Reach for the million…

Mein neuestes Projekt ist nun mehr oder weniger abgeschlossen. Ziel war ein Partikelsystem, welches komplett auf GPU Basis agiert. Das bedeutet, dass das komplette Partikelsystem über GLSL Shader gesteuert wird, der C++ Code dient nur als Rahmenwerk zur Anwendungserstellung und Initialisierung aller benötigten Teile.

Auf meinem MacBook Pro (late 08), in dem eine Geforce 9600M GT schlummert, schaffe ich mit 1.048.576 Partikeln immerhin 29 Frames pro Sekunde, der PC mit einer Geforce 250GT sogar 60 Frames. Das ist ein ziemlich beeindruckendes Resultat bezüglich GPGPU Programmierung wenn ich daran denke, dass mein altes Partikelsystem (CPU) schon bei ca. 25.000 Partikeln mächtig einbrach.

Die Basis des Systems ist ein Ping-Pong Framebuffer, also zwei Framebuffer, aus denen abwechselnd gelesen und geschrieben wird. Beim Anwendungsstart werden zudem vier Texturen erstellt welche die Initialisierungswerte für die Partikeleigenschaften (Positionen, Geschwindigkeiten, Alter, Masse,…) und das Vektorfeld beinhalten. Das Vektorfeld lässt die Partikel um den Koordinatenursprung rotieren (link) und wird nach der Initialisierung nicht mehr verändert. Zusätzlich wird aber noch ein “Dummy” Vertex Buffer Object benötigt, welches genauso viele Punkte beinhalten muss, wie das Partikelsystem anzeigt. Ansonsten beschränkt sich die cinder App darauf, Tastatur- und Mausereignisse abzufangen und den üblichen Kram zu erledigen.

Herz des Ganzen ist ein Fragment Shader, welcher die Berechnung der Geschwindigkeiten und Positionen der Partikel übernimmt. Der Shadercode ist bisher jedoch ziemlich einfach, außer den Zugriffen auf die Texturen, den (einfachen) Berechnungen und dem Erstellen neuer Texturen passiert hier nicht viel. Ein Ziel für die Zukunft wäre natürlich noch komplexere physikalische Vorgänge wie Bewegungen in Galaxien oder Flüssigkeiten zu simulieren, für dass Herantasten an die Thematik soll es jedoch genügen.

Der zweite Shader dient nur der Darstellung der Partikel, hier werden abhängig vom Alter die Größe und Sichtbarkeit eines Partikels definiert. Mit wenigen Anpassungen kann man aber auch hier interessante Resultate erzielen, wie zum Beispiel das Einfärben eines Partikels bezüglich seines Ortes…

Zum Abschluss bleibt zu sagen, dass GPGPU Programmierung ein Riesen Spaß ist, auch wenn der Einstieg einiges fordert. Das nächste Projekt wird sich wieder mit der Kinect beschäftigen und dann geht auch bald die Diplomarbeit los, also wie immer…stay tuned!

3 Comments

    1. Thanks for your kind words!

      You are right, num3eric’s thread on the forums helped / inspired me a lot! Got me some time to get the ping-pong framebuffer to work right, but it’s was worth it!
      Before I can release my code, I will have to tidy it up, from todays perspective it’s kinda messy ;-) But if I get some time to refactor it, I will give you a notice.
      By the way, nice work from you too!!

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