archi particules
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Jérôme Bousquié
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-296
@@ -1,354 +1,436 @@
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# DRAFT — Étape 27 : PBR Metallic/Roughness + Normal Mapping (Phase 6.5)
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# Étape 28 — Système de Particules : Étape A (Pool)
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> **Objectif** : Créer l'infrastructure GPU du pool de particules (buffer + pipeline render + draw).
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> C'est la brique de base sur laquelle les drivers (GPU/CPU/Manual) seront construits.
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> **Référence** : `docs/tech/ARCHI_PARTICULES.md` (§2, §3, §6, §7, §8.2, §8.3, §12, §13)
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## Contexte
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Le shader actuel (`standard_shader.wgsl`) utilise un modèle d'éclairage simpliste :
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- Diffuse Lambert (`N·L`) + ambient hémisphérique
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- **Aucun terme spéculaire** (pas de Blinn-Phong, pas de Cook-Torrance)
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- Pas de normal mapping
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- Pas d'IBL (Image-Based Lighting)
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La phase 6 "Post-MVP" a couvert les effets post-process (bloom, DoF, fog, MSAA) et le PBR.
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On passe maintenant au **système de particules** — une nouvelle catégorie de fonctionnalité
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(simulation + rendu) qui suit l'architecture Pool ≠ Driver décrite dans `ARCHI_PARTICULES.md`.
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Résultat : les matériaux métalliques ne brillent pas, les surfaces rugueuses ne
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s'assombrissent pas correctement, et les normales ne peuvent pas être sculptées
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via texture. Le saut vers PBR est le plus grand gain visuel restant.
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Les effets restants de la phase 6 (6.6 CSM, 6.7 SSAO, 6.14-6.16 Area lights / Volumetric)
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seront repris **après** le système de particules (phase 7).
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## Objectif
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Remplacer le modèle Lambert par un **PBR Metalness/Roughness** complet :
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- BRDF Cook-Torrance (GGX distribution + Smith visibility + Schlick Fresnel)
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- Workflow Metallic/Roughness (industriel : Unreal, Unity, Blender)
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- Normal mapping (tangent space, tangente dérivée — pas d'attribut tangent)
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- IBL analytique (hémisphère ciel/sol, pas de cubemap)
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- **Rétrocompatibilité** : les matériaux existants (metallic=0, roughness=0.5)
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rendent à peu près comme avant (diffuse + léger spéculaire)
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## Scope de cette étape (A)
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## Décisions
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| Fait | Non fait (étapes suivantes) |
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|------|---------------------------|
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| Struct `Particle` (64 bytes, Pod) | Driver GPU (compute + spawn) — Étape B |
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| `ParticlePoolConfig` + `BlendingMode` | Driver CPU (simulation Rust) — Étape C |
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| `ParticlePool` (buffer + pipeline + bind group) | Driver Manual + handle — Étape D |
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| Pipeline render (billboard instancé) | Intégration Renderer (frame loop) — Étape E |
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| Vertex shader (quad via vertex_index + billboard) | Presets + Example — Étape F |
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| Fragment shader (texture × color) | Tests WGSL + layout — Étape G |
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| Texture par défaut (disque 16×16) | |
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| Méthodes `Scene::create_particle_pool` | |
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| Pool inactif par défaut (zéro draw sans driver) | |
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### D1 — Workflow Metallic/Roughness
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> **Cette étape produit un pool qui EXISTE mais ne draw rien** (pas de driver = pas de count > 0).
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> Le draw sera activé à l'étape E (intégration Renderer). On peut néanmoins tester le pipeline
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> en forçant un count artificiel dans un test.
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## Décisions (rappel de ARCHI_PARTICULES.md)
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| # | Décision | Détail |
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|---|----------|--------|
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| D1 | Pool ≠ Driver | Le pool est la ressource GPU. Le driver est swappable. |
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| D2 | 64 bytes/particule | pos(12)+pad+vel(12)+pad+life+max_life+size+size_growth+angle+angular_vel+color(16) |
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| D3 | Billboard camera-facing | Quad orienté vers la caméra (axes right/up de la view matrix) |
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| D4 | Quad via `@builtin(vertex_index)` | Pas de vertex buffer. 4 sommets générés en shader. |
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| D5 | `draw(4, max_count)` + early-out | Le vertex shader skip les instances au-delà de `count_buffer` |
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| D6 | Blend figé au pipeline | 1 mode par pool (Additive ou Alpha) |
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| D7 | Depth test oui, depth write non | Transparence correcte |
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| D8 | Texture par défaut : disque 16×16 | Si `texture: None` |
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| D9 | Pool inactif si pas de driver | Zéro compute, zéro draw |
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## Fichiers à créer / modifier
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```
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F0 = mix(vec3(0.04), base_color, metallic) // diélectrique: 4% reflexion, métal: albedo
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R = roughness² (GGX alpha)
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lib/src/
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├── core/
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│ ├── mod.rs # + pub mod particles
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│ └── particles.rs # NOUVEAU : ParticlePool + ParticlePoolConfig + BlendingMode
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├── resources/
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│ ├── mod.rs # + re-export Particle
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│ └── particle.rs # NOUVEAU : struct Particle (64 bytes, Pod)
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├── shaders/
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||||
│ ├── mod.rs # + PARTICLE_BILLBOARD_SHADER
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||||
│ └── particle_billboard.wgsl # NOUVEAU : vs_main + fs_main
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├── scene/
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||||
│ └── scene.rs # + particle_pools: HashMap<String, Arc<ParticlePool>>
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||||
│ # + create_particle_pool()
|
||||
└── prelude.rs # + re-exports
|
||||
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lib/tests/
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||||
└── wgsl_validate.rs # + test particle_billboard
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||||
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lib/examples/
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└── particles.rs # (Étape F, pas cette étape)
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```
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- `metallic ∈ [0, 1]` : 0 = diélectrique (dielectric), 1 = métal pur
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- `roughness ∈ [0, 1]` : 0 = miroir, 1 = totalement rugueux
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||||
- Le `base_color` existant sert d'albedo (déjà présent via texture + vertex color)
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- **Pas de Specular/Glossiness** (workflow obsolète)
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### D2 — Où stocker metallic/roughness
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## Détail des implémentations
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Dans le **padding de `ObjectUniform`** (offset 80-87, juste après `emissive` à 64-79) :
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### 1. `resources/particle.rs`
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```rust
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// WGSL:
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struct ObjectUniform {
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model: mat4x4<f32>, // 64 bytes (offset 0)
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||||
emissive: vec4<f32>, // 16 bytes (offset 64)
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||||
pbr: vec4<f32>, // 16 bytes (offset 80): (metallic, roughness, 0, 0)
|
||||
// ... padding jusqu'à 256 bytes
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||||
};
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||||
```
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||||
use bytemuck::{Pod, Zeroable};
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- **Aucune modification du compute shader** (il n'écrit que bytes 0-63)
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- Ecrit via `queue.write_buffer` au moment du frame update (comme l'emissive)
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- `Material` gagne 2 champs : `metallic: f32`, `roughness: f32`
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### D3 — Nouveau point d'entrée shader `fs_pbr`
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Le PBR est **plus complexe** que le Lambert actuel. Plutôt que de modifier
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`fs_main` en place (risque de régression), on ajoute un **deuxième point
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d'entrée fragment** `fs_pbr` dans le même module WGSL :
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```
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||||
@fragment fn fs_main(...) → Lambert (existant, pour rétrocompatibilité)
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||||
@fragment fn fs_pbr(...) → PBR Cook-Torrance (nouveau)
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```
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La sélection est **compile-time** via le `shader_id` :
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- `Material::new(format, "standard", cache)` → pipeline avec `fs_main` (Lambert)
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- `Material::pbr(format, cache)` → pipeline avec `fs_pbr` (PBR)
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Le vertex shader est **partagé** entre les deux (même `vs_main`).
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### D4 — Normal mapping par tangente dérivée
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**Pas d'attribut tangent** dans le vertex buffer (casserait tous les meshes existants).
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On utilise la méthode des **dérivées ecran-space** (mipmapped derivative tangent) :
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```wgsl
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// Dans le fragment shader :
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||||
let dpdx = dFdx(world_pos);
|
||||
let dpdy = dFdy(world_pos);
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||||
let dwdx = dFdx(uv);
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||||
let dwdy = dFdy(uv);
|
||||
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||||
let tangent = normalize(dpdx * dwdy.y - dpdy * dwdx.y);
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||||
let bitangent = normalize(cross(n, tangent));
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let tbn = mat3x3<f32>(tangent, bitangent, n);
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```
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Avantages :
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- Zéro changement de format vertex
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- Fonctionne avec n'importe quel mesh existant
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- Moins précis qu'un tangent explicite (artefacts possibles sur UV dégénérés)
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- Suffisant pour un premier PBR
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Le normal map est échantillonné dans `@group(2) @binding(2)` (nouveau binding) :
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```
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vec3 nmap = textureSample(normal_texture, normal_sampler, uv).rgb * 2.0 - 1.0;
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vec3 n_pbr = normalize(tbn * nmap);
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```
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Sans normal map → placeholder blanc (128,128,255) → `nmap = (0,0,1)` → `n_pbr = n` (aucun changement).
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### D5 — IBL analytique (hémisphère)
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Pas de cubemap pour cette étape. L'IBL est approximé par un **hémisphère 2 couleurs** :
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```wgsl
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// Sky/ground colors from frame.ambient (déjà présent)
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let ibl_dir = n; // direction de la normale (view space ou world)
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let ibl_sky = frame.ambient.rgb; // couleur "ciel"
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let ibl_ground = frame.ambient.rgb * 0.3; // couleur "sol" (assombrie)
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let ibl_color = mix(ibl_ground, ibl_sky, ibl_dir.y * 0.5 + 0.5);
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// Specular IBL : approximation pré-filtrée par roughness
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// (réalité : cubemap pré-filtrée par mip ; ici : simple interpolation)
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let spec_ibl = mix(ibl_color, vec3<f32>(1.0), 0.5 * (1.0 - roughness));
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```
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C'est une approximation grossière mais suffisante pour :
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- Donner du "remplissage" aux zones non éclairées par les lumières ponctuelles
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- Faire varier le spéculaire IBL selon la roughness (mirroir = brillant, rugueux = mat)
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### D6 — BRDF Cook-Torrance (GGX)
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```wgsl
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fn distribution_ggx(n: vec3<f32>, h: vec3<f32>, roughness: f32) -> f32 {
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let a = roughness * roughness;
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||||
let a2 = a * a;
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||||
let ndh = max(dot(n, h), 0.0);
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||||
let d = ndh * ndh * (a2 - 1.0) + 1.0;
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||||
return a2 / (3.14159 * d * d);
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/// 64 bytes per particle. Mirror of the WGSL `Particle` struct.
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#[repr(C)]
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||||
#[derive(Copy, Clone, Pod, Zeroable, Default)]
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||||
pub struct Particle {
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||||
pub pos: [f32; 3], // offset 0
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||||
pub _pad0: f32, // offset 12
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||||
pub vel: [f32; 3], // offset 16
|
||||
pub _pad1: f32, // offset 28
|
||||
pub life: f32, // offset 32
|
||||
pub max_life: f32, // offset 36
|
||||
pub size: f32, // offset 40
|
||||
pub size_growth: f32, // offset 44
|
||||
pub angle: f32, // offset 48
|
||||
pub angular_vel: f32, // offset 52
|
||||
pub color: [f32; 4], // offset 56
|
||||
}
|
||||
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||||
fn geometry_smith(n: vec3<f32>, v: vec3<f32>, l: vec3<f32>, roughness: f32) -> f32 {
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||||
let a = roughness * roughness;
|
||||
let kv = vec2<f32>(0.5, 0.5);
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||||
let gv = n.y / (n.y * (1.0 - kv.y) + kv.x); // note: n.y ≈ |N·V| pour hémisphère local
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||||
let kv2 = vec2<f32>(0.5, 0.5);
|
||||
let gl = n.y / (n.y * (1.0 - kv2.y) + kv2.x);
|
||||
return gv * gl;
|
||||
}
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||||
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||||
fn fresnel_schlick(cos_theta: f32, f0: vec3<f32>) -> vec3<f32> {
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||||
return f0 + (vec3<f32>(1.0) - f0) * pow(1.0 - cos_theta, 5.0);
|
||||
}
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||||
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||||
fn brdf_pbr(n: vec3<f32>, v: vec3<f32>, l: vec3<f32>,
|
||||
base: vec3<f32>, metallic: f32, roughness: f32) -> vec3<f32> {
|
||||
let h = normalize(v + l);
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||||
let f0 = mix(vec3<f32>(0.04), base, metallic);
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||||
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||||
let d = distribution_ggx(n, h, roughness);
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||||
let g = geometry_smith(n, v, l, roughness);
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||||
let f = fresnel_schlick(max(dot(h, v), 0.0), f0);
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||||
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||||
let ndl = max(dot(n, l), 0.0);
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||||
let ndv = max(dot(n, v), 0.0);
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||||
let ndh = max(dot(n, h), 0.0);
|
||||
let hv = max(dot(h, v), 0.0);
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||||
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||||
// Diffuse : Lambert × (1 - metallic) × (1 - F_D90)
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||||
let kd = (vec3<f32>(1.0) - f) * (1.0 - metallic);
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||||
let diffuse = kd * base / 3.14159;
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||||
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||||
// Speculaire : D × G × F / (4 × N·V × N·L)
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||||
let denom = 4.0 * ndv * ndl + 1e-4;
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||||
let specular = d * g * f / denom;
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||||
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||||
let radiance = (diffuse + specular) * base * ndl; // base = light color × intensity
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||||
return radiance;
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||||
impl Particle {
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||||
pub const SIZE: u64 = std::mem::size_of::<Self>() as u64; // must be 64
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||||
}
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||||
```
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||||
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||||
### D7 — Structure du fragment PBR
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||||
**Test** : `assert_eq!(size_of::<Particle>(), 64)`, `assert_eq!(align_of::<Particle>(), 16)`.
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||||
### 2. `core/particles.rs`
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||||
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||||
```rust
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pub enum BlendingMode {
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||||
Additive,
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||||
Alpha,
|
||||
}
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||||
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||||
pub struct ParticlePoolConfig {
|
||||
pub max_count: u32,
|
||||
pub texture: Option<String>, // ID dans scene.textures
|
||||
pub blending: BlendingMode,
|
||||
}
|
||||
|
||||
pub struct ParticlePool {
|
||||
pub(crate) buffer: wgpu::Buffer,
|
||||
pub(crate) pipeline: wgpu::RenderPipeline,
|
||||
pub(crate) bind_group: wgpu::BindGroup,
|
||||
pub(crate) sampler: wgpu::Sampler,
|
||||
pub(crate) count_buffer: wgpu::Buffer,
|
||||
pub max_count: u32,
|
||||
pub blending: BlendingMode,
|
||||
// Driver (Étape B/C/D) :
|
||||
pub(crate) driver: Option<Box<dyn ParticleDriver>>,
|
||||
pub(crate) active: bool,
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
**Construit** par `Scene::create_particle_pool` qui a accès au `device`, `queue`,
|
||||
`format`, et aux textures. Le pipeline est compilé immédiatement.
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||||
|
||||
### 3. `shaders/particle_billboard.wgsl`
|
||||
|
||||
```wgsl
|
||||
// Particle billboard shader (vertex + fragment).
|
||||
// Quad generated via @builtin(vertex_index) — no vertex buffer.
|
||||
// Instance data read from storage buffer.
|
||||
|
||||
struct Particle {
|
||||
pos: vec3<f32>, pad0: f32,
|
||||
vel: vec3<f32>, pad1: f32,
|
||||
life: f32, max_life: f32,
|
||||
size: f32, size_growth: f32,
|
||||
angle: f32, angular_vel: f32,
|
||||
color: vec4<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct CameraParams {
|
||||
view: mat4x4<f32>,
|
||||
proj: mat4x4<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct VsOut {
|
||||
@builtin(position) clip: vec4<f32>,
|
||||
@location(0) frag_color: vec4<f32>,
|
||||
@location(1) uv: vec2<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
@group(0) @binding(0) var<uniform> camera: CameraParams;
|
||||
@group(0) @binding(1) var<storage, read> particles: array<Particle>;
|
||||
@group(0) @binding(2) var<uniform> count_buf: f32;
|
||||
|
||||
const QUAD: array<vec2<f32>, 4> = array<vec2<f32>, 4>(
|
||||
vec2(-0.5, -0.5),
|
||||
vec2( 0.5, -0.5),
|
||||
vec2( 0.5, 0.5),
|
||||
vec2(-0.5, 0.5),
|
||||
);
|
||||
|
||||
@vertex
|
||||
fn vs_main(
|
||||
@builtin(vertex_index) vi: u32,
|
||||
@builtin(instance_index) ii: u32,
|
||||
) -> VsOut {
|
||||
var out: VsOut;
|
||||
|
||||
if f32(ii) >= count_buf {
|
||||
out.clip = vec4(0.0, 0.0, -2.0, 1.0);
|
||||
out.frag_color = vec4(0.0);
|
||||
out.uv = vec2(0.0);
|
||||
return out;
|
||||
}
|
||||
|
||||
let p = particles[ii];
|
||||
let q = QUAD[vi];
|
||||
|
||||
let c = cos(p.angle);
|
||||
let s = sin(p.angle);
|
||||
let rot = vec2(q.x * c - q.y * s, q.x * s + q.y * c) * p.size;
|
||||
|
||||
let right = vec3(camera.view[0][0], camera.view[1][0], camera.view[2][0]);
|
||||
let up = vec3(camera.view[0][1], camera.view[1][1], camera.view[2][1]);
|
||||
|
||||
let world = p.pos + right * rot.x + up * rot.y;
|
||||
out.clip = camera.proj * camera.view * vec4(world, 1.0);
|
||||
out.frag_color = p.color;
|
||||
out.uv = q + vec2(0.5);
|
||||
return out;
|
||||
}
|
||||
|
||||
@group(0) @binding(3) var samp: sampler;
|
||||
@group(0) @binding(4) var tex: texture_2d<f32>;
|
||||
|
||||
@fragment
|
||||
fn fs_pbr(in: VertexOutput) -> @location(0) vec4<f32> {
|
||||
let texel = textureSample(diffuse_texture, texture_sampler, in.uv);
|
||||
let base = texel.rgb * in.color.rgb;
|
||||
|
||||
// Unlit mode (même que fs_main)
|
||||
if (frame.options.x != 0u) {
|
||||
let emissive_contrib = base * object.emissive.rgb * object.emissive.a;
|
||||
return vec4<f32>(apply_fog(base + emissive_contrib, in.world_pos), in.color.a);
|
||||
}
|
||||
|
||||
let metallic = object.pbr.x;
|
||||
let roughness = clamp(object.pbr.y, 0.045, 1.0); // min 0.045 (évite division par 0)
|
||||
|
||||
// Normal mapping (derivative tangent)
|
||||
let n = compute_pbr_normal(in); // inclut le normal map si présent
|
||||
|
||||
let v = normalize(frame.cam_pos - in.world_pos);
|
||||
var color = vec3<f32>(0.0);
|
||||
|
||||
// IBL (hémisphère analytique)
|
||||
let ibl = compute_ibl(n, roughness, base, metallic);
|
||||
color += ibl;
|
||||
|
||||
// Lumières directionnelles
|
||||
for (var i = 0u; i < frame.num_directional; i++) {
|
||||
let l = normalize(frame.lights[i].position_dir.xyz);
|
||||
let light_color = frame.lights[i].color.rgb * frame.lights[i].color.a;
|
||||
color += brdf_pbr(n, v, l, base, metallic, roughness) * light_color
|
||||
* compute_shadow(in.world_pos, n);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// Lumières ponctuelles + spots (même pattern, avec falloff)
|
||||
// ...
|
||||
|
||||
// Emissive
|
||||
let emissive_contrib = base * object.emissive.rgb * object.emissive.a;
|
||||
let final_rgb = color + emissive_contrib;
|
||||
return vec4<f32>(apply_fog(final_rgb, in.world_pos), in.color.a);
|
||||
fn fs_main(in: VsOut) -> @location(0) vec4<f32> {
|
||||
let t = textureSample(tex, samp, in.uv);
|
||||
return in.frag_color * t;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### D8 — Texture normal map : nouveau binding `@group(2) @binding(2)`
|
||||
### 4. Bind group layout (render)
|
||||
|
||||
Le `@group(2)` actuel a 2 bindings (sampler + diffuse texture). On ajoute :
|
||||
```
|
||||
@group(2) @binding(2) var normal_texture: texture_2d<f32>;
|
||||
@group(2) @binding(3) var normal_sampler: sampler;
|
||||
```
|
||||
| Binding | Type | Contenu | Visibility |
|
||||
|---------|------|---------|------------|
|
||||
| 0 | Uniform (min 112 B) | CameraParams (view + proj) | VERTEX |
|
||||
| 1 | Storage (RO) | particle_data | VERTEX |
|
||||
| 2 | Uniform (min 4 B) | count_buffer | VERTEX |
|
||||
| 3 | Sampler | Sampler | FRAGMENT |
|
||||
| 4 | Texture (2D) | Texture particule | FRAGMENT |
|
||||
|
||||
- Sans normal map → placeholder (128,128,255) = normale neutre → aucun effet
|
||||
- Le `Material` gagne un champ `normal_texture: Option<Arc<Texture>>`
|
||||
- Le bind group group-2 est reconstruit avec la normal map (ou le placeholder)
|
||||
- **Le pipeline layout est le même** pour `fs_main` et `fs_pbr` (mêmes bindings)
|
||||
→ la PipelineCache peut partager le layout
|
||||
|
||||
### D9 — `Material::pbr()` constructor
|
||||
### 5. Pipeline descriptor
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
impl Material {
|
||||
/// Crée un matériau PBR avec metallic/roughness.
|
||||
pub fn pbr(
|
||||
format: wgpu::TextureFormat,
|
||||
shader_id: &str, // "pbr"
|
||||
metallic: f32,
|
||||
roughness: f32,
|
||||
cache: &mut PipelineCache,
|
||||
) -> Self { ... }
|
||||
|
||||
/// Avec texture albedo + normal map.
|
||||
pub fn pbr_textured(
|
||||
format: wgpu::TextureFormat,
|
||||
shader_id: &str,
|
||||
metallic: f32,
|
||||
roughness: f32,
|
||||
albedo: Option<Arc<Texture>>,
|
||||
normal_map: Option<Arc<Texture>>,
|
||||
cache: &mut PipelineCache,
|
||||
) -> Self { ... }
|
||||
wgpu::RenderPipelineDescriptor {
|
||||
vertex: wgpu::VertexStage {
|
||||
module: shader,
|
||||
entry_point: "vs_main",
|
||||
buffers: &[], // PAS de vertex buffer
|
||||
},
|
||||
fragment: Some(wgpu::FragmentStage {
|
||||
module: shader,
|
||||
entry_point: "fs_main",
|
||||
}),
|
||||
primitive: wgpu::PrimitiveState {
|
||||
topology: wgpu::PrimitiveTopology::TriangleList,
|
||||
// Indices : pas de index buffer → on utilise draw(4, N)
|
||||
// MAIS : 4 sommets sans indices = 2 triangles ? NON.
|
||||
// draw(4, N) drawe 4 triangles (4 indices implicites 0,1,2,3) = 1 triangle + 1 degénéré.
|
||||
// IL FAUT un index buffer ! Ou utiliser draw_indexed.
|
||||
// → Voir GOTCHA ci-dessous.
|
||||
..Default::default()
|
||||
},
|
||||
color_states: [wgpu::ColorState {
|
||||
format,
|
||||
alpha_blend: blend_alpha,
|
||||
color_blend: blend_color,
|
||||
write_mask: wgpu::ColorWrites::ALL,
|
||||
}],
|
||||
depth_stencil: Some(wgpu::DepthStencilState {
|
||||
format: depth_format,
|
||||
depth_write_enabled: false,
|
||||
depth_compare: wgpu::CompareFunction::LessEqual,
|
||||
..Default::default()
|
||||
}),
|
||||
multisample,
|
||||
..
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### D10 — Rétrocompatibilité
|
||||
### ⚠️ GOTCHA : Topologie du quad billboard
|
||||
|
||||
- `Material::new()` (existant) → pipeline `fs_main` (Lambert) → **inchangé**
|
||||
- `Material::pbr()` (nouveau) → pipeline `fs_pbr` (PBR) → nouveau
|
||||
- Les deux pipelines coexistent dans la PipelineCache
|
||||
- Les examples existants (demo, bloom, fog, dof, etc.) continuent à utiliser `Material::new()`
|
||||
- **Aucune régression** : le shader `fs_main` n'est pas modifié
|
||||
**Problème** : `draw(4, N)` sans index buffer drawe 4 **vertices** en `TriangleList`,
|
||||
ce qui fait 4/3 = 1 triangle + 1 vertex orphelin. Ce n'est PAS un quad.
|
||||
|
||||
### D11 — Pipeline layout : 1 seul layout pour les 2 entry points
|
||||
**Solutions** :
|
||||
|
||||
`fs_main` et `fs_pbr` lisent les **mêmes bindings** :
|
||||
- `@group(0)`: FrameUniforms
|
||||
- `@group(1)`: ObjectUniform
|
||||
- `@group(2)`: sampler + diffuse + normal_sampler + normal_texture
|
||||
| Option | Pro | Contre |
|
||||
|--------|-----|--------|
|
||||
| A : `draw(6, N)` + 6 sommets (quad = 2 tris, 6 verts) | Pas d'index buffer | 6 vertices au lieu de 4 (2 dupliqués) |
|
||||
| B : Index buffer (6 indices) + `draw_indexed(6, N, 0, 0)` | 4 vertices seulement | 1 petit buffer index (24 bytes) partagé |
|
||||
| C : `@builtin(vertex_index)` avec 6 values dans le const | Pas d'index buffer, pas de vertex buffer | Le const a 6 entries au lieu de 4 |
|
||||
|
||||
Un seul `BindGroupLayout` couvre les deux. La PipelineCache crée 2 pipelines
|
||||
(même layout, entry points différents) → partage du layout = zéro overhead supplémentaire.
|
||||
**Décision : Option C** — 6 entries dans le const QUAD, `draw(6, max_count)`.
|
||||
|
||||
### D12 — ObjectUniform : écriture du PBR data
|
||||
```wgsl
|
||||
// 6 entries = 2 triangles (0-1-2, 3-4-5) formant un quad
|
||||
const QUAD: array<vec2<f32>, 6> = array<vec2<f32>, 6>(
|
||||
vec2(-0.5, -0.5), // 0
|
||||
vec2( 0.5, -0.5), // 1
|
||||
vec2( 0.5, 0.5), // 2
|
||||
vec2(-0.5, -0.5), // 3
|
||||
vec2( 0.5, 0.5), // 4
|
||||
vec2(-0.5, 0.5), // 5
|
||||
);
|
||||
```
|
||||
|
||||
Dans `render_scene`, l'écriture de l'emissive est déjà faite par `queue.write_buffer`
|
||||
à l'offset 64. On ajoute l'écriture de `pbr` à l'offset 80 :
|
||||
→ `draw(6, max_count)`. Pas de vertex buffer, pas d'index buffer. Cohérent avec
|
||||
le pattern fullscreen triangle du TM/bloom (qui utilise `draw(3, 1)`).
|
||||
|
||||
### 6. Texture par défaut (disque 16×16)
|
||||
|
||||
Générée en Rust au build du pool (si `config.texture == None`) :
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
// Étape 27 : PBR params (metallic, roughness) dans le padding de ObjectUniform.
|
||||
if mat.metallic != 0.0 || mat.roughness != 0.5 {
|
||||
let pbr_data: [f32; 4] = [mat.metallic, mat.roughness, 0.0, 0.0];
|
||||
let offset = (slot.slot_index as u64 * MAT_SLOT_SIZE + 80) as u64;
|
||||
self.queue.write_buffer(&self.matrix_buffer, offset, bytemuck::cast_slice(&pbr_data));
|
||||
fn default_disc_texture() -> Vec<u8> {
|
||||
let size = 16;
|
||||
let mut data = vec![0u8; size * size * 4];
|
||||
let center = (size as f32 - 1.0) / 2.0;
|
||||
for y in 0..size {
|
||||
for x in 0..size {
|
||||
let dx = (x as f32 - center) / center;
|
||||
let dy = (y as f32 - center) / center;
|
||||
let dist = (dx * dx + dy * dy).sqrt();
|
||||
let alpha = (1.0 - dist).clamp(0.0, 1.0) as u8 * 255;
|
||||
let i = (y * size + x) * 4;
|
||||
data[i] = 255; // R
|
||||
data[i+1] = 255; // G
|
||||
data[i+2] = 255; // B
|
||||
data[i+3] = alpha; // A
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
data
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
Par défaut (metallic=0, roughness=0.5) → pas d'écriture → le buffer contient 0.0
|
||||
(le buffer est alloué avec `COPY_DST` et initialisé à zéro) → **c'est correct** :
|
||||
metallic=0 (diélectrique) et roughness=0.0...
|
||||
### 7. `Scene::create_particle_pool`
|
||||
|
||||
Hmm, roughness=0.0 est un problème (GGX avec alpha=0 → division par zéro).
|
||||
**Solution** : clamer `roughness = max(roughness, 0.045)` dans le shader (déjà prévu en D7).
|
||||
Le buffer initialisé à 0 → roughness=0 → clampé à 0.045 dans le shader → OK.
|
||||
```rust
|
||||
impl Scene {
|
||||
pub fn create_particle_pool(&mut self, id: &str, config: ParticlePoolConfig) -> Result<(), String> {
|
||||
if self.particle_pools.contains_key(id) {
|
||||
return Err(format!("particle pool '{}' already exists", id));
|
||||
}
|
||||
// Résoudre la texture
|
||||
let (texture_view, sampler, is_owned) = match &config.texture {
|
||||
Some(tex_id) => {
|
||||
let tex = self.textures.get(tex_id)
|
||||
.ok_or_else(|| format!("texture '{}' not found", tex_id))?;
|
||||
(tex.view.clone(), tex.sampler.clone(), false)
|
||||
}
|
||||
None => {
|
||||
// Créer la texture disque 16×16
|
||||
let (view, sampler) = self.gpu.create_default_disc_texture();
|
||||
(view, sampler, true)
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
// Construire le pool (buffer + pipeline + bind group)
|
||||
let pool = ParticlePool::new(
|
||||
&self.gpu.device,
|
||||
&self.gpu.queue,
|
||||
self.gpu.format,
|
||||
self.gpu.depth_format,
|
||||
self.gpu.msaa,
|
||||
&config,
|
||||
texture_view,
|
||||
sampler,
|
||||
);
|
||||
self.particle_pools.insert(id.to_string(), Arc::new(pool));
|
||||
Ok(())
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### D13 — Example `pbr.rs`
|
||||
### 8. Prelude
|
||||
|
||||
Scène de démonstration :
|
||||
- **Sol** : plan 20×20, PBR (metallic=0, roughness=0.8) — surface matte
|
||||
- **Cube métal** : metallic=1.0, roughness=0.1 — miroir chromé
|
||||
- **Cube plastique** : metallic=0.0, roughness=0.4 — plastique lisse
|
||||
- **Cube rouillé** : metallic=0.8, roughness=0.7 — métal rugueux
|
||||
- **Sphere** : metallic=0.3, roughness=0.3 — céramique
|
||||
- **Cube normal map** : avec une normal map procédurale (bump)
|
||||
- 1 lumière directionnelle + 1 spot
|
||||
- Clavier : `R` = reset, `1` = varier roughness, `2` = varier metallic
|
||||
```rust
|
||||
// Dans prelude.rs :
|
||||
pub use crate::core::particles::{ParticlePoolConfig, BlendingMode};
|
||||
pub use crate::resources::particle::Particle;
|
||||
```
|
||||
|
||||
### D14 — Normal map procédurale pour l'exemple
|
||||
---
|
||||
|
||||
Générer une texture normal map 256×256 en code (pas de fichier externe) :
|
||||
- Pattern "bump" : sin(x*freq) * sin(y*freq) → normale perturbée
|
||||
- Ou pattern "bricks" : normales plates avec arêtes
|
||||
- Stockée dans un `wgpu::Texture` via `queue.write_texture`
|
||||
## Blend states
|
||||
|
||||
## Étapes d'implémentation
|
||||
| Mode | color_ops.src | color_ops.dst | alpha_ops.src | alpha_ops.dst |
|
||||
|------|--------------|--------------|---------------|---------------|
|
||||
| **Additive** | One | One | One | One |
|
||||
| **Alpha** | SrcAlpha | OneMinusSrcAlpha | One | OneMinusSrcAlpha |
|
||||
|
||||
| # | Tâche | Fichiers |
|
||||
|---|-------|----------|
|
||||
| 1 | `Material` : ajouter `metallic`, `roughness`, `normal_texture` + constructors `pbr()`/`pbr_textured()` | `resources/material.rs` |
|
||||
| 2 | `ObjectUniform` WGSL : ajouter `pbr: vec4<f32>` (offset 80) | `shaders/standard_shader.wgsl` |
|
||||
| 3 | Écrire le BRDF Cook-Torrance (GGX + Smith + Schlick) en WGSL | `shaders/standard_shader.wgsl` |
|
||||
| 4 | Écrire `fs_pbr` (IBL + boucle lumières + normal map) | `shaders/standard_shader.wgsl` |
|
||||
| 5 | Normal map bindings `@group(2) @binding(2,3)` + placeholder | `shaders/standard_shader.wgsl` + `pipeline_cache.rs` |
|
||||
| 6 | PipelineCache : créer pipeline `fs_pbr` (même layout, entry point différent) | `pipeline/pipeline_cache.rs` |
|
||||
| 7 | Renderer : écrire `pbr` data dans ObjectUniform (offset 80) | `core/renderer.rs` |
|
||||
| 8 | Bind group group-2 : inclure normal map (ou placeholder) | `resources/material.rs` |
|
||||
| 9 | WGSL validation test : vérifier que `fs_pbr` parsse | `tests/wgsl_validate.rs` |
|
||||
| 10 | Example `pbr.rs` : scène de démo + normal map procédurale | `examples/pbr.rs` |
|
||||
| 11 | Docs : examples/README.md + docs/user/pbr.md + ROADMAP | divers |
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Risques et mitigations
|
||||
## Tests
|
||||
|
||||
| Risque | Mitigation |
|
||||
|--------|-----------|
|
||||
| GGX avec roughness≈0 → NaN | Clamp `roughness ≥ 0.045` dans le shader |
|
||||
| Dérivées ecran-space instables sur UV dégénérés (poles, seams) | Acceptable pour v1 ; tangent explicite en v2 |
|
||||
| Le PBR est "trop sombre" vs Lambert | Le `base/π` dans le diffuse PBR assombrit ; compenser par lumière plus intense ou exposure |
|
||||
| Normal map placeholder (128,128,255) → artefacts sur certains angles | Le mat3 TBN est orthonormalisé par `normalize` ; acceptable |
|
||||
| 2 pipelines (fs_main + fs_pbr) → mémoire GPU | ~2 pipelines × ~50KB = négligeable |
|
||||
### Unit tests (`particles.rs`)
|
||||
|
||||
| Test | Vérifie |
|
||||
|------|---------|
|
||||
| `particle_size_is_64` | `size_of::<Particle>() == 64` |
|
||||
| `particle_align_is_16` | `align_of::<Particle>() == 16` |
|
||||
| `particle_offsets` | Offsets de chaque champ |
|
||||
| `pool_config_default_max_count` | Valeur raisonnable |
|
||||
| `default_disc_texture_size` | 16×16×4 bytes |
|
||||
| `default_disc_center_is_opaque` | Center pixel alpha = 255 |
|
||||
| `default_disc_corner_is_transparent` | Corner pixel alpha = 0 |
|
||||
|
||||
### WGSL validation (`wgsl_validate.rs`)
|
||||
|
||||
| Test | Vérifie |
|
||||
|------|---------|
|
||||
| `particle_billboard_compiles` | Naga compile le shader |
|
||||
| `particle_billboard_entry_points` | Contient `vs_main` + `fs_main` |
|
||||
| `particle_billboard_no_compute` | Pas d'entry point compute (cette étape) |
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Vérification de non-régression
|
||||
|
||||
- [ ] `cargo check -p wsg-lib --all-targets` → 0 errors, 0 warnings
|
||||
- [ ] `cargo test -p wsg-lib` → tous les tests existants passent (127+)
|
||||
- [ ] Les examples existants (demo, pbr, bloom, etc.) compilent et fonctionnent
|
||||
- [ ] Aucun changement dans `renderer.rs` (le pool n'est pas encore intégré au frame loop)
|
||||
- [ ] `Scene` a un nouveau champ `particle_pools` mais il est vide par défaut → zéro coût
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Critères d'acceptation
|
||||
|
||||
- [ ] `Material::pbr(format, "pbr", metallic, roughness, cache)` compile et rend
|
||||
- [ ] Un cube metallic=1, roughness=0.1 a un reflet spéculaire net (miroir)
|
||||
- [ ] Un cube metallic=0, roughness=0.9 a un spéculaire large et diffus (mat)
|
||||
- [ ] Un cube avec normal map montre des bumps visibles
|
||||
- [ ] Les examples existants (demo, bloom, fog, dof) sont **inchangés** (fs_main)
|
||||
- [ ] `cargo test --workspace` : 0 failures
|
||||
- [ ] `cargo check -p wsg-lib --all-targets` : 0 warnings
|
||||
1. ✅ `Particle` compile, 64 bytes, Pod, offsets corrects
|
||||
2. ✅ `particle_billboard.wgsl` compile par Naga (test WGSL)
|
||||
3. ✅ `ParticlePool::new` crée buffer + pipeline + bind group sans erreur
|
||||
4. ✅ La texture disque 16×16 est générée correctement
|
||||
5. ✅ `Scene::create_particle_pool` fonctionne (test unitaire avec mock device)
|
||||
6. ✅ Le pool est inactif (pas de draw) tant qu'aucun driver n'est attaché
|
||||
7. ✅ Zéro warning, tous les tests verts
|
||||
8. ✅ Prelude expose les types
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Étape suivante (B)
|
||||
|
||||
Driver GPU : compute shader `particle_update.wgsl` + `GpuEmitterConfig` +
|
||||
spawn CPU + dispatch + `Scene::attach_gpu_emitter`.
|
||||
|
||||
+23
-1
@@ -57,9 +57,11 @@ Ce document est la **vue d'ensemble de progression**. Chaque étape a son DRAFT
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Phase 6 — Post-MVP ⬜
|
||||
## Phase 6 — Post-MVP (effets) 🔶
|
||||
|
||||
> Au-delà du scope initial. Chaque item est opt-in et indépendant.
|
||||
> **Note** : la phase 6 est mise en pause pendant la phase 7 (particules).
|
||||
> Les items restants (6.6, 6.7, 6.14-6.16) seront repris après.
|
||||
|
||||
| # | Item | Impact visuel | Effort | Statut |
|
||||
|---|------|:---:|:---:|:---:|
|
||||
@@ -88,6 +90,26 @@ Ce document est la **vue d'ensemble de progression**. Chaque étape a son DRAFT
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Phase 7 — Système de Particules 🔄
|
||||
|
||||
> Nouvelle catégorie : simulation + rendu de particules (VFX).
|
||||
> Architecture : **Pool ≠ Driver** (`docs/tech/ARCHI_PARTICULES.md`).
|
||||
> 3 drivers possibles : GPU (compute), CPU (simulation Rust), Manual (full control).
|
||||
|
||||
| # | Item | Impact visuel | Effort | Statut |
|
||||
|---|------|:---:|:---:|:---:|
|
||||
| 7.1 | **Pool** (buffer 64B×N + pipeline billboard + texture + draw) | — | Moyen | ⬜ ← **en cours** |
|
||||
| 7.2 | **Driver GPU** (compute update + spawn CPU + GpuEmitterConfig) | ⭐⭐⭐⭐ | Élevé | ⬜ |
|
||||
| 7.3 | **Driver CPU** (simulation Rust + upload + custom_force) | ⭐⭐⭐ | Moyen | ⬜ |
|
||||
| 7.4 | **Driver Manual** (handle direct sur le buffer) | ⭐⭐ | Faible | ⬜ |
|
||||
| 7.5 | **Intégration Renderer** (frame loop, order, multi-pools) | — | Moyen | ⬜ |
|
||||
| 7.6 | **Presets + Example** (fire, smoke, rain, explosion, snow, sparkles) | ⭐⭐⭐⭐ | Moyen | ⬜ |
|
||||
| 7.7 | **Tests** (WGSL validate + layout + pool + drivers) | — | Faible | ⬜ |
|
||||
|
||||
> **Après la phase 7** : reprise des items phase 6 restants (6.6 CSM, 6.7 SSAO, 6.14-6.16).
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## Liens
|
||||
|
||||
- **Prochaine étape** : [DRAFT.md](DRAFT.md) (détail de l'étape en cours, remplacée à chaque itération)
|
||||
|
||||
@@ -0,0 +1,959 @@
|
||||
# Architecture du Système de Particules (GPU)
|
||||
|
||||
> Document de référence pour l'implémentation.
|
||||
> Statut : **DESIGN FINAL** — base pour les DRAFT d'implémentation.
|
||||
> Principe directeur : **Pool ≠ Driver**. La ressource GPU (pool) est séparée du mécanisme de simulation (driver).
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 1. Vue d'ensemble
|
||||
|
||||
```
|
||||
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
|
||||
│ SCÈNE │
|
||||
│ │
|
||||
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
|
||||
│ │ PARTICLE POOL (ressource GPU, créée une fois) │ │
|
||||
│ │ │ │
|
||||
│ │ • Buffer storage (N × 64 bytes) │ │
|
||||
│ │ • Pipeline render (billboard instancé) │ │
|
||||
│ │ • Texture + Sampler + Blending mode │ │
|
||||
│ │ • Draw call (instanced, 1 par frame) │ │
|
||||
│ │ │ │
|
||||
│ │ Rôle : STOCKER + AFFICHER │ │
|
||||
│ ├───────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │
|
||||
│ │ DRIVER (mécanisme de mise à jour, attaché au pool) │ │
|
||||
│ │ │ │
|
||||
│ │ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────────┐ │ │
|
||||
│ │ │ GPU Emitter │ │ CPU Emitter │ │ Manual │ │ │
|
||||
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
|
||||
│ │ │ Compute pass │ │ write_buffer │ │ write_range │ │ │
|
||||
│ │ │ (simulation │ │ (full upload │ │ (user writes │ │ │
|
||||
│ │ │ en shader) │ │ par frame) │ │ directement) │ │ │
|
||||
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
|
||||
│ │ │ Rôle : │ │ Rôle : │ │ Rôle : │ │ │
|
||||
│ │ │ SIMULER (GPU) │ │ SIMULER (CPU) │ │ CONTRÔLE TOTAL │ │ │
|
||||
│ │ └───────────────┘ └───────────────┘ └───────────────────┘ │ │
|
||||
│ │ │ │
|
||||
│ │ Un pool a UN SEUL driver actif à la fois. │ │
|
||||
│ │ Changer de driver = swap (pas de reallocation GPU). │ │
|
||||
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
|
||||
│ │
|
||||
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||||
```
|
||||
|
||||
### Séparation des responsabilités
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||||
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||||
| Couche | Sait | Ne sait pas |
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||||
|--------|------|-------------|
|
||||
| **Pool** | Comment afficher (pipeline, texture, blending, draw) | Comment les particules bougent |
|
||||
| **Driver** | Comment mettre à jour le buffer (compute / upload / écriture directe) | Comment afficher |
|
||||
| **User** | Quelle intention (feu, pluie, explosion, custom) | Les détails wgpu |
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 2. État par particule (64 bytes)
|
||||
|
||||
```rust
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||||
/// Miroir du struct WGSL `Particle`.
|
||||
/// 64 bytes, `#[repr(C)]`, `Pod + Zeroable`.
|
||||
#[repr(C)]
|
||||
#[derive(Copy, Clone, Pod, Zeroable)]
|
||||
pub struct Particle {
|
||||
pub pos: [f32; 3], // offset 0 — position monde (xyz)
|
||||
pub _pad0: f32, // offset 12
|
||||
pub vel: [f32; 3], // offset 16 — vélocité (xyz)
|
||||
pub _pad1: f32, // offset 28
|
||||
pub life: f32, // offset 32 — vie restante (seconds)
|
||||
pub max_life: f32, // offset 36 — vie initiale (pour fade normalisé)
|
||||
pub size: f32, // offset 40 — taille courante (world units)
|
||||
pub size_growth: f32, // offset 44 — croissance par seconde (+ = grandir, - = rétrécir)
|
||||
pub angle: f32, // offset 48 — rotation 2D courante (radians)
|
||||
pub angular_vel: f32, // offset 52 — vitesse angulaire (rad/s)
|
||||
pub color: [f32; 4], // offset 56 — RGBA (alpha modulée par le driver)
|
||||
// Total : 64 bytes
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### Transform par particule
|
||||
|
||||
Chaque particule porte un **transform complet** :
|
||||
|
||||
| Composante | Stockage | Mise à jour (GPU compute) | Effet visuel |
|
||||
|-----------|----------|---------------------------|--------------|
|
||||
| Translation 3D | `pos` | `pos += vel * dt` | Déplacement |
|
||||
| Trajectoire | `vel` | `vel += gravity * dt; vel *= (1 - drag * dt)` | Arc, chute, flottement |
|
||||
| Scale 2D | `size` + `size_growth` | `size += size_growth * dt` | Croissance (fumée) / rétrécissement (feu) |
|
||||
| Rotation 2D | `angle` + `angular_vel` | `angle += angular_vel * dt` | Spin (turbulence, pétale) |
|
||||
| Opacité | `color.a` | `color.a = life / max_life` | Fade out progressif |
|
||||
|
||||
> Le RGB de `color` est fixé au spawn (CPU). Seule l'alpha est modulée par le driver.
|
||||
> **V2** : color ramp (`mix(color_start, color_end, 1.0 - life/max_life)`).
|
||||
|
||||
### Taille du pool
|
||||
|
||||
| `max_count` | Buffer size | Upload CPU (si driver CPU) @60fps | Verdict |
|
||||
|-------------|-------------|-----------------------------------|---------|
|
||||
| 1 024 | 64 KB | 3.8 MB/s | Trivial |
|
||||
| 10 000 | 640 KB | 38 MB/s | OK |
|
||||
| 50 000 | 3.2 MB | 190 MB/s | Correct (PC) |
|
||||
| 65 536 | 4 MB | 245 MB/s | Max recommandé pour CPU |
|
||||
| 100 000 | 6.4 MB | 380 MB/s | → Préférer driver GPU |
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. Le Pool (ressource GPU)
|
||||
|
||||
### 3.1 Création
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||||
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||||
Le pool est créé **une fois** au setup. Il alloue :
|
||||
- Le buffer storage (N × 64 bytes)
|
||||
- Le pipeline render (billboard instancé)
|
||||
- Le bind group layout
|
||||
- La texture + sampler (si fournie)
|
||||
- Le blending state
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
pub struct ParticlePoolConfig {
|
||||
/// Nombre maximum de particules dans le pool.
|
||||
pub max_count: u32,
|
||||
/// Texture de la particule (ID dans scene.textures).
|
||||
/// `None` = texture disque doux intégrée (16×16, alpha radiale).
|
||||
pub texture: Option<String>,
|
||||
/// Mode de blending.
|
||||
pub blending: BlendingMode,
|
||||
}
|
||||
|
||||
pub enum BlendingMode {
|
||||
/// `src × 1 + dst × 1` — feu, sparkles, magie.
|
||||
Additive,
|
||||
/// `src × src.a + dst × (1 - src.a)` — fumée, neige, vapeur.
|
||||
Alpha,
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.2 Composantes internes du pool
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
pub struct ParticlePool {
|
||||
/// Buffer storage (N × 64 bytes). COPY_DST | STORAGE.
|
||||
pub(crate) buffer: wgpu::Buffer,
|
||||
/// Pipeline render (billboard instancé).
|
||||
pub(crate) pipeline: wgpu::RenderPipeline,
|
||||
/// Pipeline layout du render.
|
||||
pub(crate) layout: wgpu::BindGroupLayout,
|
||||
/// Bind group (buffer + texture + sampler + camera uniform ref).
|
||||
pub(crate) bind_group: wgpu::BindGroup,
|
||||
/// Sampler (Linear, ClampToEdge).
|
||||
pub(crate) sampler: wgpu::Sampler,
|
||||
/// Buffer uniform 4 bytes : alive_count (écrit par le driver, lu par le vertex shader).
|
||||
pub(crate) count_buffer: wgpu::Buffer,
|
||||
/// Taille max du pool.
|
||||
pub max_count: u32,
|
||||
/// Driver actuellement attaché (None = pool inactif).
|
||||
pub(crate) driver: Option<Box<dyn ParticleDriver>>,
|
||||
/// Mode de blending (déterminé au build du pipeline).
|
||||
pub blending: BlendingMode,
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.3 Comportement
|
||||
|
||||
| État du pool | Compute | Upload CPU | Draw |
|
||||
|-------------|---------|------------|------|
|
||||
| Pas de driver | ❌ | ❌ | ❌ (count = 0) |
|
||||
| Driver GPU actif | ✅ (1 dispatch) | Spawns seulement | ✅ |
|
||||
| Driver CPU actif | ❌ | Full range alive | ✅ |
|
||||
| Driver Manual actif | ❌ | Ce que l'utilisateur envoie | ✅ |
|
||||
| Driver actif mais `paused = true` | ❌ | ❌ | ❌ (count = 0) |
|
||||
|
||||
**Coût zéro** : un pool sans driver (ou pausé) n'apparaît pas dans le render pass.
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 4. Les Drivers
|
||||
|
||||
### 4.1 Trait commun
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
/// Trait implémenté par chaque type de driver.
|
||||
/// Le pool appelle ces méthodes dans l'ordre à chaque frame.
|
||||
pub trait ParticleDriver: Send {
|
||||
/// Appelé AVANT le compute (si driver GPU) ou avant le draw.
|
||||
/// Le driver peut écrire dans le pool buffer (spawns, updates).
|
||||
fn pre_compute(&mut self, queue: &wgpu::Queue, pool: &mut ParticlePool, dt: f32);
|
||||
|
||||
/// Appelé APRÈS le compute (driver GPU uniquement).
|
||||
/// Permet de mettre à jour des uniforms post-simulation.
|
||||
fn post_compute(&mut self, queue: &wgpu::Queue, pool: &mut ParticlePool);
|
||||
|
||||
/// Le driver veut-il qu'on fasse un compute dispatch cette frame ?
|
||||
fn needs_compute(&self) -> bool;
|
||||
|
||||
/// Le driver veut qu'on drawe le pool ?
|
||||
fn needs_draw(&self) -> bool;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 4.2 Driver GPU (GpuEmitter)
|
||||
|
||||
**Rôle** : la simulation est faite par un compute shader. Le CPU ne fait que les spawns.
|
||||
|
||||
```
|
||||
Frame loop (driver GPU) :
|
||||
1. pre_compute :
|
||||
a. Accumulateur : acc += rate * dt
|
||||
b. n_spawn = floor(acc); acc -= n_spawn
|
||||
c. Trouver n_spawn slots morts dans le pool
|
||||
d. Pour chaque slot : tirer pos/vel/life/size/angle/color (random CPU)
|
||||
e. queue.write_buffer(&pool.buffer, offset_morts, new_particles)
|
||||
f. Écrire alive_count estimé dans count_buffer
|
||||
2. Compute dispatch (le pool fait le dispatch) :
|
||||
- workgroups = ceil(max_count / 64)
|
||||
- Le shader intègre TOUS les slots alive
|
||||
- Le shader écrit alive_count exact dans count_buffer (atomic ou 2e pass)
|
||||
3. post_compute : (optionnel, ex: sync alive_count)
|
||||
4. Draw (si alive_count > 0)
|
||||
```
|
||||
|
||||
**Config** :
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
pub struct GpuEmitterConfig {
|
||||
/// Taux d'émission (particules / seconde).
|
||||
pub rate: f32,
|
||||
/// Forme de spawn (où naît la particule).
|
||||
pub shape: SpawnShape,
|
||||
/// Pattern de vitesse (dans quelle direction).
|
||||
pub velocity: VelocityPattern,
|
||||
/// Plage de vitesse (pour Fixed/Cone/Sphere). Ignoré pour Box.
|
||||
pub speed_range: (f32, f32),
|
||||
/// Gravité (m/s²) appliquée par le compute.
|
||||
pub gravity: [f32; 3],
|
||||
/// Friction linéaire (0.0 = aucune, 1.0 = stop immédiat).
|
||||
pub drag: f32,
|
||||
/// Plage de vie (seconds).
|
||||
pub life_range: (f32, f32),
|
||||
/// Plage de taille initiale.
|
||||
pub size_range: (f32, f32),
|
||||
/// Croissance de taille par seconde (négatif = rétrécir).
|
||||
pub size_growth: f32,
|
||||
/// Plage de vitesse angulaire initiale (rad/s).
|
||||
pub angular_vel_range: (f32, f32),
|
||||
/// Couleur de base RGBA (alpha initiale = 1.0, modulée par life/max_life).
|
||||
pub color: [f32; 4],
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
**Position de l'émetteur** : mise à jour par l'utilisateur à tout moment :
|
||||
```rust
|
||||
scene.set_emitter_position(pool_id, [x, y, z]);
|
||||
```
|
||||
Le driver lit cette position à chaque spawn.
|
||||
|
||||
### 4.3 Driver CPU (CpuEmitter)
|
||||
|
||||
**Rôle** : la simulation est faite en Rust (CPU). Le résultat est uploadé dans le pool à chaque frame. Pas de compute pass.
|
||||
|
||||
```
|
||||
Frame loop (driver CPU) :
|
||||
1. pre_compute (ici : simulation + upload) :
|
||||
a. Pour chaque slot alive : intégrer (pos += vel*dt, vel += grav*dt, life -= dt, ...)
|
||||
b. Tuer les particules mortes (life <= 0 → alive = 0)
|
||||
c. Accumulateur de spawn : acc += rate * dt
|
||||
d. Pour chaque nouveau spawn : écrire dans un slot mort
|
||||
e. queue.write_buffer(&pool.buffer, 0, &all_alive_particles)
|
||||
f. Écrire alive_count dans count_buffer
|
||||
2. Pas de compute dispatch
|
||||
3. post_compute : (rien)
|
||||
4. Draw (si alive_count > 0)
|
||||
```
|
||||
|
||||
**Config** : identique à `GpuEmitterConfig` (mêmes paramètres de simulation).
|
||||
La différence est **où** l'intégration se fait.
|
||||
|
||||
**Avantage du CPU** : possibilité d'interactions (collision avec objets de la scène,
|
||||
champs de force locaux, attracteurs). L'utilisateur peut implémenter une closure
|
||||
`fn custom_force(&self, particle: &Particle, scene: &Scene) -> Vec3`.
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
pub struct CpuEmitterConfig {
|
||||
// ... même champs que GpuEmitterConfig ...
|
||||
|
||||
/// Force custom (appelée par particule par frame). None = aucune.
|
||||
/// Permet : collision, attracteur, champ de vent, etc.
|
||||
pub custom_force: Option<Arc<dyn Fn(&Particle, &Scene) -> [f32; 3] + Send + Sync>>,
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
**Limite** : bandwidth. Au-delà de ~10K particules, l'upload full buffer devient coûteux.
|
||||
Pour 50K+, préférer le driver GPU.
|
||||
|
||||
### 4.4 Driver Manual
|
||||
|
||||
**Rôle** : l'utilisateur contrôle **directement** le contenu du buffer. Le pool ne fait que draw.
|
||||
|
||||
```
|
||||
Frame loop (driver Manual) :
|
||||
1. L'utilisateur appelle pool.upload(queue) quand il veut
|
||||
(ou le driver fait un upload automatique de la "dirty range")
|
||||
2. Pas de compute dispatch
|
||||
3. Draw (si alive_count > 0)
|
||||
```
|
||||
|
||||
**API** :
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
/// Handle exposé à l'utilisateur pour le driver manual.
|
||||
pub struct ManualPoolHandle<'a> {
|
||||
pool: &'a mut ParticlePool,
|
||||
queue: &'a wgpu::Queue,
|
||||
}
|
||||
|
||||
impl ManualPoolHandle<'_> {
|
||||
/// Lire une particule (retourne une copie).
|
||||
pub fn get(&self, index: u32) -> Particle;
|
||||
|
||||
/// Écrire une particule (marque le pool dirty).
|
||||
pub fn set(&mut self, index: u32, particle: Particle);
|
||||
|
||||
/// Écrire un range de particules.
|
||||
pub fn write_range(&mut self, start: u32, count: u32, particles: &[Particle]);
|
||||
|
||||
/// Définir manuellement le alive_count.
|
||||
pub fn set_count(&mut self, count: u32);
|
||||
|
||||
/// Uploader le buffer dans le GPU (à appeler avant le draw).
|
||||
pub fn upload(&mut self);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
**Cas d'usage** :
|
||||
- Animation de particules le long d'une courbe (splines)
|
||||
- Transfert de particules entre pools
|
||||
- Import d'une animation de particules pré-calculée
|
||||
- Debug (visualiser l'état interne)
|
||||
- Effets très custom (morphing, shader-like en CPU)
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 5. Modèles d'émission
|
||||
|
||||
### 5.1 Shape de spawn
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
pub enum SpawnShape {
|
||||
/// Position exacte de l'émetteur (point).
|
||||
Point,
|
||||
/// Boîte centrée sur l'émetteur. `extent` = demi-extents xyz.
|
||||
Box { extent: [f32; 3] },
|
||||
/// Sphère centrée sur l'émetteur.
|
||||
Sphere { radius: f32 },
|
||||
/// Plan perpendiculaire à `normal`, centré sur l'émetteur.
|
||||
/// `size` = demi-largeur x/y dans le plan local.
|
||||
Plane { normal: [f32; 3], size: [f32; 2] },
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.2 Pattern de vitesse
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
pub enum VelocityPattern {
|
||||
/// Vélocité fixe : `base_dir * speed`. (balles, rayons)
|
||||
Fixed,
|
||||
/// Cône : direction aléatoire dans un cône de demi-angle `spread_deg` autour de `base_dir`.
|
||||
Cone { spread_deg: f32 },
|
||||
/// Sphère : direction aléatoire uniforme sur la sphère. (explosion)
|
||||
Sphere,
|
||||
/// Boîte : chaque composante tirée indépendamment dans [min_i, max_i]. (pluie)
|
||||
Box { min: [f32; 3], max: [f32; 3] },
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.3 Direction base
|
||||
|
||||
La direction base est implicitement dérivée :
|
||||
- Pour `Cone` / `Fixed` : l'utilisateur donne un `base_dir: [f32; 3]` dans le config
|
||||
- Pour `Sphere` : pas de direction base (isotrope)
|
||||
- Pour `Box` : pas de direction base (les min/max définissent tout)
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
// Dans GpuEmitterConfig / CpuEmitterConfig :
|
||||
pub base_dir: [f32; 3], // utilisé par Fixed et Cone, ignoré par Sphere et Box
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.4 Table des presets
|
||||
|
||||
| Preset | Shape | Velocity | base_dir | speed | gravity | drag | life | size | growth | ang_vel | color | blending |
|
||||
|--------|-------|----------|----------|-------|---------|------|------|------|--------|---------|-------|----------|
|
||||
| **Explosion** | Point | Sphere | — | 2-8 | (0,-9.8,0) | 0.1 | 0.5-1.5 | 0.05-0.15 | -0.05 | ±5 | [1,0.8,0.3,1] | Additive |
|
||||
| **Jet d'eau** | Point | Cone 10° | (0,1,0) | 3-5 | (0,-9.8,0) | 0.01 | 1.0-2.0 | 0.03-0.05 | 0 | 0 | [0.3,0.6,1,0.8] | Alpha |
|
||||
| **Pluie** | Plan (0,1,0) 20×20 | Box | — | vy:-5, vx/z:±0.3 | (0,0,0) | 0 | 3.0-5.0 | 0.01-0.02 | 0 | 0 | [1,1,1,0.3] | Alpha |
|
||||
| **Fumée** | Box [0.15,0,0.15] | Cone 45° | (0,1,0) | 0.3-1.0 | (0,0.3,0) | 0.3 | 2.0-4.0 | 0.2-0.4 | +0.3 | ±2 | [0.5,0.5,0.5,0.4] | Alpha |
|
||||
| **Feu** | Point | Cone 20° | (0,1,0) | 1-3 | (0,0.5,0) | 0.2 | 0.3-0.8 | 0.15-0.3 | -0.2 | ±8 | [1,0.5,0,1] | Additive |
|
||||
| **Neige** | Plan (0,1,0) 10×10 | Box | — | vy:-0.5, vx/z:±0.2 | (0,0,0) | 0 | 5-10 | 0.02-0.04 | 0 | ±3 | [1,1,1,0.8] | Alpha |
|
||||
| **Sparkles** | Sphere r=0.3 | Sphere | — | 0.1-0.5 | (0,0,0) | 0.5 | 1-3 | 0.02-0.05 | -0.01 | 0 | [1,1,0.8,1] | Additive |
|
||||
| **Débris** | Point | Sphere | — | 1-6 | (0,-9.8,0) | 0.02 | 1-3 | 0.03-0.08 | 0 | ±10 | [0.6,0.4,0.2,1] | Alpha |
|
||||
|
||||
Disponibles comme constructors : `GpuEmitterConfig::fire()`, `::smoke()`, `::rain()`, etc.
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 6. Buffers GPU
|
||||
|
||||
| Buffer | Type | Taille | Écrit par | Lu par |
|
||||
|--------|------|--------|-----------|--------|
|
||||
| `particle_data` | Storage (RW) | N × 64 B | Driver (spawn/update) | Compute + Render |
|
||||
| `count_buffer` | Uniform (RW) | 4 B | Driver / Compute | Vertex shader (instance_count) |
|
||||
| `emitter_params` | Uniform (RO) | 64 B | Driver GPU (par frame) | Compute shader |
|
||||
| `camera_params` | Uniform (RO) | 160 B | Renderer (existant) | Vertex shader (view, proj) |
|
||||
|
||||
### `emitter_params` (uniform, 64 bytes)
|
||||
|
||||
```wgsl
|
||||
struct EmitterParams {
|
||||
dt: f32, // delta time de la frame
|
||||
gravity: vec3<f32>, // accélération
|
||||
drag: f32, // friction
|
||||
alive_count: f32, // count courant (écrit par le compute via atomic)
|
||||
pool_size: f32, // taille max du pool
|
||||
_pad: vec2<f32>, // alignment
|
||||
}
|
||||
// Total : 4+12+4+4+4+8 = 36 → pad à 48 (align 16)
|
||||
```
|
||||
|
||||
### Bind groups
|
||||
|
||||
**Compute pass (driver GPU uniquement)** :
|
||||
|
||||
| Group | Binding | Type | Contenu | Visibility |
|
||||
|-------|---------|------|---------|------------|
|
||||
| 0 | 0 | Storage RW | `particle_data` | COMPUTE |
|
||||
| 0 | 1 | Uniform RO | `emitter_params` | COMPUTE |
|
||||
|
||||
**Render pass (toujours)** :
|
||||
|
||||
| Group | Binding | Type | Contenu | Visibility |
|
||||
|-------|---------|------|---------|------------|
|
||||
| 0 | 0 | Uniform RO | `camera_params` (view + proj) | VERTEX |
|
||||
| 0 | 1 | Storage RO | `particle_data` | VERTEX |
|
||||
| 0 | 2 | Uniform RO | `count_buffer` (alive_count) | VERTEX |
|
||||
| 0 | 3 | Sampler | Sampler | FRAGMENT |
|
||||
| 0 | 4 | Texture | Texture particule | FRAGMENT |
|
||||
|
||||
> **Note** : le `count_buffer` est lu par le vertex shader pour déterminer
|
||||
> `instance_count` (via `@builtin(instance_index)` et un early-out si `ii >= count`).
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 7. Pipelines
|
||||
|
||||
### 7.1 Pipeline Compute (driver GPU)
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
wgpu::ComputePipeline {
|
||||
layout: ComputePipelineLayout {
|
||||
bind_group_layouts: [bgl_compute], // storage RW + params
|
||||
},
|
||||
// entry point : "cs_update"
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
Dispatch : `workgroups = ceil(max_count / 64)`, un workgroup de 64 threads.
|
||||
|
||||
### 7.2 Pipeline Render (billboard)
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
wgpu::RenderPipeline {
|
||||
layout: RenderPipelineLayout {
|
||||
bind_group_layouts: [bgl_render], // camera + storage RO + count + sampler + texture
|
||||
},
|
||||
vertex: vs_main (billboard),
|
||||
fragment: fs_main (texture × color),
|
||||
primitive: TriangleList,
|
||||
vertex_buffer_layouts: [], // PAS de vertex buffer ! (quad généré en shader)
|
||||
multisample: sample_count du contexte,
|
||||
color_states: [blending mode du pool],
|
||||
depth_stencil: Some(LessEqual, ALWAYS), // depth test oui, depth write non (transparence)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
> **Pas de vertex buffer** : le quad billboard est généré dans le vertex shader
|
||||
> via `@builtin(vertex_index)` (4 vertices) — même pattern que le fullscreen triangle
|
||||
> du tone mapping, mais avec 4 sommets au lieu de 3.
|
||||
|
||||
### 7.3 Blend states
|
||||
|
||||
| Mode | color_ops | Formula |
|
||||
|------|-----------|---------|
|
||||
| **Additive** | src: One, dst: One | `output = src × 1 + dst × 1` |
|
||||
| **Alpha** | src: SrcAlpha, dst: OneMinusSrcAlpha | `output = src × a + dst × (1-a)` |
|
||||
|
||||
Le blending est **figé au build du pipeline** (2 pipelines par pool si on veut les 2 modes — mais v1 : 1 mode par pool).
|
||||
|
||||
### 7.4 Depth
|
||||
|
||||
- **Depth test** : `CompareFunction::LessEqual` (les particules derrière les objets opaques sont masquées)
|
||||
- **Depth write** : `STENCIL_WRITE_ONLY` → en pratique `depth_write_enabled: false` (les particules ne créent pas d'ombre depth entre elles)
|
||||
- **Stencil** : `Always` (pas de stencil)
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 8. Shaders (WGSL)
|
||||
|
||||
### 8.1 Compute shader (`particle_update.wgsl`)
|
||||
|
||||
```wgsl
|
||||
// particle_update.wgsl
|
||||
// Compute pass : intègre toutes les particules alive.
|
||||
|
||||
struct Particle {
|
||||
pos: vec3<f32>,
|
||||
pad0: f32,
|
||||
vel: vec3<f32>,
|
||||
pad1: f32,
|
||||
life: f32,
|
||||
max_life: f32,
|
||||
size: f32,
|
||||
size_growth: f32,
|
||||
angle: f32,
|
||||
angular_vel: f32,
|
||||
color: vec4<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct EmitterParams {
|
||||
dt: f32,
|
||||
gravity: vec3<f32>,
|
||||
drag: f32,
|
||||
alive_count: f32,
|
||||
pool_size: f32,
|
||||
pad: vec2<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
@group(0) @binding(0) var<storage, read_write> particles: array<Particle>;
|
||||
@group(0) @binding(1) var<uniform> params: EmitterParams;
|
||||
|
||||
@compute @workgroup_size(64)
|
||||
fn cs_update() {
|
||||
let idx = u32(InvocationIndex);
|
||||
if idx >= u32(params.pool_size) { return; }
|
||||
|
||||
var p = particles[idx];
|
||||
|
||||
// Skip les particules mortes
|
||||
if p.life <= 0.0 { return; }
|
||||
|
||||
// Intégration (semi-implicit Euler)
|
||||
p.vel += params.gravity * params.dt;
|
||||
p.vel *= max(0.0, 1.0 - params.drag * params.dt);
|
||||
p.pos += p.vel * params.dt;
|
||||
|
||||
// Vie
|
||||
p.life -= params.dt;
|
||||
|
||||
// Size
|
||||
p.size = max(0.0, p.size + p.size_growth * params.dt);
|
||||
|
||||
// Rotation
|
||||
p.angle += p.angular_vel * params.dt;
|
||||
|
||||
// Fade out
|
||||
p.color.a = clamp(p.life / p.max_life, 0.0, 1.0);
|
||||
|
||||
// Kill
|
||||
if p.life <= 0.0 {
|
||||
p.life = 0.0;
|
||||
p.color.a = 0.0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
particles[idx] = p;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
> **alive_count** : pour la v1, le count est géré par le CPU (le driver compte les
|
||||
> spawns/kills). Le compute ne fait que l'intégration. Un atomic dans le compute
|
||||
> serait plus "pur GPU" mais ajoute de la complexité sans gain visible en v1.
|
||||
|
||||
### 8.2 Vertex shader (billboard)
|
||||
|
||||
```wgsl
|
||||
// particle_billboard.wgsl (vertex)
|
||||
|
||||
struct Particle {
|
||||
pos: vec3<f32>, pad0: f32,
|
||||
vel: vec3<f32>, pad1: f32,
|
||||
life: f32, max_life: f32,
|
||||
size: f32, size_growth: f32,
|
||||
angle: f32, angular_vel: f32,
|
||||
color: vec4<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct CameraParams {
|
||||
view: mat4x4<f32>,
|
||||
proj: mat4x4<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
struct VsOut {
|
||||
@builtin(position) clip: vec4<f32>,
|
||||
@location(0) frag_color: vec4<f32>,
|
||||
@location(1) uv: vec2<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
@group(0) @binding(0) var<uniform> camera: CameraParams;
|
||||
@group(0) @binding(1) var<storage, read> particles: array<Particle>;
|
||||
@group(0) @binding(2) var<uniform> count_buf: f32;
|
||||
|
||||
const QUAD: array<vec2<f32>, 4> = array<vec2<f32>, 4>(
|
||||
vec2(-0.5, -0.5),
|
||||
vec2( 0.5, -0.5),
|
||||
vec2( 0.5, 0.5),
|
||||
vec2(-0.5, 0.5),
|
||||
);
|
||||
|
||||
@vertex
|
||||
fn vs_main(
|
||||
@builtin(vertex_index) vi: u32,
|
||||
@builtin(instance_index) ii: u32,
|
||||
) -> VsOut {
|
||||
var out: VsOut;
|
||||
|
||||
// Early-out si au-delà du count alive
|
||||
if f32(ii) >= count_buf {
|
||||
out.clip = vec4(0.0, 0.0, -1.0, 1.0); // hors écran
|
||||
out.frag_color = vec4(0.0);
|
||||
out.uv = vec2(0.0);
|
||||
return out;
|
||||
}
|
||||
|
||||
let p = particles[ii];
|
||||
|
||||
// Quad unitaire
|
||||
let q = QUAD[vi];
|
||||
|
||||
// Rotation 2D
|
||||
let c = cos(p.angle);
|
||||
let s = sin(p.angle);
|
||||
let rot = vec2(q.x * c - q.y * s, q.x * s + q.y * c) * p.size;
|
||||
|
||||
// Billboard : axes caméra (right, up) extraits de la view matrix
|
||||
let right = vec3(camera.view[0][0], camera.view[1][0], camera.view[2][0]);
|
||||
let up = vec3(camera.view[0][1], camera.view[1][1], camera.view[2][1]);
|
||||
|
||||
let world = p.pos + right * rot.x + up * rot.y;
|
||||
out.clip = camera.proj * camera.view * vec4(world, 1.0);
|
||||
out.frag_color = p.color;
|
||||
out.uv = q + vec2(0.5); // 0..1
|
||||
|
||||
return out;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 8.3 Fragment shader
|
||||
|
||||
```wgsl
|
||||
// particle_billboard.wgsl (fragment)
|
||||
|
||||
struct FsIn {
|
||||
@builtin(position) clip: vec4<f32>,
|
||||
@location(0) frag_color: vec4<f32>,
|
||||
@location(1) uv: vec2<f32>,
|
||||
}
|
||||
|
||||
@group(0) @binding(3) var samp: sampler;
|
||||
@group(0) @binding(4) var tex: texture_2d<f32>;
|
||||
|
||||
@fragment
|
||||
fn fs_main(in: FsIn) -> @location(0) vec4<f32> {
|
||||
let t = textureSample(tex, samp, in.uv);
|
||||
return in.frag_color * t;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
> Pour le blending **Additive**, le hardware fait `src × 1 + dst × 1` → le résultat
|
||||
> s'additive naturally. Pour **Alpha**, `src × src.a + dst × (1-src.a)`.
|
||||
> Le shader est identique dans les 2 cas — le blending est dans le pipeline.
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 9. Frame loop (ordre exact)
|
||||
|
||||
```
|
||||
App::render_scene(frame) :
|
||||
│
|
||||
├─ 1. Shadow pass (si ombres)
|
||||
│
|
||||
├─ 2. Opaque pass (entities, indirect draws)
|
||||
│
|
||||
├─ 3. PARTICLES (nouveau)
|
||||
│ │
|
||||
│ ├─ Pour chaque pool actif, dans l'ordre :
|
||||
│ │
|
||||
│ │ a. driver.pre_compute(queue, pool, dt)
|
||||
│ │ → GPU : écrit spawns + params
|
||||
│ │ → CPU : simule + upload full
|
||||
│ │ → Manual : upload si dirty
|
||||
│ │
|
||||
│ │ b. Si driver.needs_compute() :
|
||||
│ │ → encoder.dispatch_workgroups(ceil(N/64))
|
||||
│ │
|
||||
│ │ c. driver.post_compute(queue, pool)
|
||||
│ │
|
||||
│ │ d. Si driver.needs_draw() :
|
||||
│ │ → render_pass.set_pipeline(pool.pipeline)
|
||||
│ │ → render_pass.set_bind_group(0, pool.bind_group)
|
||||
│ │ → render_pass.draw(4, pool.max_count) // early-out en shader
|
||||
│ │
|
||||
│ └─ (fin pools)
|
||||
│
|
||||
├─ 4. Post-process (bloom → DoF → fog → tone mapping)
|
||||
│
|
||||
└─ 5. Present
|
||||
```
|
||||
|
||||
> **Note sur `draw(4, max_count)`** : on drawe TOUS les slots du pool (max_count
|
||||
> instances). Le vertex shader fait un early-out (`if ii >= count → clip hors écran`).
|
||||
> C'est moins élégant qu'un indirect draw mais :
|
||||
> - Évite un buffer indirect + un compute de réduction
|
||||
> - Le GPU skip les instances mortes très tôt (vertex shader)
|
||||
> - Pour 50K instances "mortes", le coût est ~0 (vertex shader trivial)
|
||||
>
|
||||
> **V2** : indirect draw avec `alive_count` exact (nécessite un buffer indirect
|
||||
> écrit par le compute ou un 2e dispatch de réduction).
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 10. API utilisateur (résumé)
|
||||
|
||||
### 10.1 Setup
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
impl AppHandler for MyScene {
|
||||
fn setup(&mut self, app: &mut wsg_lib::App) {
|
||||
// 1. Créer la texture (optionnel — None = disque blanc)
|
||||
app.scene.add_texture("fire_tex", fire_texture);
|
||||
|
||||
// 2. Créer le pool
|
||||
app.scene.create_particle_pool("fire_pool", ParticlePoolConfig {
|
||||
max_count: 10_000,
|
||||
texture: Some("fire_tex"),
|
||||
blending: BlendingMode::Additive,
|
||||
}).unwrap();
|
||||
|
||||
// 3. Attacher un driver
|
||||
app.scene.attach_gpu_emitter("fire_pool", GpuEmitterConfig::fire()).unwrap();
|
||||
app.scene.set_emitter_position("fire_pool", [0.0, 0.5, 0.0]);
|
||||
|
||||
// Autre pool avec driver CPU
|
||||
app.scene.create_particle_pool("debris_pool", ParticlePoolConfig {
|
||||
max_count: 5_000,
|
||||
texture: None,
|
||||
blending: BlendingMode::Alpha,
|
||||
}).unwrap();
|
||||
app.scene.attach_cpu_emitter("debris_pool", CpuEmitterConfig {
|
||||
// ...
|
||||
custom_force: Some(Arc::new(|p, scene| {
|
||||
// Attraction vers le centre
|
||||
-p.pos.map(|c| c * 2.0)
|
||||
})),
|
||||
..CpuEmitterConfig::explosion()
|
||||
}).unwrap();
|
||||
|
||||
// Pool manual
|
||||
app.scene.create_particle_pool("custom_pool", ParticlePoolConfig {
|
||||
max_count: 1_000,
|
||||
texture: None,
|
||||
blending: BlendingMode::Alpha,
|
||||
}).unwrap();
|
||||
app.scene.attach_manual("custom_pool").unwrap();
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 10.2 Per-frame
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
impl AppHandler for MyScene {
|
||||
fn update(&mut self, app: &mut wsg_lib::App) {
|
||||
// GPU emitter : rien à faire (le driver gère tout)
|
||||
|
||||
// CPU emitter : rien à faire non plus (le driver simule)
|
||||
|
||||
// Manual : l'utilisateur écrit
|
||||
if let Some(handle) = app.scene.manual_handle("custom_pool") {
|
||||
for i in 0..100 {
|
||||
let t = (i as f32 / 100.0) * std::f32::consts::TAU;
|
||||
handle.set(i, Particle {
|
||||
pos: [t.cos() * 2.0, 0.0, t.sin() * 2.0],
|
||||
vel: [0.0; 3],
|
||||
life: 1.0, max_life: 1.0,
|
||||
size: 0.1, size_growth: 0.0,
|
||||
angle: t, angular_vel: 1.0,
|
||||
color: [1.0, 1.0, 1.0, 1.0],
|
||||
..Particle::ZERO
|
||||
});
|
||||
}
|
||||
handle.set_count(100);
|
||||
handle.upload();
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 10.3 Runtime control
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
// Pauser/reprendre un pool
|
||||
scene.set_pool_active("fire_pool", false);
|
||||
scene.set_pool_active("fire_pool", true);
|
||||
|
||||
// Repositionner un émetteur
|
||||
scene.set_emitter_position("fire_pool", [1.0, 2.0, 3.0]);
|
||||
|
||||
// Burst (émettre N particules d'un coup, en plus du rate continu)
|
||||
scene.emitter_burst("fire_pool", 200);
|
||||
|
||||
// Changer le driver (swap, pas de reallocation)
|
||||
scene.detach_driver("fire_pool");
|
||||
scene.attach_cpu_emitter("fire_pool", CpuEmitterConfig::smoke()).unwrap();
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 11. Méthodes Scene (nouveaux)
|
||||
|
||||
```rust
|
||||
impl Scene {
|
||||
/// Créer un pool de particules (alloue le buffer + pipeline).
|
||||
/// Le pool est inactif jusqu'à l'attachement d'un driver.
|
||||
pub fn create_particle_pool(&mut self, id: &str, config: ParticlePoolConfig) -> Result<(), String>;
|
||||
|
||||
/// Attacher un driver GPU (compute emitter) au pool.
|
||||
/// Remplace tout driver précédemment attaché.
|
||||
pub fn attach_gpu_emitter(&mut self, pool_id: &str, config: GpuEmitterConfig) -> Result<(), String>;
|
||||
|
||||
/// Attacher un driver CPU (simulation Rust + upload) au pool.
|
||||
pub fn attach_cpu_emitter(&mut self, pool_id: &str, config: CpuEmitterConfig) -> Result<(), String>;
|
||||
|
||||
/// Attacher le mode manual (l'utilisateur écrit le buffer directement).
|
||||
pub fn attach_manual(&mut self, pool_id: &str) -> Result<(), String>;
|
||||
|
||||
/// Détacher le driver (le pool devient inactif).
|
||||
pub fn detach_driver(&mut self, pool_id: &str);
|
||||
|
||||
/// Définir la position d'un émetteur (driver GPU/CPU).
|
||||
pub fn set_emitter_position(&mut self, pool_id: &str, pos: [f32; 3]);
|
||||
|
||||
/// Pauser/reprendre un pool.
|
||||
pub fn set_pool_active(&mut self, pool_id: &str, active: bool);
|
||||
|
||||
/// Burst : émettre N particules immédiatement (en plus du rate).
|
||||
pub fn emitter_burst(&mut self, pool_id: &str, count: u32);
|
||||
|
||||
/// Obtenir un handle pour le driver manual (None si pas en mode manual).
|
||||
pub fn manual_handle(&mut self, pool_id: &str) -> Option<ManualPoolHandle<'_>>;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 12. Non-régression et opt-in
|
||||
|
||||
| Condition | Coût |
|
||||
|-----------|------|
|
||||
| Aucun pool créé | **Zéro**. Pas de buffer, pas de pipeline, pas de draw. |
|
||||
| Pool créé, pas de driver | Buffer alloué (N × 64 B). Pas de compute, pas d'upload, pas de draw. |
|
||||
| Pool + driver, `active = false` | Idem ci-dessus. |
|
||||
| Pool + driver GPU actif | 1 compute dispatch + 1 draw. CPU : spawns seulement. |
|
||||
| Pool + driver CPU actif | 1 write_buffer + 1 draw. CPU : O(N) simulation. |
|
||||
| Pool + driver Manual actif | 1 write_buffer (si dirty) + 1 draw. |
|
||||
|
||||
**Zéro impact** sur les scènes existantes sans particules.
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 13. Texture par défaut (si `texture: None`)
|
||||
|
||||
Texture **16×16** générée au build :
|
||||
|
||||
```
|
||||
. . . . . . . .
|
||||
. + + + + + + .
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. + # # # # + .
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. + # # # # + .
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Disque doux (alpha radiale : 1.0 au centre → 0.0 au bord). RGBA blanc.
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Utilisée par défaut si l'utilisateur ne fournit pas de texture.
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## 14. Limitations v1
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| Limitation | Justification | V2 |
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| 1 driver par pool | Simplifie la gestion du buffer | Multi-drivers (rangs du pool) |
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| 1 blending par pool | Pipeline figé | Multi-pipelines par pool |
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| Fade alpha linéaire | Simple, couvre 90% | Color ramp (mix start→end) |
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| Pas de collision particule↔objet | O(n×m) | Driver CPU + custom_force |
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| Pas de collision particule↔particule | O(n²) | Spatial hash (V3) |
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| `draw(4, max_count)` + early-out | Simple, pas de buffer indirect | Indirect draw (V2) |
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| Spawn CPU uniquement | Le random au spawn est CPU | GPU spawn (curated random) |
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| Pas de texture sheet (UV animation) | 1 UV par particule | UV offset + animation |
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| Pas de sorting (alpha) | Additive = commutatif. Alpha = approximation | Back-to-front sort (V2) |
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## 15. Questions ouvertes (à trancher par DRAFT)
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| # | Question | Tendance | Impact |
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| 1 | `draw(4, max_count)` vs indirect draw | v1 : early-out en shader. v2 : indirect. | Complexité du pipeline |
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| 2 | alive_count : CPU count vs atomic GPU | v1 : CPU (driver compte). Simple. | Précision du count |
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| 3 | Multi-pools même texture : partager le pipeline ? | Oui (Arc<RenderPipeline> partagé) | Mémoire |
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| 4 | Le pool est-il `Send` ? (multi-thread spawn) | Oui — le buffer est GPU, le driver est `Send` | Flexibilité |
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| 5 | `emitter_burst` : overwrite les plus vieilles si pool saturé ? | Oui (ring buffer sémantique) | Robustesse |
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| 6 | Le driver CPU fait-il un upload **full** ou **dirty range** ? | v1 : full (simple). V2 : dirty range. | Bandwidth |
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| 7 | Les pools sont-ils rendus dans un seul render pass ou un par pool ? | Un seul pass, `set_pipeline` + `set_bind_group` par pool | Draw calls |
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| 8 | Faut-il un `ParticlePool::alive_count()` public (pour l'UI) ? | Oui (le driver maintient le count) | Debug |
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## 16. Estimation de complexité (par DRAFT)
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| DRAFT | Contenu | Lignes estimées |
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| **Étape A** | Struct `Particle` + `ParticlePoolConfig` + enums + `ParticlePool` (buffer + pipeline + draw) | ~250 |
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| **Étape B** | Compute shader + driver GPU (spawn + dispatch) | ~200 |
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| **Étape C** | Driver CPU (simulation Rust + upload) + `custom_force` | ~150 |
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| **Étape D** | Driver Manual + `ManualPoolHandle` | ~100 |
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| **Étape E** | Intégration Renderer (frame loop, order) + `Scene` methods | ~150 |
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| **Étape F** | Presets + Example `particles.rs` | ~150 |
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| **Étape G** | Tests (WGSL validate + layout + pool) | ~80 |
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| **Total** | | **~1 080 lines** |
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Chaque étape est un DRAFT séparé, testable indépendamment.
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## 17. Résumé des décisions
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| # | Décision | Justification |
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| D1 | **Pool ≠ Driver** (séparation stricte) | Flexibilité, swappability, zéro waste |
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| D2 | **3 drivers** : GPU, CPU, Manual | Gradient de contrôle |
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| D3 | **1 driver par pool** (v1) | Simplicité. Multi-drivers = V2. |
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| D4 | **64 bytes/particule** | Couvre pos/vel/life/size/angle/color. Align 16. |
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| D5 | **Billboard camera-facing** (pas world-facing) | Standard pour les VFX. Plus simple. |
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| D6 | **Quad via vertex_index** (pas de vertex buffer) | Cohérent avec TM/bloom. 0 buffer vertices. |
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| D7 | **`draw(4, max_count)` + early-out** (v1) | Pas de buffer indirect. GPU skip les mortes. |
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| D8 | **Spawn toujours CPU** (même driver GPU) | Le random + la décision "qui spawn" est CPU. Le GPU intègre. |
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| D9 | **Blend figé au pipeline** (1 mode par pool) | Pas de switch de pipeline par frame. |
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| D10 | **Depth test oui, depth write non** | Transparence correcte sans artefacts. |
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| D11 | **Texture par défaut : disque 16×16** | Zéro config pour un résultat acceptable. |
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| D12 | **Pool inactif si pas de driver** | Zéro coût. L'allocation buffer est le seul coût. |
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| D13 | **Preset methods** (`GpuEmitterConfig::fire()`) | UX : 1 ligne pour un effet correct. |
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| D14 | **`custom_force` (driver CPU)** | Le seul cas où CPU > GPU : interactions. |
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