树莓皮的高效3d

Question

我试图在10x10x10网格中的覆盆子圆周率(2B型)上模拟一个三维LED阵列。我只想让他们打开和关闭基于模式生成算法。

我用pi3d编写了一些基本代码，用于1000个球的模型，保存在一个数组中。它在阵列中循环，并通过将球体的颜色改变为蓝色或黑色来打开或关闭每个引线。

守则的核心部分如下：

spheres = [[[pi3d.Sphere(x=x-5,y=y-5,z=z-5,radius=0.1) for x in range(dim)] for y in range(dim)] for z in range(dim)]
i = 0

while DISPLAY.loop_running():
    k = mykeys.read()
    if k == 27:
        mykeys.close()
        ISPLAY.destroy()
        break

    CAM.update(mymouse)
    for x in range (dim):
        for y in range(dim):
            for z in range(dim):
                colour=0.1
                if(((x-dim/2.0) * (x-dim/2.0)) + ((y-dim/2.0) * (y-dim/2.0)) + ((z-dim/2.0) * (z-dim/2.0)) <= i * dim):
                    colour = 1.0
                spheres[x][y][z].set_material((0.0,0.0,colour))
                spheres[x][y][z].draw()
    i=i+0.1
    if i > 4:
        i=0

这很好，但给我大约5 fps。将球体改为立方体会稍微改善这一点，但我真的很想要一个数量级的性能改进，至少。我知道我可以在数学中取得一些效率上的进步，但我也经历过类似的表现，随机地打开和关闭它们，所以我现在没有关注这个问题。

我想，这可能只是要求太多的覆盆子皮，但然后玩了我的游戏，随之而来的捆绑，发现它有更大的复杂性，同时顺利地渲染。

我想知道是否有另一种方法，甚至是另一种语言，我可以用它来提供我想要的那种性能。

我对3d编程知之甚少，所以任何建议或教程都会对我有潜在的帮助。

Answer 1

问题是，有python代码为每个pi3d.Shape一次做一个矩阵乘法。虽然这是使用numpy完成的，而且速度尽可能快，但仍然很慢。

你可以把你所有的球体做成一个pi3d.MergeShape，然后每帧只需要一个抽签()，而且非常快.但

1. 您的Sphere对象使用12边的默认值x12片，给出288个面和864个顶点，因此您的MergeShape将有864,000个顶点，这可能开始减缓GPU的速度。
2. 捆绑着色器只对整个形状使用一个材质RGB值，您希望为每个球体指定不同的颜色，这将需要一个被黑的着色器(如果您习惯了黑客着色器的话，很容易完成)，其中您在缓冲区数组的纹理坐标字段中指定了RGB值。

您的代码没有显示您正在使用的着色器，默认的是mat_light，它将为每个球提供一个平滑的3D效果，但是如果您可以管理点(参见演示SpriteBalls)，那么您可以让成千上万的球体快速运行…但是你仍然需要修改着色器来改变每个顶点的漫射颜色。

或者你可以做一个纹理半蓝色，半黑色，并调整各个球的纹理坐标每帧。假设您已经将所有球合并成一个形状，这将是非常快速的(虽然将涉及一个粗壮的公式，以再现您的x，y，z嵌套循环的效果)

在接下来的几天里，我将尝试设计一个演示，演示如何执行这些选项并将其添加到demos中。

编辑我刚刚想起了Starfield.py演示，它使用可变颜色的‘广告牌’点。这可以渲染数千点每帧，但它有各种各样的复杂，模糊了相对简单的结构，正如我前面提到的，我将制作一个更简单的版本演示您的10x10x10阵列与颜色变化使用欧几里得距离中心。

这里是一个使用pi3d_demos/shaders/star_point的广告牌或雪碧版本

import pi3d
import numpy as np

DIM = 10
half_d = DIM/2.0
arr_len = DIM ** 3

disp = pi3d.Display.create()
shader = pi3d.Shader('shaders/star_point')
cam = pi3d.Camera()
spheres = pi3d.Points(camera=cam, point_size=400.0, z=15.0,
          vertices=[[x - half_d, y - half_d, z - half_d] for x in range(DIM) for y in range(DIM) for z in range(DIM)],
          normals=np.zeros((arr_len, 3)), tex_coords=np.full((arr_len, 2), 1.0))
spheres.set_shader(shader)
arr_buf = spheres.buf[0].array_buffer # shortcut to numpy array shape (1000,8) [[vx,vy,vz,nx,ny,nz,u,v]]
# the star_point shader uses nx,ny,nz as RGB values, only the B value is being
# changed here i.e. arr_buff[:,5]
i = 0
while disp.loop_running():
  spheres.draw()
  ix = np.where(np.sum((arr_buf[:,:3] - [half_d, half_d, half_d]) ** 2, axis=1) <= i * DIM)[0]
  arr_buf[:,5] = 0.1 # set all to midnight blue first
  arr_buf[ix,5] = 1.0 # set ones within (i * DIM) ** 0.5 to blue
  spheres.re_init() # have to update buffer
  i += 0.1
  if i > 4.0:
    i = 0.0

下面是一个使用MergeShape的版本，然后调整uv坐标

import pi3d
import numpy as np

DIM = 10
half_d = DIM/2.0
arr_len = DIM ** 3

disp = pi3d.Display.create()
shader = pi3d.Shader('uv_light')
cam = pi3d.Camera()
tex_array = np.zeros((16,16,3), dtype=np.uint8)
tex_array[:8,:8] = [0, 0, 25] # top left midnight blue
tex_array[8:, 8:] = [0, 0, 255] # bottom right bright blue
tex = pi3d.Texture(tex_array, mipmap=False)
spheres = pi3d.MergeShape(camera=cam, z=15.0)
spheres.merge([[pi3d.Sphere(radius=0.1, sides=6, slices=6), x - half_d, y - half_d, z - half_d, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 1.0, 1.0] 
                                      for x in range(DIM) for y in range(DIM) for z in range(DIM)])
spheres.set_draw_details(shader, [tex])
arr_buf = spheres.buf[0].array_buffer # shortcut to numpy array shape (1000,8) [[vx,vy,vz,nx,ny,nz,u,v]]
arr_buf[:,6:8] *= 0.5 # scale uv to just use top left part of texture
base_tex_c = arr_buf[:,6:8].copy()
i = 0
while disp.loop_running():
  spheres.draw()
  ix = np.where(np.sum((arr_buf[:,:3] - [half_d, half_d, half_d]) ** 2, axis=1) <= i * DIM)[0]
  arr_buf[:,6:8] = base_tex_c # set uv to base (top left)
  arr_buf[ix,6:8] += 0.5 # set index ix to bottome right
  spheres.re_init() # have to update buffer
  i += 0.1
  if i > 4.0:
    i = 0.0

我发现，随着默认Sphere的使用，数组缓冲区的大小变得太大，因此将其缩减为6x6版本。希望这对某个阶段的人有帮助。

Answer 2

在你做任何事情之前，先分析一下你的代码，看看它在哪里运行缓慢。值得注意的是，pi3D不一定会像我的3D引擎那样快速运行。

球体需要很多多边形才能画出光滑的边。即使保守估计每个球体只有32个多边形，你的多边形总数最终也是：

10 * 10 * 10 * 32 = 32000

一个简单的优化方法是用多维数据集替换球体：

10 * 10 * 10 * 6 = 6000

如果你想要球体的外观，你可以进一步减少多边形的数量，通过渲染一个面对摄像机的多边形平面(也就是广告牌)，上面有一个球体的纹理。

10 * 10 * 10 * 1 = 1000

尝试乘而不是除法10 / 2和10 * 0.5是一样的，并且不要做两次相同的工作：

x_dim = x - dim * 0.5
y_dim = y - dim * 0.5
z_dim = z - dim * 0.5

if((x_dim * x_dim) + (y_dim * y_dim) + (z_dim * z_dim) <= i * dim):

最后，只在整个场景中调用draw()一次，而不是在每个领域调用一次。