逻辑算法的描述，以及以技术演示游戏的形式对工作示例进行分析

此演示的WebGL2版本https://danilw.itch.io/flat-maze-web有关其他链接，请参阅本文。

本文分为两部分，第一部分涉及逻辑，第二部分涉及游戏中的应用程序， 第一部分 ：

• 主要特点
• 链接和简要说明。
• 逻辑算法。
• 逻辑的局限性。 错误/功能和角度错误。
• 访问索引数据。

游戏演示的进一步说明， 第二部分 ：

• 此逻辑的二手功能。 并快速渲染一百万像素的粒子。
• 实现，对代码进行一些注释，在两个方向描述冲突。 并与玩家互动。
• 使用opengameart链接到使用的图形，以及用于阴影的着色器。 和文章链接到cyberleninka.ru

第一部分

1.主要特点

这个想法是实时地在彼此之间碰撞成千上万个粒子，其中每个粒子都有唯一的标识符ID 。

当对每个粒子进行索引时， 可以控制任何粒子的任何参数 ，例如质量，其健康（hp）或损坏，加速，减速度，遇到的对象以及对事件的反应取决于粒子的类型/索引，每个粒子还具有唯一的计时器，依此类推。

GLSL上的所有逻辑可以完全移植到任何游戏引擎和任何具有GLES3支持的操作系统。

粒子的最大数量等于帧缓冲区的大小（fbo，所有像素）。

舒适的粒子数量 （当有空间可以相互作用时）为(Resolution.x*Resolution.y/2)/2是x每个第二像素和y每个第二像素，这就是逻辑描述如此表示的原因。

本文的第一部分显示了最小的逻辑；第二部分，以游戏为例，显示了具有大量交互条件的逻辑。

2.链接和简短描述

我对此逻辑进行了三个演示：

1.在 GLSLfragment -shader上 ，在shadertoy https://www.shadertoy.com/view/tstSz7上 ，全部逻辑请参见BufferC代码。 此代码还允许您在片段着色器上的任意位置显示数十万个带有UV的粒子，而无需使用实例粒子。

2.将逻辑移植到实例粒子 （由Godot用作引擎）

链接Web版本 exe（win） ， 源项目为particles_2D_self_collision 。

简短说明： 这是对实例粒子的不好的演示 ，因为我在整个地图可见的地方做出了最大的增加，总是处理640x360粒子（230k），这一事实很多。 参见下面的游戏说明，我做对了，没有多余的颗粒。 （视频中存在粒子索引错误，已在代码中修复）

3.游戏，有关游戏的描述，请参见下文。 链接Web版本 ， exe（win） ， 源

3.逻辑算法

简要地：

逻辑类似于落沙，每个像素保留位置的分数值（在其像素内移动）和当前加速度。

逻辑检查半径1的像素，它们的下一个位置要转到该像素（由于此限制，请参见下面的限制） ，还检查半径2的像素是否排斥（碰撞）。

通过将逻辑转换为int-float并减小给定位置pos和pos速度的大小，可以保存唯一索引。

数据以这种方式存储：（ 由于存在此错误，请参见限制）

 pixel.rgba r=[0xfffff-posx, 0xf-data] g=[0xfffff-posy, 0xf-data] b=[0xffff-velx, 0xff-data] a=[0xffff-vely, 0xff-data] 

在代码中 ，BufC的行号https://www.shadertoy.com/view/tstSz7、115个过渡检查，139个冲突检查。

这些是获取相邻值的简单循环。 而且条件是，如果位置等于当前像素的位置，则将数据移动到该像素（由于此限制） ，并且vel的值根据相邻像素（如果有）而变化。

这就是所有粒子逻辑。

如果粒子比1像素更近， 最好将粒子彼此隔开1个像素的距离，然后会有排斥力，例如游戏中带有迷宫的地图，粒子由于它们之间1像素的距离而静止不动。

接下来是渲染（rendering）， 在片段着色器的情况下，以1的半径获取像素以显示相交区域。 对于实例粒子，在从线性视图转换为二维数组的地址INSTANCE_ID处获取像素。

4.逻辑限制。 错误/功能和角度错误

1. 代码中的像素大小 BALL_SIZE必须在计算限制内，大于sqrt(2)/2且小于1 。 越接近1，像素内部（像素本身）的行进空间越小，则空间越大。 需要这样的大小，以使像素不会彼此落在一起，当您有小物体时，可以将其设置为小于1，从而产生小于1像素（计算得出）的物体幻觉。
2. 速度不能超过1像素，否则像素将消失。 但是您可以使每帧的速度超过1 ，如果您制作多个帧缓冲区（fbo /视口）并一次处理多个逻辑步骤，则帧速度将增加等于附加fbo数量的次数。 这是我在水果演示中所做的，并使用了指向shadertoy（bufC复制到bufD）的链接。
3. 压力限制 （例如重力或其他力法线贴图）。 如果几个相邻像素占据此位置（请参见上图），则仅保存一个像素，其余像素消失。 在有关阴影的演示中很容易注意到这一点，将鼠标设置为Force，将Common中的MOUSE_F的值更改为10 ，然后将粒子定向到屏幕的一角，它们将彼此消失。 或与Common中的重力值maxG相同。
4. 角度错误。 为了使此逻辑在GPU（实例化）-粒子中运行，最好（更便宜，更快）在instance-shader中计算位置以及所有其他粒子参数以进行显示。 但是Angle 不允许为着色器使用多个fbo纹理，因此必须将部分逻辑的计算转移到Vertex-shader ，以便从实例着色器转移索引号。 这是我在两个使用GPU粒子的演示中所做的。
5. 两个演示中都有一个严重的错误 （游戏除外），如果位置值不是1/0xfffff倍数，则会丢失位置值。错误测试在此处https://www.shadertoy.com/view/WdtSWS
   更准确地说，这不是错误，为简单起见，应该如此，作为此算法的一部分，我称其为错误。

修复错误：
请勿将位置值转换为int-float ，因此，将0xffff 0xff ，可用于数据的8位，但是将保留数据的0xffff值，这对于很多事情来说已经足够了。
我只是在游戏演示中做到了这一点 ，我只将0xffff用于存储粒子类型，动画计时器，运行状况以及仍然有可用空间的数据。

5.访问索引数据

instanced-particle有其自己的INSTANCE_ID ，它使用粒子逻辑（bufC，例如着色器）从帧缓冲区的纹理中提取一个像素，如果在那里解包该粒子的粒子（请参阅数据存储），则通过该ID读取包含粒子数据的纹理（bufB） ，例如着色器上的示例）。

在shadertoy示例中，bufB仅存储每个粒子的颜色，但是很明显可以存在任何数据，如质量，加速度，减速度前面提到的，以及任何逻辑动作（例如，完成后可以将任何粒子移动到任何位置（传送））代码中的相应逻辑动作），您还可以从键盘控制任何粒子或组的移动...

我的意思是，您可以对每个粒子执行任何操作，就好像它们是处理器数组中的普通粒子一样，从GPU粒子的双向访问可以更改其状态，但是从CPU可以按索引更改粒子状态（使用逻辑操作和纹理）数据缓冲区）。

第二部分

1.此逻辑的使用功能。 快速渲染一百万个像素的粒子

粒子的帧缓冲区（fbo /视口）的大小为1280x720，部件位于1之后，即23万个活动粒子（迷宫中的活动元素）。
屏幕上始终不超过12,000个GPU实例化的粒子。

逻辑用途：

• 播放器逻辑与粒子逻辑是分开的，并且仅从粒子缓冲区读取数据。
• 与物体碰撞时，播放器会放慢速度。
• 怪物类型的物品会对玩家造成伤害。
• 玩家进行了2次攻击，一次击退周围的一切，第二次产生粒子，如火球 （图片如下）
• 火球类型有其自身的质量，双向跟踪与其他粒子的碰撞效果。
• 在与火球的碰撞中摧毁了其他粒子，例如演员和僵尸 （一种类型的演员是无敌的）
• 一次碰撞后火球熄灭
• 物理级别-玩家排斥树木和正方形，其他粒子不相互作用，没有加速度作用于火球
• 动画计时器对于每个粒子都是唯一的

相比于水果演示程序（有开销）， 在此游戏中，GPU实例化粒子的数量仅为1.2万。

看起来像这样：

它们的数量取决于地图的当前缩放（ zoom ），并且增加被限制为某个值，因此仅考虑屏幕上可见的那些。
屏幕随播放器移动，计算移动的逻辑有些复杂，而且非常情况，我怀疑她是否会在另一个项目中找到应用。

2.实现，对代码进行一些注释。

所有游戏代码都在GPU上。

在/shaders/scene2/particle_logic2.shader文件中，随着顶点功能的增加， 用于计算屏幕中粒子移动的逻辑是粒子着色器文件（顶点和片段），不是实例化着色器，实例化着色器不执行任何操作，仅由于以下原因传递其索引：上述错误。

粒子按类型和粒子相互作用的整个逻辑在一个文件中，这是一个帧着色器的文件着色器文件着色器/scene2/particles_fbo_logic.shader

 // 1-2 ghost // 3-zombi // 4-18 blocks // +20 is on fire // 40 is bullet(right) 41 left 42 top 43 down 

数据存储像素[pos.x, pos.y, [0xffff-vel.x, 0xff-data1],[0xffff-vel.y, 0xff-data2]]
data1是类型，data2是HP或计时器。

计时器在每个粒子上运行 ，计时器的最大值是255，我不需要那么多，我只使用1-16最大值（ 0xf ），而0xf保持未使用状态，例如您可以存储实际的HP值，而对我来说不使用。 （即，是的， 我使用0xff作为计时器 ，但实际上我的动画少于16帧，而0xf足够了，但我不需要其他数据）
实际上0xff用于燃烧树木的计时器，它们在255帧后变成僵尸。 计时器逻辑部分位于粒子帧缓冲区着色器的type_hp_logic中（上面的链接）。

火球在第一次击中时熄灭，并且被击中的对象也执行其动作的双向碰撞操作的示例 。

文件着色器/场景2 / particle_fbo_logic.shader第438行：

 if (((real_index == 40) || (real_index == 41) || (real_index == 42) || (real_index == 43)) && (type_hp.y > 22)) { int h_id = get_id(fragCoord + vec2(float(x), float(y))); ivec2 htype_hp = unpack_type_hp(h_id); int hreal_index = htype_hp.x; if ((hreal_index != 40) && (hreal_index != 41) && (hreal_index != 42) && (hreal_index != 43)) type_hp.y = 22; } else { if (!need_upd) { int h_id = get_id(fragCoord + vec2(float(x), float(y))); ivec2 htype_hp = unpack_type_hp(h_id); int hreal_index = htype_hp.x; if (((hreal_index == 40) || (hreal_index == 41) || (hreal_index == 42) || (hreal_index == 43)) && (htype_hp.y > 22)) { need_upd = true; } } } 

real_index是一种类型，上面列出了一些类型，40-43是火球 。
另外type_hp.y > 22是计时器的值，如果大于22，则说明火球什么都没有遇到。
h_id = get_id(...获取遇到的粒子的类型和HP（计时器）的值
hreal_index != 40...被忽略的类型（其他火球 ）
type_hp.y = 22计时器设置为22，这表明该火球与一个对象碰撞。
else { if (!need_upd)变量need_upd检查是否存在重复的冲突，因为该函数处于循环中，所以我们遇到了一个火球 。
h_id = get_id(...如果尚未发生冲突，我们将使用类型和计时器的对象。
hreal_index == 40...htype_hp.y > 22碰撞对象是火球 ，它不会熄灭。
need_upd = true标志，因为它遇到了火球 ，所以必须更新类型。

再行481
if((need_upd)&&(real_index<24)){ real_index <24的类型小于24，则存在不燃烧的僵尸和鬼树，然后在这种情况下，我们将根据当前类型更新类型。

因此，几乎可以完成对象的任何交互。

与玩家互动：

文件着色器/场景2 / logic.shader第143行函数player_collision

此逻辑读取4x4像素半径内播放器周围的像素，获取每个像素的位置，并将其与播放器位置进行比较，如果找到一个元素，则接下来进行类型检查，如果这是怪物，则我们从播放器中获得HP。

这个工作有点不准确，我不想修复它 ，可以使此功能更准确。

攻击过程中，粒子会从玩家身上推开并产生排斥效果：

帧缓冲区（视口）用于编写当前动作的法线，粒子（ particles_fbo_logic.shader ）在其位置获取（从正常）纹理并将该值应用于其速度和位置。 该逻辑的整个代码实际上只是几行，文件force_collision.shader

单击鼠标左键， 火球 壳会飞起来；它们的外观不是很自然 ，它们没有纠正并以这种形式离开。

您可以为生成的粒子创建一个正常的区域（形状），并且相对于播放器出现偏移（此操作未完成）。
或者，您可以将火球作为玩家作为一个单独的对象，然后将法线绘制到缓冲区中以将粒子推离火球 ，即类似于玩家...
谁需要认为自己会自己解决这个问题。

3.使用opengameart和阴影着色器链接到使用的图形

我获得了指向cyberleninka.ru上一篇文章的链接。
在其中所用算法的描述中，也许比本文中有更详细和正确的描述 。

阴影着色器的工作非常简单，基于此着色器https://www.shadertoy.com/view/XsK3RR （我有经过修改的代码）
着色器构建1D径向光照贴图

地板着色代码着色器/ scene2 / mainImage.shader中的着色和着色

从网站https://opengameart.org 链接到所使用的图形，游戏中的所有图形
火球 https://opengameart.org/content/animated-traps-and-obstacles
角色https://opengameart.org/content/legend-of-faune
树木和树木https://opengameart.org/content/lolly-set-01
（以及opengameart的更多图片）

菜单中的图形由2D_GI着色器获得，该工具用于创建此类菜单：

谁读到最后-做得好:)
如果您有任何疑问，请询问，我可以根据要求补充说明。