通過Python OpenGL的point sprite技術繪制雪花

更新時間：2022年02月07日 09:52:56 作者：天元浪子

通常，點精靈（point sprite）技術被用于描述大量粒子在屏幕上的運動，自然也可以用于繪制雪花。本文將通過Python OpenGL繪制雪花，感興趣的可以動手試一試

看冬奧才知道，阿勒泰不但是中國的“雪都”，還是“人類滑雪起源地”。這個說法是否成立，姑且不論，阿勒泰的雪的確很漂亮。冬奧會有一個宣傳片，就是借用一朵阿勒泰雪花的視角來講述冬奧會的故事，既有歷史的厚重，又有藝術的浪漫，極具視覺沖擊感。

那么問題來了：如何用OpenGL繪制雪花呢？通常，點精靈（point sprite）技術被用于描述大量粒子在屏幕上的運動，自然也可以用于繪制雪花。點精靈可以理解為貼了紋理圖片的點——僅用一個vertex就可以把一個2D紋理圖片繪制到屏幕的任何位置。

在OpenGL中開啟和使用點精靈有一點點復雜，好在WxGL對此做了封裝，用起來非常簡單。在給出演示代碼前，先貼兩張雪花的紋理圖片。

snow_1.png

snow_2.png

熟悉GLSL語言的同學，很容易讀懂著色器源碼。將著色器源碼、紋理圖片裝進模型之后，只需要show一下，雪花就顯示出來了。如果想實現(xiàn)雪花飄飄的效果，請參考我的另一篇博文《用OpenGL導演一場煙花盛會，迎接即將到來的新年》。

import numpy as np
import wxgl
from wxgl import wxplot as plt

vshader_src = """
? ? #version 330 core
? ? in vec4 a_Position;
? ? uniform mat4 u_MVPMatrix;
? ? void main() {?
? ? ? ? gl_Position = u_MVPMatrix * a_Position;?
? ? ? ? gl_PointSize = (a_Position.z + 1) * 30;
? ? }
"""

fshader_src = """
? ? #version 330 core
? ? uniform sampler2D u_Snow_1;
? ? in float idx;
? ? void main() {?
? ? ? ? gl_FragColor = texture2D(u_Snow_1, gl_PointCoord);?
? ? }?
"""

m = wxgl.Model(wxgl.POINTS, vshader_src, fshader_src, sprite=True) # 通過sprite=Treue開啟點精靈
m.set_vertex('a_Position', np.random.random((300, 3))*2-1) # 隨機生成300個點
m.add_texture('u_Snow_1', 'res/image/snow_1.png', wxgl.TEXTURE_2D) # 添加雪花紋理
m.set_mvp_matrix('u_MVPMatrix') # 設置模型矩陣、視點矩陣和投影矩陣

plt.model(m)
plt.show()

下面是使用snow_1.png做紋理的效果。

下面是使用snow_2.png做紋理的效果。

不過，這樣的雪花略顯單調(diào)，畢竟，世界上沒有兩片完全相同的雪花。怎樣讓雪花看起來更逼真一點呢？下面的代碼嘗試在片元著色器中混用兩種紋理。

import numpy as np
import wxgl
from wxgl import wxplot as plt

vshader_src = """
? ? #version 330 core
? ? in vec4 a_Position;
? ? uniform mat4 u_MVPMatrix;
? ? void main() {?
? ? ? ? gl_Position = u_MVPMatrix * a_Position;?
? ? ? ? gl_PointSize = (a_Position.z + 1) * 30;
? ? }
"""

fshader_src = """
? ? #version 330 core
? ? uniform sampler2D u_Snow_1;
? ? uniform sampler2D u_Snow_2;
? ? in float idx;
? ? void main() {?
? ? ? ? if (fract(sin(dot(gl_PointCoord ,vec2(12.9898,78.233))) * 43758.5453) < 0.5) {
? ? ? ? ? ? gl_FragColor = texture2D(u_Snow_1, gl_PointCoord);?
? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? gl_FragColor = texture2D(u_Snow_2, gl_PointCoord);
? ? ? ? }
? ? }?
"""

m = wxgl.Model(wxgl.POINTS, vshader_src, fshader_src, sprite=True) # 通過sprite=Treue開啟點精靈
m.set_vertex('a_Position', np.random.random((300, 3))*2-1) # 隨機生成300個點
m.add_texture('u_Snow_1', 'res/image/snow_1.png', wxgl.TEXTURE_2D) # 添加雪花紋理1
m.add_texture('u_Snow_2', 'res/image/snow_2.png', wxgl.TEXTURE_2D) # 添加雪花紋理2
m.set_mvp_matrix('u_MVPMatrix') # 設置模型矩陣、視點矩陣和投影矩陣

plt.model(m)
plt.show()

這個雪花有點獨特吧？