TiXL SimpleLiquid2 详解：Shadertoy 流体反馈算子的通道约定、参数体系与计算着色器实现

TiXL SimpleLiquid2 详解Shadertoy 流体反馈算子的通道约定、参数体系与计算着色器实现【免费下载链接】t3TiXL is an open source software to create realtime motion graphics.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/t3/t3SimpleLiquid2 是 TiXL 图像反馈feedback算子家族中的一员位于Lib.image.fx.feedback分类下将 Shadertoy 社区经典作品Simple detailed fluid作者 Lomateron移植为 GPU 计算着色器驱动的实时流体系统。本文以官方算子文档为骨架结合仓库内的算子定义、图结构配置与 HLSL 着色器源码完整讲解其 FX 纹理通道约定、全部输入参数的默认值与调节逻辑、双缓冲 ping-pong 求解流程以及在实际 VJ / 实时视觉项目中把它接入反馈链路的具体用法。算子定位与来源SimpleLiquid2 由 Lib.image.fx.feedback 家族统一组织与 SimpleLiquid、FluidFeedback、AdvancedFeedback 等算子并列共同构成 TiXL 中基于历史帧回读feedback的流体 / 反馈效果库。根据官方文档该效果是 Shadertoy 上 Lomateron 的Simple detailed fluid的直接移植着色器源码中的注释也印证了这一点This shader is directly ported from lomaterons excellent Simple detailed fluid从仓库目录结构看一个完整算子由三部分组成算子宿主定义 SimpleLiquid2.cs声明全部输入输出 Slot并携带全局唯一 Guidd1a1f207-0537-416a-985b-e350c3f7e655算子图结构配置 SimpleLiquid2.t3描述内部节点连线、缓冲格式、着色器入口点等计算着色器 SimpleLiquid2-cs.hlsl实现流体求解的两段 GPU kernel。FX 纹理通道约定用一张纹理驱动流体SimpleLiquid2 与同家族反馈算子最大的不同在于它允许通过一张FX 纹理FxTexture向流体系统注入速度、质量与作用量从而实现被任意画面驱动的流体运动。官方文档给出的通道约定如下通道语义说明R / B速度向量Velocity vectors0.5 为中性值无外力G质量Mass参与质量场的增减A作用量Effect Amount整体缩放速度与质量注入的强度每个通道都可以通过ApplyFxTexture参数整体乘一个系数决定 FX 纹理对系统的影响力。在着色器实现中FX 纹理通过FxTexture.SampleLevel(texSampler, uv, 0)采样并分别作用于速度与质量// Apply FX Texture float4 fx FxTexture.SampleLevel(texSampler, uv,0); o.b fx.b * FxB_Mass * ApplyFxTexture * fx.a; // 质量注入B 通道 × A 通道 o.xy (fx.xy - 0.5) * FxRG_Acceleration * ApplyFxTexture * fx.a; // 速度注入RG 通道减去中性值 0.5 o.xy * SpeedFactor;从源码可见实际实现细节速度注入使用 R、G 两个通道采样值减去 0.5 以去除中性偏移质量注入使用 B 通道两者再统一乘以其自身的 A 通道透明度与ApplyFxTexture作为作用量权重。0.5 为中性值这一约定直接体现在(fx.xy - 0.5)中——这意味着当你手绘或程序生成一张 FX 纹理时RGB 取 0.5即中性灰表示不施加任何力。输入参数体系分组与默认值官方文档列出的输入参数共 14 项其类型与图结构配置 SimpleLiquid2.t3 中记录的默认值如下参数名类型默认值作用分组TriggerResetBooleanfalse重置GravityVector2(0.0, 0.01)物理BorderStrengthSingle0.1物理MassAttractionSingle1.0物理ApplyFxTextureSingle0.0FX 注入FX_RG_VelocitySingle0.0FX 注入SpeedFactorSingle1.0稳定性FX_B_AddRemoveMassSingle0.5FX 注入StabilizeFactorSingle1.0稳定性ResetFillFactorSingle0.3重置MouseClick_ForceSingle1.0交互OnClick_AddRemoveMassSingle0.0交互FxTextureTexture2DnullFX 注入IterationsInt321允许范围 1–10性能物理与边界Gravity / BorderStrength / MassAttractionGravity每帧叠加的全局重力加速度Vector2默认(0, 0.01)即轻微向下。在着色器main1中直接以velocity Gravity的方式施加。BorderStrength边界推力强度默认0.1。着色器在画布四周宽度为borderWidth 0.05的带状区域内向内部施加大小为BorderStrength的推力左右边界推±(1,0)、上下边界推±(0,1)把流体挤回画面内防止质量流失到画面之外。MassAttraction质量吸引系数默认1.0。当某处质量偏离基准值时流体单元之间会产生相互吸引或排斥决定流体的凝聚倾向数值越大越容易聚团数值过小流体趋向扩散。FX 注入组ApplyFxTexture / FX_RG_Velocity / FX_B_AddRemoveMass / FxTextureFxTextureFX 输入纹理按上文通道约定提供速度向量、质量与作用量。ApplyFxTextureFX 纹理整体强度默认0.0即默认完全关闭外部注入调大后 FX 纹理开始驱动流体。官方文档明确指出R/B 速度通道与 G 质量通道各自都会乘上该参数——它相当于一把总音量推子。FX_RG_Velocity速度通道注入权重对应着色器中(fx.xy - 0.5) * FxRG_Acceleration控制 FX 纹理 R/G 通道对速度场的贡献。FX_B_AddRemoveMass质量增删权重默认0.5对应着色器中fx.b * FxB_Mass控制 B 通道对质量场的增加或移除。稳定性组SpeedFactor / StabilizeFactor这两个参数是控制流体性格的核心旋钮官方文档给出了明确的操作语义SpeedFactor每帧统一乘在速度向量上o.xy * SpeedFactor。取值小于 1 相当于给系统加摩擦/阻尼流体运动快速衰减、趋于平静取值大于 1 则注入活力运动被持续放大适合制造剧烈湍流。默认1.0保持能量守恒。StabilizeFactor质量稳定因子默认1.0。着色器中的实现为o.z * o.z 1 ? 1 f : 1 - f其中f StabilizeFactor - 1——质量低于 1 时被向上放大、高于 1 时被向下压低从而把过于强烈的质量压下去、把过低的质量抬起来防止质量场发散到黑洞或过曝两个极端保持画面始终处于有意义的值域。重置组TriggerReset / ResetFillFactorTriggerReset布尔触发默认false。置为true时清空流体状态用ResetFillFactor指定的强度重新填充质量场着色器以高斯分布exp(-dot(m,m))形式写入初始质量与速度用于快速回到干净初始状态。ResetFillFactor重置时的填充强度默认0.3控制重置后初始质量的多少。交互组MouseClick_Force / OnClick_AddRemoveMass算子内部集成了鼠标输入图结构中包含MouseInput节点输出模式为整数 0配合场景中实际的鼠标状态工作MouseClick_Force按住鼠标时施加的冲击力强度默认1.0。着色器中以鼠标位置为中心的高斯力场exp(-dot(m2,m2))向外推挤速度场。OnClick_AddRemoveMass点击时对质量场的增/减默认0.0。正值加质量、负值减质量实现戳一下冒泡 / 戳一下掏洞的交互效果。注意着色器中鼠标质量写入固定使用了MouseClick_Fill系数而该算子在宿主层通过该参数控制点击注入的质量幅度。性能组IterationsIterations迭代次数Int32默认1图结构中经ClampInt限制在1–10。官方文档表述为The iteration count will speed up the processing of the application——每一次迭代相当于对流体多进行一次求解推进可以让效果跑得更快 / 演化更充分例如在低帧率或大分辨率下通过提高迭代次数补偿时间步长。代价是 GPU 计算量随之线性增加需要按实际硬件权衡。输出输出名类型说明ColorBufferT3.Core.DataTypes.Texture2D渲染完成后的流体颜色缓冲可继续接到后续图像处理或直接输出在图结构中ColorBuffer由ExecuteTextureUpdate节点提供最终输出为一张R16G16B16A16_Float格式的浮点纹理16 位半精度浮点保证速度场与质量场在多次迭代中的精度。源码级实现双缓冲 ping-pong 与两段式计算从 SimpleLiquid2.t3 的图结构与 SimpleLiquid2-cs.hlsl 的着色器源码可以还原出该算子的完整 GPU 工作流双缓冲 ping-pong图结构中声明了三张同规格纹理——BufferA1、BufferB1、BufferB2格式均为R16G16B16A16_Float绑定标志为ShaderResource, UnorderedAccess既作为 SRV 采样、又作为 UAV 写入。通过SwapTextures节点在帧间交换读写角色避免就地读写造成的数据竞争。两段式计算 kernel着色器包含两个入口点均由ComputeShader节点加载同一份 HLSL 文件main1速度场外力更新。读取上一帧速度a.xy叠加重力与四周边界推力计算以速度为偏移量的高斯核卷积MaxSteps 2即 5×5 邻域得到归一化因子把新速度 卷积归一化写入 BufferA。main2平流与质量迁移。遍历 5×5 邻域依据旧速度场把质量与速度按高斯权重平流搬运o.xy s * (b.xy e)得到平均速度随后依次执行边界清除消除边缘伪影、FX 纹理注入、SpeedFactor缩放、StabilizeFactor稳定化、鼠标力与重置逻辑最后写回 BufferB 并生成颜色输出——颜色由质量乘以正弦调制的速度函数a.z * (sin(a.x*4 ...) * .2 .6)产生这正是水彩 / 油墨般细腻质感的来源。线程调度两个ComputeShaderStage节点的 Dispatch 均配置为30 × 30 × 1kernel 内部以[numthreads(32,32,1)]声明线程组覆盖 960×960 以内的纹理尺寸实际尺寸由GetTextureSize节点动态获取超出部分在 kernel 开头提前 return。采样器设置SamplerState节点的 Filter 为MinMagMipPoint点采样保证流体数值采样不被插值抹平AddressU/V/W 均为Mirror镜像环绕与边界推力配合减少接缝。迭代控制Iterations输入经ClampInt1–10后驱动Loop节点内部 Count 默认 2由CountIntModulo 2配合IsIntEven决定帧间缓冲交换时机Execute节点驱动整体执行Once节点确保重置逻辑只在触发瞬间生效一次。实战接入建议结合官方文档的通道约定与参数语义在实际 TiXL 工程中推荐按以下思路使用 SimpleLiquid2先关闭 FX 再调参ApplyFxTexture默认0.0先保持 0用Gravity、BorderStrength、MassAttraction调出基础流态再逐步提高ApplyFxTexture让外部纹理参与驱动。用 SpeedFactor 控制能量想要缓慢消散、如墨汁入水的效果把SpeedFactor压到0.8–0.95想要持续翻滚的剧烈湍流提升到1.05–1.3。用 StabilizeFactor 防止发散长时间运行时若发现画面逐渐变亮变糊或质量堆积将StabilizeFactor从1.0往上调如1.05–1.2系统会持续把偏离 1 的质量拉回配合 feedback 链路中的AdvancedFeedback其文档提到会将反馈缓冲稳定到有意义的数值范围可获得更可控的画面。制作 FX 纹理时记住 0.5 中性值速度通道 RGB 填 0.5 表示无外力大于 0.5 向正方向加速、小于 0.5 反向A 通道作为作用量门控A0 的区域即使有 RGB 数据也不会注入系统。用 Iterations 补偿低帧率若项目跑在低帧率或需要更强演化的场景可把Iterations提高到 2–4 让每帧演化更充分同时关注 GPU 占用必要时配合 Dispatch 规模与纹理分辨率调整。相关文件索引官方文档.help/docs/operators/lib/image/fx/feedback/SimpleLiquid2.md算子家族索引.help/docs/operators/lib/image/fx/feedback/README.md算子宿主定义Operators/Lib/Symbols/image/fx/feedback/SimpleLiquid2.cs算子图结构默认值与内部节点Operators/Lib/Symbols/image/fx/feedback/SimpleLiquid2.t3计算着色器源码Operators/Lib/Assets/shaders/img/fluid-fx/SimpleLiquid2-cs.hlsl同家族算子SimpleLiquid、FluidFeedback、AdvancedFeedback【免费下载链接】t3TiXL is an open source software to create realtime motion graphics.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/t3/t3创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考