# 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).

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## 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

| Couche | Sait | Ne sait pas |
|--------|------|-------------|
| **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 (80 bytes avec `uv_rect` [D15])

```rust
/// Miroir du struct WGSL `Particle`.
/// 80 bytes avec `uv_rect` [D15], `#[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)
    pub uv_rect:     [f32; 4],  // offset 64 — zone UV (ox, oy, sx, sy) [D15]
    // Total : 80 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 |
| Zone UV | `uv_rect` | fixe (set au spawn) [D15] | Multi-motifs depuis une texture (atlas) |

> 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 |

> [D15] Avec `uv_rect` (80 B) : tous les chiffres × 1.25 (10K → 800 KB ≈ 48 MB/s, 100K → 8 MB ≈ 480 MB/s). Verdicts inchangés.

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## 3. Le Pool (ressource GPU)

### 3.1 Création

Le pool est créé **une fois** au setup. Il alloue :
- Le buffer storage (N × 80 bytes [D15])
- Le buffer d'index compact + args indirect ([D17], cf §18)
- 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>,
    uv_rect: vec4<f32>,  // [D15]
}

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;
}
```

> ⚠️ **[D17] Supplanté** : le count est exact, produit par la compaction fused dans ce compute (cf §18).
>
> **alive_count** (version initiale) : 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>,
    uv_rect: vec4<f32>,  // [D15]
}

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;

    // ⚠️ [D17] version initiale : early-out + draw(4, max_count).
    // → remplacé par index buffer compact + drawIndirect, cf §18.
    // 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
```

> ⚠️ **[D17] NOTE SUPPLANTÉE** : voir §18 — compaction + `drawIndirect`, plus de early-out.
>
> **Note sur `draw(4, max_count)`** (version initiale) : 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 :

```
    .  .  .  .  .  .  .  .
    .  +  +  +  +  +  +  .
    .  +  #  #  #  #  +  .
    .  +  #  #  #  #  +  .
    .  +  #  #  #  #  +  .
    .  +  #  #  #  #  +  .
    .  +  +  +  +  +  +  .
    .  .  .  .  .  .  .  .
```

Disque doux (alpha radiale : 1.0 au centre → 0.0 au bord). RGBA blanc.
Utilisée par défaut si l'utilisateur ne fournit pas de texture.

---

## 14. Limitations v1

| Limitation | Justification | V2 |
|------------|---------------|-----|
| 1 driver par pool | Simplifie la gestion du buffer | Multi-drivers (rangs du pool) |
| 1 blending par pool | Pipeline figé | Multi-pipelines par pool |
| Fade alpha linéaire | Simple, couvre 90% | Color ramp (mix start→end) |
| Pas de collision particule↔objet | O(n×m) | Driver CPU + custom_force |
| Pas de collision particule↔particule | O(n²) | Spatial hash (V3) |
| ~~`draw(4, max_count)` + early-out~~ → **[D17] compaction + indirect en v1** (§18) | Supplanté | — |
| Spawn CPU uniquement | Le random au spawn est CPU | GPU spawn (curated random) |
| Pas de texture sheet **animée** ([D15] donne déjà la zone UV statique par particule en v1) | Zone UV statique par vie | UV animation f(t) (V2) |
| Pas de sorting (alpha) | Additive = commutatif. Alpha = approximation | Back-to-front sort (V2) |

---

## 15. Questions ouvertes (à trancher par DRAFT)

| # | Question | Tendance | Impact |
|---|----------|----------|--------|
| 1 | `draw(4, max_count)` vs indirect draw | **Tranché → D17** (compaction + indirect en v1, §18) | — |
| 2 | alive_count : CPU count vs atomic GPU | **Tranché → D17** (count exact GPU via compaction, §18) | — |
| 3 | Multi-pools même texture : partager le pipeline ? | Oui (Arc<RenderPipeline> partagé) | Mémoire |
| 4 | Le pool est-il `Send` ? (multi-thread spawn) | Oui — le buffer est GPU, le driver est `Send` | Flexibilité |
| 5 | `emitter_burst` : overwrite les plus vieilles si pool saturé ? | Oui (ring buffer sémantique) | Robustesse |
| 6 | Le driver CPU fait-il un upload **full** ou **dirty range** ? | v1 : full (simple). V2 : dirty range. | Bandwidth |
| 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 |
| 8 | Faut-il un `ParticlePool::alive_count()` public (pour l'UI) ? | Oui (le driver maintient le count) | Debug |

---

## 16. Estimation de complexité (par DRAFT)

| DRAFT | Contenu | Lignes estimées |
|-------|---------|-----------------|
| **Étape A** | Struct `Particle` + `ParticlePoolConfig` + enums + `ParticlePool` (buffer + pipeline + draw) | ~250 |
| **Étape B** | Compute shader + driver GPU (spawn + dispatch) | ~200 |
| **Étape C** | Driver CPU (simulation Rust + upload) + `custom_force` | ~150 |
| **Étape D** | Driver Manual + `ManualPoolHandle` | ~100 |
| **Étape E** | Intégration Renderer (frame loop, order) + `Scene` methods | ~150 |
| **Étape F** | Presets + Example `particles.rs` | ~150 |
| **Étape G** | Tests (WGSL validate + layout + pool) | ~80 |
| **Total** | | **~1 080 lines** |

Chaque étape est un DRAFT séparé, testable indépendamment.

---

## 17. Résumé des décisions

| # | Décision | Justification |
|---|----------|---------------|
| D1 | **Pool ≠ Driver** (séparation stricte) | Flexibilité, swappability, zéro waste |
| D2 | **3 drivers** : GPU, CPU, Manual | Gradient de contrôle |
| D3 | **1 driver par pool** (v1) | Simplicité. Multi-drivers = V2. |
| D4 | **80 bytes/particule** (avec `uv_rect`, [D15]) | Couvre pos/vel/life/size/angle/color/uv. Align 16. |
| D5 | **Billboard camera-facing** (pas world-facing) | Standard pour les VFX. Plus simple. |
| D6 | **Quad via vertex_index** (⚠️ [D17] ajoute un vertex buffer d'index 1 u32/vertex ; le quad reste généré en shader) | Cohérent avec TM/bloom. |
| D7 | ~~**`draw(4, max_count)` + early-out**~~ → **supplanté par D17** (§18) | — |
| D8 | **Spawn toujours CPU** (même driver GPU) | Le random + la décision "qui spawn" est CPU. Le GPU intègre. |
| D9 | **Blend figé au pipeline** (1 mode par pool) | Pas de switch de pipeline par frame. |
| D10 | **Depth test oui, depth write non** | Transparence correcte sans artefacts. |
| D11 | **Texture par défaut : disque 16×16** | Zéro config pour un résultat acceptable. |
| D12 | **Pool inactif si pas de driver** | Zéro coût. L'allocation buffer est le seul coût. |
| D13 | **Preset methods** (`GpuEmitterConfig::fire()`) | UX : 1 ligne pour un effet correct. |
| D14 | **`custom_force` (driver CPU)** | Le seul cas où CPU > GPU : interactions. |
| D15 | **UV par particule** (`uv_rect` vec4 → struct 80 B) | WebGPU : pas d'indexage dynamique de textures → multi-motifs via UV. §18 |
| D16 | **Layout complet figé, pas d'opt-in par attribut** | Gain nul, explosion de variants, coupling pool/émetteur. §18 |
| D17 | **Compaction + indirect draw** (fused dans le compute) | Scale avec count actif, pas capacity. Count exact GPU. §18 |

---

## 18. Décisions de la session de design (à appliquer par DRAFT)

Ces 3 décisions tranchent les questions §15 (Q1, Q2) et supplantent D4/D6/D7.
Le reste du doc décrit la version initiale : appliquer les impacts listés ici.

### D15 — UV par particule (`uv_rect`)

- `uv_rect: vec4<f32>` (ox, oy, sx, sy en UV texture) ajouté à `Particle` → struct 64 → **80 B** (déjà appliqué dans §2, §8.1, §8.2).
- VS : `out.uv = uv_rect.xy + (q + 0.5) * uv_rect.zw` (au lieu de `q + 0.5`). Défaut (0,0,1,1) = comportement d'avant.
- **Pourquoi** : WebGPU interdit l'indexage dynamique de textures en uniform (1 texture = 1 bind group = 1 pipeline). La variété de motifs ne peut venir QUE des UV → multi-motifs depuis UNE texture (atlas partagé entre presets).
- Statique par vie (fixé au spawn). Animation d'atlas (uv = f(t)) = **v2** (cf §14).
- Impact restant : §5.4 (`uv_rect` dans `GpuEmitterConfig`, défaut (0,0,1,1)), §10.2 (exemple manual : `uv_rect` à poser), §3.2/§6 (tailles × 1.25).

### D16 — Layout COMPLET et figé, PAS d'opt-in par attribut

- Le pool a TOUJOURS le layout complet. Pas de variante « pool léger » (sans color/angle/vel).
- **Pourquoi** :
  a) gain nul en pratique : la VRAM est allouée UNE fois (capacity = le réglage utilisateur), pas par frame ;
  b) opt-in = explosion de variants : 4 attributs optionnels → jusqu'à 16 combos pipeline/shader (attribut absent = layout WGSL différent = shader variant différent) ;
  c) piège de coupling : le pool est créé UNE FOIS et partagé — impossible de l'élargir après coup pour un émetteur voulant l'attribut manquant.
- Le « enable » utile est au niveau **config d'émetteur** (quels champs le driver écrit/randomise au spawn) — coût GPU zéro.
- Impact : aucun (le §2 reste le seul layout). Ferme toute question « pool minimal ».

### D17 — Compaction + indirect draw (supplante D7, tranche Q1+Q2)

- Emulation d'instancing standard WebGPU : **index buffer** (`compact_index`, 1 u32 par vertex = 4 copies du slot par instance, vertex buffer layout 1 × u32 stride 4) + storage load en VS (`particles[idx]` au lieu de `particles[ii]`).
- La **compaction est FUSIONNÉE dans le compute d'intégration** (~15 lignes WGSL, pas de 3e pass) : chaque slot alive (life > 0 après intégration) fait `atomicAdd(&compact_count)` et écrit son slot 4× dans `compact_index` ; le dernier workgroup (détection par atomic global vs nb de workgroups) écrit les args indirect.
- Draw : **`drawIndirect`** (vertexCount = 4 × alive, instanceCount = alive) au lieu de `draw(4, max_count)` + early-out. Le VS n'a plus besoin du count → `count_buffer` remplacé par `indirect_args` (20 B : 5 × u32).
- **Pourquoi** : la compaction scale avec le count **actif** ; le template statique (early-out) taxe la **capacity** à CHAQUE frame — scène idle avec grand pool = 0.3–1 ms/frame de VS inutile. Coût compaction : pire cas ~0.3 ms sur iGPU faible (scène active).
- Conséquence : le count est **exact et GPU** (sortie de la compaction) → tranche Q2 (plus de count CPU estimé).
- Par driver : **GPU** = compaction fused (ci-dessus). **CPU** = sait exactement les slots alive → build lui-même l'index (4 copies) + args au CPU. **Manual** = `set_count` remplit l'index identité (l'utilisateur pack ses alive en tête de buffer) + args.
- Non-régression : pool sans driver → args indirect = 0 → `drawIndirect` no-op (§12 inchangé).
- Impact restant : §3.2/§6 (ajouter `compact_index` N × 4 × u32 + `indirect_args` 20 B), §7.2 (vertex buffer layout), §8.1 (compaction fused), §8.2 (supprimer early-out + `count_buf`, lire l'index), §9 (d = `drawIndirect`), §4.2/§4.3/§4.4 (chacun produit index + args).