
}
14.2.2 随机
如果我们模拟雪花，不能让所有雪花以完全相同的方式落下。我们要让它们按相似的方式落下而不是完全相同的方式。为了使粒子系统的随机功能更简单，我们增加了下列两个函数到d3dUtility.h/cpp文件。
第一个函数在[low_bound, high_bound]区间内随机的返回一个float类型值：
{
if (low_bound >= high_bound) // bad input
return low_bound;
// get random float in [0, 1] interval
float f = (rand() % 10000) * 0.0001f;
// return float in [low_bound, high_bound] interval
return f * (high_bound - low_bound) + low_bound;
}
第二个函数在边界盒的范围内，输出一个随机的向量。
{
out ->x = get_random_float(min->x, max->x);
out ->y = get_random_float(min->y, max->y);
out ->z = get_random_float(min->z, max->z);
}