[发明专利]基于GPU的粒子系统优化

说明书

 

技术领域

    本发明涉及计算机图形技术领域，更具体地说，涉及粒子系统的渲染优化方法。

背景技术

烟火、云雾、瀑布、植物和土壤等自然景物的可视化是计算机图形学中极具挑战性的研究课题，传统的造型方法很难比较真实地描述它们的形状和特征。

粒子系统适用于不规则物体的可视化仿真。粒子系统需要对复杂的运动系统进行模拟，例如一场暴风雪，一个爆炸，就需要大量的三角形绘制。同时，粒子的位置更新和碰撞检查，需要耗费大量的CPU时间，GPU与CPU的调用严重不同步，GPU大量的时间是在等待CPU进行完粒子的生成与位置更新。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，采用可编程顶点着色器，把精灵粒子更新的部分操作转移到GPU中，采用多线程技术，减少CPU与GPU的等待时间。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是基于GPU的粒子系统优化，其步骤如下：

1）根据当前的粒子系统，预生成顶点位置贴图，该位置是CPU更新的位置，通过这个位置，结合的当前视点信息，可以生成最终的粒子三角形；

2）组织顶点，把视点的位置和朝向信息传入顶点着色器，同时在Shader中读取贴图，计算出最终三角形位置； 

3）把更新操作转移到多线程中，当粒子未更新完毕时，采用上一帧数的顶点绘制粒子，当多线程计算的粒子位置结束后则更新渲染中的顶点位置；

4）根据粒子的种类，组织同一种粒子，进行静态批次渲染，减少显卡的渲染命令调用次数。

本发明主要采用了shader3.0中的顶点纹理技术，把粒子预存为贴图数据，传入顶点着色器，然后根据当前帧的视点信息，进行粒子三角形的位置计算。同时结合多线程技术，把Cpu中关于粒子更新部分转移到专门的线程中进行计算。通过将可编程GPU技术引入到粒子系统当中，将一部分本应由CPU负责的粒子更新任务放到GPU中进行，使部分负载从CPU转移到GPU，从而将CPU从繁重地顶点变换汁算中解脱出来；同时采用多线程，减少GPU与CPU的等待时间，结束静态批次，提高粒子的渲染效率。

具体实施方式

    基于GPU的粒子系统优化，其步骤如下：

1）根据当前的粒子系统，预生成顶点位置贴图，该位置是CPU更新的位置，通过这个位置，结合的当前视点信息，可以生成最终的粒子三角形；

2）组织顶点，把视点的位置和朝向信息传入顶点着色器，同时在Shader中读取贴图，计算出最终三角形位置； 

3）把更新操作转移到多线程中，当粒子未更新完毕时，采用上一帧数的顶点绘制粒子，当多线程计算的粒子位置结束后则更新渲染中的顶点位置；

4）根据粒子的种类，组织同一种粒子，进行静态批次渲染，减少显卡的渲染命令调用次数。