मिलियन कण। भाग 1

मैं बताना चाहता हूं कि मैंने कैसे बनाया, और फिर अपने स्वयं के कण प्रणाली को GPU में स्थानांतरित कर दिया। जैसा कि मैंने भोलेपन से सोचा था, यह बस हो जाएगा (वे कहते हैं, वहाँ, चलती कण, tyuyu)। वास्तव में, हम कार्यान्वयन के दौरान उत्पन्न होने वाली बारीकियों के बारे में बहुत सारी बातें कर सकते हैं, इसलिए मैं केवल नीचे की बाधाओं की समस्याओं के समाधान पर चर्चा करूंगा।

मामले के इतिहास

ग्राहक गतिशील संगीत फव्वारा परिसरों को विकसित करता है, जो स्क्रिप्ट के अनुसार dmx नियंत्रकों के माध्यम से नियंत्रित होते हैं। उन्होंने स्क्रिप्ट एडिटर को खुद बनाया। लेकिन व्यवहार में यह स्क्रिप्ट बनाने के लिए असुविधाजनक निकला, क्योंकि यह देखने के लिए कि यह कैसे पता चलता है कि आपको पूरी तरह से निर्मित और लॉन्च किए गए फाउंटेन की आवश्यकता है। इसके अलावा, अगर अचानक कोरियोग्राफर के डिजाइनर फव्वारे के लिए अतिरिक्त नलिका जोड़ना चाहते थे, तो ऐसा करना लगभग असंभव है। इसलिए, ग्राहक मॉडलिंग फव्वारे के लिए एक मॉड्यूल हासिल करना चाहता था, ताकि कोरियोग्राफर वास्तविक फव्वारे के बिना स्क्रिप्ट विकसित कर सके। सामान्य तौर पर, मेरे साथ ऐसा कुछ हुआ है: यहां हवाई का मॉडल है जो हवाई 50.wmv द्वारा बनाया गया था, लेकिन फव्वारा निर्माण के बाद वास्तविक जीवन में क्या निकला: H5OClip.wmv

आवश्यकताओं

फिलहाल, नोजल का एक निश्चित सेट है जो एक निश्चित तरीके से व्यवहार करता है, साथ ही साथ एलईडी प्रकाश स्रोत भी। वास्तव में, मुझे इन नोजल (प्रकाश स्रोतों) में हेरफेर करने के तरीकों के साथ प्रत्येक प्रकार के नोजल और प्रकाश स्रोतों के लिए इंटरफेस प्रदान करना था। एक दृश्य होना चाहिए जो हम माउस के साथ अपनी खिड़की में घुमा सकते हैं (अभी भी छोटी आवश्यकताओं का एक गुच्छा था जो कण प्रणाली से संबंधित नहीं थे, जैसे कि एक विमान पर एक ग्रिड, फव्वारा ऊंचाई के निशान, आदि)। और हां, यह सब वास्तविक समय में आवश्यक है, यानी कम से कम 25-30 फ्रेम प्रति सेकंड।

पहला पैनकेक

सबसे पहले मैंने सीपीयू पर एक सरल कण निर्माण किया, फिर पूरी चीज वर्टेक्स बफर में चली गई, जिसका प्रतिपादन किया गया था। परीक्षणों के दौरान, यह पूरी तरह से काम किया, व्यवहार में यह अनुपयुक्त हो गया। यदि आप वीडियो H5OClip.wmv को देखते हैं , तो ध्यान दें कि एक ही समय में कितने प्रकाश स्रोत चमकते हैं। अक्सर संख्या सैकड़ों या अधिक तक पहुंच जाती है। इसके अलावा, एक स्रोत अक्सर एक साथ फव्वारे की कई धाराओं को "कवर" करता है, और प्रत्येक स्ट्रीम अनिवार्य रूप से एक एमिटर है। अब कल्पना कीजिए कि 150-200 जेट एक ही समय में कण बनाते हैं। एक जेट को चित्रित करने के लिए कितने कणों की आवश्यकता होती है? व्यवहार में, यह पाया गया कि एकल जेट के एक सहनशील प्रदर्शन के लिए, पूर्ण शक्ति पर प्रहार करते हुए, औसतन 5k कणों की आवश्यकता होती है। और यह कि 150 जेट के लिए हमें 750,000 कण मिलते हैं। यह स्पष्ट है कि कम से कम 150 जेट बिछाने के लिए आवश्यक है।

पहले संस्करण की तरह काम किया। सबसे पहले कणों के निर्माण की एक प्रक्रिया थी। प्रत्येक कण के लिए, एक क्षेत्र था जिसमें मिलीसेकंड जिसमें कण मर गया था संग्रहीत किया गया था। हम उन कणों की संख्या निर्धारित करते हैं जो अंतिम फ्रेम के लिए उत्सर्जक बनाते हैं, और हम सरणी की शुरुआत से चलाते हैं जब तक कि हम सभी कण नहीं बनाते। यदि हम एक मृत कण (वर्तमान समय> मृत्यु का समय) से मिलते हैं, तो इसे मृत्यु के एक नए समय के साथ भरें, प्रारंभिक निर्देशांक और प्रारंभिक गति निर्धारित करें। वास्तव में, कण का निर्माण होता है। यदि सरणी समाप्त हो गई, और सभी कण अभी भी नहीं बने हैं, तो हम अतिरिक्त रूप से स्मृति का एक और टुकड़ा आवंटित करते हैं। यदि आपने सभी कण बनाए हैं, तो हम बफर के अंत तक चलते हैं और अंतिम जीवित कण के सूचकांक को याद करते हैं। यदि अंतिम जीवित कण का सूचकांक सरणी की लंबाई से बहुत कम है, तो हम सरणी को छोटा करते हैं। यह सूचकांक भविष्य में हमारे लिए उपयोगी है, इसलिए पूरे बफर के आसपास नहीं चलना चाहिए।
अगला कण आंदोलन की एक साथ प्रक्रिया थी, और VBO (वर्टेक्स बफर ऑब्जेक्ट) भरना। हम सरणी के माध्यम से चलाते हैं, अगर कण जीवित है - हम इसे स्थानांतरित करते हैं और इसे वीबीओ में भरते हैं, अन्यथा हम इसे छोड़ देते हैं। हम पूरे ऐरे को नहीं, बल्कि अंतिम जीवित कण के सूचकांक की जांच करते हैं।
तो VBO तैयार है, इसे प्रस्तुत करें। व्यवहार में (और मेरे पास तब एथलॉन 64 x2 3800 था, यह एक 2.0 हर्ट्ज कोर है), अगर मेरी मेमोरी मुझे सही सेवा देती है, तो 25-30FPS पर लगभग 100-150k कण निकलेंगे, जो असफल है।
इसलिए, हम सहमत हैं कि हमें किसी तरह 750k कणों के साथ चोटी में हेरफेर करने की आवश्यकता है, या एक विकल्प के साथ आना है। इसलिए, हम दूसरे पैनकेक पर जाते हैं।

दूसरा पैनकेक

के विश्लेषण

सबसे पहले मैंने परीक्षण किया, जो वास्तव में अंतिम एफपीएस खाता है। तो, जो लोड स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे हैं:

1. नए कणों का निर्माण / मृत्यु
2. कण गति
3. वर्टेक्स बफर फिल
4. कण प्रस्तुत करना

बेशक, कणों की गति सबसे "बाधित" हो गई। दूसरे स्थान पर नए कणों का निर्माण / मृत्यु थी। तीसरे भरण शीर्ष बफर पर। रेंडर के लिए - तब सब कुछ अनिश्चित था। चूंकि फव्वारे 3 डी में हैं, वे कैमरे से अलग दूरी पर हो सकते हैं, और कणों को गहराई से मापना होगा। यदि कैमरे को ऊपर से नीचे तक निर्देशित किया जाता है, ताकि जेट सीधे कैमरे में टकराए, तो एफपीएस गिर जाएगा। यह समझ में आता है, क्योंकि कण विशाल थे, और भरण दर क्रमशः विशाल थी। सामान्य स्थिति में, किसी ने कभी भी कैमरे को निर्देशित नहीं किया (भविष्य में मैं ऐसे मामलों के लिए भी अनुकूलित किया गया) और व्यावहारिक रूप से एफपीएस को प्रभावित नहीं किया, क्योंकि GPU छवि को अतुल्यकालिक रूप से प्रदर्शित करता है, और सीपीयू समय के दौरान अपने काम से निपटने में कामयाब रहा।

अनुकूलन का प्रयास

पहली बात मैंने विस्थापन के गणित को अनुकूलित करने का फैसला किया। लेकिन गणित इतना सरल था कि वहाँ अनुकूलन करने के लिए व्यावहारिक रूप से कुछ भी नहीं था। कंपाइलर ने इस पूरी चीज़ को asm कोड में पूरी तरह से ऑप्टिमाइज़ किया। फिर यह विचार दो बार सरणी के चारों ओर नहीं चलने के लिए पैदा हुआ, लेकिन कणों को बनाने, स्थानांतरित करने और बफर को एक पास में भरने के लिए। जल्दी से नहीं कहा। लेकिन गति में वृद्धि एक माइक्रोस्कोप के तहत ही देखी जा सकती थी। वर्टेक्स बफर में भरने पर, मेरे लिए कोई अनुकूलन नहीं हुआ। बेशक, आप VBO के लिए और कोने के लिए एक बफर का उपयोग करने की कोशिश कर सकते हैं, लेकिन तब आपको व्यूपोर्ट के पीछे मृत कोने प्रदर्शित करने होंगे, और यह विकल्प मुझे और भी निरोधात्मक लग रहा था। और VBO को पूरा करने का ओवरहेड डरावना था। सैद्धांतिक रूप से (फ्लॉप द्वारा) अभी भी एक बड़ा मार्जिन था, लेकिन उन सिंथेटिक नंबरों के साथ रखना असंभव था।
बेशक, यह माथे पर उसी तरह से हल किया जा सकता है, 4 थ्रेड्स में समानांतर, 4 कोर के साथ सीपीयू प्रोग्राम के लिए न्यूनतम सिस्टम आवश्यकताओं में रखा गया है, और 2.5 गीगाहर्ट्ज की एक कोर आवृत्ति, लेकिन मुझे यह बिल्कुल पसंद नहीं था।

सफल अनुकूलन का प्रयास

तो, आपको कणों की संख्या को कम करने की आवश्यकता है। यह स्पष्ट है कि दूर स्थित फव्वारे को बड़ी संख्या में कणों की आवश्यकता नहीं है। आप कम कणों को थोड़ा बड़ा कर सकते हैं, लेकिन अगर कैमरा फव्वारे के पास तेजी से आता है, तो हमें अधिक कणों को दिखाना चाहिए, सब कुछ तर्कसंगत और समझ में आता है, लेकिन समस्या यह है कि हमें किसी तरह इन अदृश्य कणों को स्थानांतरित करना चाहिए। अन्यथा, जब आ रहा है, हम उन्हें शुरुआती बिंदु पर होगा। और फिर से हम इस तथ्य पर आराम करते हैं कि हमें सीपीयू पर सभी कणों को हेरफेर करने की आवश्यकता है। लेकिन क्या होगा अगर हम कण को ​​बिल्कुल भी स्थानांतरित नहीं करते हैं, लेकिन गति की समीकरण का उपयोग करके इसकी स्थिति की गणना करते हैं।
गति का सरलतम समीकरण: x = x ₀ + v ₀ * t + 0.5 * a * t * t। यह एक बहुत अच्छा विकल्प होगा, अगर एक के लिए नहीं, लेकिन। ग्राहक "हवा के खिलाफ घर्षण" चाहता था, क्योंकि क्षितिज के लिए कम कोण वाले जेट के लिए, सिमुलेशन के दौरान परिणाम वास्तविक परिणाम से बहुत अलग था। चिपचिपा घर्षण F = -bV का बल, एक माध्यम के लिए, बूंदों के आकार और आकार में समान, हम मोटे तौर पर कह सकते हैं कि घर्षण से त्वरण एक = kV है, जहां k एक निश्चित गुणांक है। नतीजतन, गति का हमारा सरल समीकरण एक राक्षस में बदल जाता है (छाया में वर्तमान सूत्र: NewCoord = ((uAirFriction * aVel + G) * (exp (uAirFriction * dt) -1.0 / uAirFriction - G * dt) / uAirFriction + aCoord); और जंगली फार्मूले के बावजूद, मुझे पहले से ही इस तथ्य के कारण एक ठोस प्रदर्शन को बढ़ावा मिला कि मैंने केवल उन शीर्षकों की स्थिति पर विचार किया जो मैं वास्तव में आकर्षित करूंगा। कैमरे से N की दूरी पर स्थित फव्वारे के लिए, हम हर दूसरे कण को ​​लेते हैं, 2N प्रति चौथाई की दूरी पर स्थित फव्वारे आदि के लिए। नतीजतन, हमें 20-30FPS पर 500-700k जीवित कणों के आदेश पर कुछ मिला, जो काफी अच्छा है। दिया गया आंकड़ा वास्तव में बहुत ही अस्थायी था, और सब कुछ फ्रेम में फव्वारे के स्थान पर निर्भर था, लेकिन पूरे प्रदर्शन पर पूरी तरह से जरूरतों को पूरा किया।

तीसरा पैनकेक

इस तथ्य के बावजूद कि कार्य पहले ही पूरा हो गया था, और ग्राहक संतुष्ट था, अपने स्वयं के खेल हित के लिए, मैंने GPU पर गणना को फिर से लिखने का फैसला किया। तो, मुझे शीर्ष बफर के लिए एक रेंडर की आवश्यकता थी। प्रारंभिक मानों (प्रारंभिक स्थिति, प्रारंभिक गति, प्रारंभिक समय, अंतिम समय) के साथ शीर्ष बफ़र पर, हम शीर्ष बफ़र को प्रस्तुत करते हैं जो केवल वर्तमान निर्देशांक संग्रहीत करता है। फिर परिणामी बफर का उपयोग करके, हम कणों को स्वयं प्रस्तुत करते हैं। लूप का एक सरल कार्यान्वयन (दूरी के आधार पर कणों की संख्या को कम किए बिना) ने मेरी GF250 पर 40-50FPS पर कणों की 1kc उपज दी। अब सीपीयू पर हमें केवल एक कण को ​​"जन्म देना" चाहिए, और प्रत्येक फ्रेम के लिए काफी कुछ कण प्राप्त होते हैं। लेकिन दूरी के आधार पर, कणों की एक अलग संख्या बनाने के लिए, यहां इतना तुच्छ नहीं है। आखिरकार, हमें कणों का एक अभिन्न अंग नहीं मिलता है, लेकिन "छेद" (मृत कणों से छेद) के साथ एक सरणी है। मुझे इस मामले के लिए कुछ समाधान दिखाई देते हैं, लेकिन मैंने समय की कमी के कारण इसे लागू करने का प्रबंधन नहीं किया। यदि हेब्रोसोकीटी आगे के कार्यान्वयन को देखने में रुचि रखेगा, तो खाली समय के आगमन के साथ मैं चौथे और पांचवें पेनकेक्स (और यहां तक ​​कि डेमो के साथ) को सेंकने की कोशिश करूंगा।

निष्कर्ष

• कण प्रणालियों में, अड़चन कोई साधन नहीं है, जैसा कि मैंने मूल रूप से सोचा था (मैं नहीं जानता कि एजीपी के लिए कैसे हो सकता है, लेकिन PCIe16 के लिए यह ध्यान देने योग्य नहीं है), लेकिन कणों की गति।
• कण प्रणालियों में भराव दर प्रदर्शन को काफी प्रभावित कर सकती है। इस क्षण को अनुकूलित करने की अनुशंसा की जाती है।
• ऐसे कार्य जिन्हें समानांतर अच्छी तरह से अक्सर GPU पर तेजी से नियंत्रित किया जाता है, और इस तरह की अड़चनों को GPU में स्थानांतरित करना हमेशा बेहतर होता है (लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि GPU माथे पर सब कुछ करने की आवश्यकता है)।
• सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष पहले सोचना है, फिर करना है। पहले मैं कणों की संख्या का अनुमान लगाता हूं - मैं तुरंत अनुकूलन के बारे में सोचूंगा, और बस कोई पहला पैनकेक नहीं होगा।

ps मैं कोड और डेमो की कमी के लिए माफी माँगता हूँ । मैं समझता हूं कि चित्रों को देखना अधिक दिलचस्प है, लेकिन पुराने कोड के संस्करणों को संरक्षित नहीं किया गया है; मैंने लिखा है कि यह मेरी "खोजों" की स्मृति से कहा जा सकता है। तदनुसार, पुराने स्क्रीनशॉट / वीडियो / डेमो नहीं हैं, लेकिन वर्तमान वीडियो ग्राहक की वेबसाइट पर पाया जा सकता है। निम्नलिखित लेखों में मैं खुद को सही करने की कोशिश करूंगा।

युपीडी। उपरोक्त YouTube वीडियो अपलोड किया गया



upd2। गुणवत्ता के नुकसान के बिना स्क्रीन:

ऊपरी स्क्रीन हाइड्रोलिक झटके जोड़ने और इसे और अधिक सुंदर और यथार्थवादी बनाने का एक प्रयास है। मैं प्रदर्शन में मजबूत गिरावट के कारण प्रयास को असफल मानता हूं।
निचली स्क्रीन - उपरोक्त लेख में तीसरा पैनकेक बनाएं।