Вопрос или проблема
Я разобрался с основами WebGL и пытаюсь понять оптимальное решение для моего случая. Для ясности сначала опишу, что я пытаюсь сделать, а именно, это форма трассировки лучей частиц.
В вершинном шейдере я использую вершину для каждого пикселя канваса, направляя луч из каждой точки на основе позиции и поворота камеры. Каждый луч движется с нормализованной скоростью и ищет объекты на целых позициях, чтобы обнаружить материалы, содержащие данные, такие как цвет. Например: Луч имеет скорость 1.0, 0.0, 0.0, он только что переместился с позиции 0.5, -2.0, 4.0 на 1.5, -2.0, 4.0, мы округляем новую позицию, так что это 2, -2, 4, теперь проверяем, существует ли какая-либо частица в этом месте.
Определение списка точечных материалов — это то, как я не знаю, как сделать лучше всего. Данные должны быть общими между вершинами / пикселями, поэтому я ищу униформу. Но как отправить список переменной длины векторов vec4 из JS в GLSL, который может содержать любые или никаких записей в зависимости от дальности отрисовки и того, куда движется камера? Нужно ли мне использовать объект униформного буфера, или существует более подходящий тип структуры данных для этого?
Для достижения наилучшей производительности мне также необходимо учитывать, как к этим данным осуществляется доступ и как ищется каждая точка в пространстве. Обычно есть два варианта: первый и наиболее идеальный — использовать позицию в качестве индекса для словаря, чтобы получить то, что там хранится, например, data = points[vec3_xyz], но можно ли это сделать в GLSL? Гарантированный, но медленный способ — пройтись по всем позициям и проверить каждую из них как for (int i = 0; i < int(points_count); ++i) { if (points[i].x == x && points[i].y == y && points[i].z == z) { data = points[i].w; break } }. Также может быть возможность делать вложенный индекс по осям как if (points[x] && points[x][y] && points[x][y][z]) { data = points[x][y][z] }. Что возможно и быстрее, и можете ли вы предоставить минимальный пример того, как выглядят структуры JS и GL?
Ответ или решение
Хранение и доступ к переменной длине списка позиций в 3D-пространстве с использованием WebGL представляет собой интересную задачу, особенно в контексте трассировки лучей для частиц. Рассмотрим оптимальные методы хранения и доступа к данным о материалах точек, которые могут варьироваться в зависимости от расстояния до камеры и её положения.
Основные компоненты вашей задачи
- Позиции и данные о материалах: Каждая точка в 3D-пространстве имеет свои координаты и связанные данные, такие как цвет.
- Передача данных из JavaScript в GLSL: Вам нужно передать переменное количество данных (позиции и свойства материалов) из JavaScript в GLSL.
- Проблемы быстрого доступа к данным: Важно эффективно получать доступ к информации о материалах для ускорения трассировки лучей.
Подход к хранению и доступу
Использование Uniform Buffer Objects (UBO)
Для хранения переменного количества позиций и их свойств наиболее подходящий способ – это использование Uniform Buffer Objects (UBO). Учитывая ограничения на размерами данных в Uniform, UBO позволит вам группировать позиции и связанные свойства, а также использовать их в шейдере.
Примерная структура данных в JavaScript может выглядеть так:
const positions = new Float32Array([
// x, y, z, w (где w - это, например, цвет или другая информация)
2.0, -2.0, 4.0, 1.0,
1.0, 0.0, 5.0, 0.5,
// другие точки
]);
// Создание UBO
const ubo = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.UNIFORM_BUFFER, ubo);
gl.bufferData(gl.UNIFORM_BUFFER, positions, gl.STATIC_DRAW);Обратите внимание, что вам нужно будет задать размер данных в UBO и не превышать максимальные ограничения, установленные WebGL.
Доступ к данным в GLSL
Исходя из предложенного вами метода доступа, GLSL не поддерживает прямую индексацию как в JavaScript. Наиболее эффективный способ доступа – использование массивов и циклов, так как «словари» или «ассоциативные массивы» в GLSL не поддерживаются.
Например, вы можете использовать следующий код для доступа к материалам:
uniform vec4 positions[MAX_POINTS]; // Задайте максимальное количество точек
uniform int points_count;
float getMaterialData(vec3 position) {
for (int i = 0; i < points_count; ++i) {
vec3 pos = positions[i].xyz;
if (pos == position) {
return positions[i].w; // Возвращает связанное значение, например, цвет
}
}
return 0.0; // если точка не найдена
}Архитектура доступа к данным
Использование вложенной индексации (как в вашем примере) в GLSL возможно, но в WebGL нет поддержки для многомерных массивов. Если ваши данные статичны и имеют известный предел по размеру, вы можете использовать одномерный массив и высчитывать индексы самостоятельно.
Пример реализации
Вот пример, когда мы создаем UBO в JavaScript и используем его в GLSL:
const MAX_POINTS = 100; // Максимальное количество точек
// Создание VBO и передача данных
const ubo = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.UNIFORM_BUFFER, ubo);
gl.bufferData(gl.UNIFORM_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);
gl.bindBufferBase(gl.UNIFORM_BUFFER, 0, ubo);В шейдере (GLSL):
layout(std140) uniform Points {
vec4 positions[MAX_POINTS];
};
void main() {
vec3 rayPosition = getRayPosition(); // Ваш метод получения позиции луча
float materialData = getMaterialData(rayPosition);
}Заключение
Оптимальное хранение и доступ к переменной длине списка позиций в WebGL требует использования UBO для эффективной передачи данных между JavaScript и GLSL. При доступе к этим данным лучше использовать циклы, так как массивы являются основным способом хранения данных в GLSL. С таким подходом вы сможете эффективно реализовать трассировку лучей для ваших частиц.