Unity粒子系统

• Unity有两套粒子系统
  • CPU粒子的ParticleSystem，能支撑粒子的数量级是几千个
  • GPU粒子的Visual Effect Graph(VFX Graph)，能支撑粒子的数量级是几百万个

粒子是什么

• 粒子系统是由大量运动颗粒构成的

从编程角度来看

• 分为三部分
  • 数据
  • 逻辑
  • 表现

数据：

• 结构体，必须有一个Vector3的Position属性
• 其他属性，可以有Color、Scale

假设有一个例子系统，由10万个这样的粒子构成
那一个Particle结构体的数组，长度为10万，就构成了粒子系统的全部数据

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struct Particle
{
	Vector3 Position;
	...
}

Particle[] particles = new Particle[100000];

逻辑：

• 根据某种规律，每一帧，计算position属性，让这些数据“运动”起来

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class Particle
{
	update(float dt)
	{
		foreach (var p in _particles)
		{
			p.position = ...
			...
		}
	}
}

表现：

• 如何结合图像API把刚才10万个粒子的数据展示出来，比如把每个例子渲染成点图元、面片等

CPU粒子和GPU粒子的实现有很大区别

CPU粒子

工作流程：

• 第一步：在内存里初始化10万个粒子对象
• 第二步：每一帧里更新十万个粒子的位置
• 第三步：每一帧要把变换的数据提交给GPU，让GPU做渲染

开销影响：

• 由于第二步的计算每一帧都要计算，而CPU无法进行并行计算，所以粒子数量多时，计算开销非常大
• 第三步数据计算之后，需要从CPU把计算的结果提交给GPU做显示，这样的显示每一帧都要做，都涉及到跨CPU和GPU的通信

GPU粒子

工作流程：

• 第一步：虽然也需要声明10w万个粒子的数据，但是会在初始化的时候，一次性的把这些数据从内存拷贝到GPU显存侧的ComputeBuffer里
• 第二步：计算每一个粒子下一帧所应该在的位置，计算后的结果依然存储在GPU的显存的ComputeBuffer里面
• 第三步：渲染的时候直接从显存的ComputeBuffer里面拿数据，直接渲染

开销影响：

• 第二步由于发生在GPU侧，可以充分利用GPU里面的ComputeShader并行计算能力
• 第三步减少了CPU到GPU的数据拷贝

借助ComputeShader和ComputeBuffer实现GPU粒子的细节

• 还是从数据、逻辑、表现三块来看

数据

• 需要一个结构体particle，里面至少要包含一个Position属性

• 初始化数据，初始化ComputeBuffer，填充数据
• 把结构体数据填充到内存里，并拷贝到ComputeBuffer里
• new ComputeBuffer()
  • 第一个参数是要缓存多少个这样的粒子，ComputeBuffer的长度要和粒子的长度一样
  • 第二个参数是Particle结构体的大小
• new完后只是说显存里有这个Buffer了，还要把数据真正拷贝过去

• 为了能在ComputeShader计算的时候能使用上刚才ComputeBuffer里的数据，需要新建一个ComputeShader，也写上一个同样的struct
• 写一个RWStructure的Buffer，把Particle当做泛型传进来，相当于准备好一个Particle List去容纳CPU传过来的数据

• 在C#里准备好了ComputeBuffer、在ComputeShader里准备好了StructureBuffer之后，需要把二者关联起来

逻辑

• 如何每帧更新粒子位置

• 在CPU大概会写成这个样子

• 变成GPU粒子后，Update函数有比较大的变化
• 不会在Update里面做for循环了，只需要给ComputeShader设置deltaTime，然后调用Dispatch，传一个ComputeShader的函数名，这样ComputeShader就会去工作，自动去算每个粒子的位置了