hit1402 各种整数划分

本文介绍了一种使用动态规划解决整数划分问题的算法实现。该算法可以计算将一个整数n划分为若干个正整数之和的不同方式的数量,包括划分成特定数量的正整数之和、划分成不超过特定最大值的正整数之和、划分成奇数之和以及划分成不同整数之和等多种情况。

1) 将n划分成若干正整数之和的划分数。
2) 将n划分成k个正整数之和的划分数。
3) 将n划分成最大数不超过k的划分数。
4) 将n划分成若干奇正整数之和的划分数。
5) 将n划分成若干不同整数之和的划分数。


ACcode:

#include<cstdio>
#include<cstring>

const int NS=55;

int n,m;
int dp[5][NS][NS];

void init()
{
    memset(dp,0,sizeof(dp));
//将n划分成最大数不超过k的划分数。
    for (int i=0;i<NS;i++)
        dp[0][0][i]=1;
    for (int i=1;i<NS;i++)
    for (int j=1;j<NS;j++)
    if (i<j)
        dp[0][i][j]=dp[0][i][i];
    else
        dp[0][i][j]=dp[0][i][j-1]+dp[0][i-j][j];
//将n划分成k个正整数之和的划分数。
    dp[3][0][0]=1;
    for (int i=1;i<NS;i++)
    for (int j=1;j<=i;j++)
    {
        dp[3][i][j]=dp[3][i-1][j-1]+dp[3][i-j][j];
    }
//将n划分成若干奇偶正整数之和的划分数。
    dp[2][0][0]=dp[1][0][0]=1;
    for (int i=1;i<NS;i++)
    for (int j=1;j<=i;j++)
    {
        dp[2][i][j]=dp[1][i-j][j];
        dp[1][i][j]=dp[1][i-1][j-1]+dp[2][i-j][j];
    }
    for (int i=1;i<NS;i++)
    for (int j=1;j<i;j++)
    {
        dp[1][i][i]+=dp[1][i][j];
        dp[2][i][i]+=dp[2][i][j];
    }
//将n划分成若干不同整数之和的划分数。
    for (int i=0;i<NS;i++)
        dp[4][0][i]=1;
    for (int i=1;i<NS;i++)
    for (int j=1;j<NS;j++)
    if (i<j)
        dp[4][i][j]=dp[4][i][i];
    else
        dp[4][i][j]=dp[4][i][j-1]+dp[4][i-j][j-1];
}

int main()
{
    init();
    while (~scanf("%d %d",&n,&m))
    {
        printf("%d\n",dp[0][n][n]);
        printf("%d\n",dp[3][n][m]);
        printf("%d\n",dp[0][n][m]);
        printf("%d\n",dp[1][n][n]);
        printf("%d\n\n",dp[4][n][n]);
    }
    return 0;
}


我想让小球的12个面随着音乐节奏跳动,下面代码实现了12个面的随机跳跃,怎么把音频节奏加上 const VSHADER_SOURCE = ` precision highp float; attribute vec2 aPosition; varying vec3 vFacePlane; varying vec3 vNc; varying vec3 vPlane; #define i3 0.5773502691896258 #define sqrt3 1.7320508075688772 // 顶点着色器新增 varying mat2 vCart2Hex; varying mat2 vHex2Cart; void main() { gl_Position = vec4(aPosition, 0.0, 1.0); float cospin = cos(3.14159265359 / 5.0), scospin=sqrt(0.75-cospin*cospin); vNc=vec3(-0.5,-cospin,scospin);// 镜像平面法线 vFacePlane=normalize(vec3(0.0,scospin,cospin));// 预计算二十面体坐标系 vPlane = cross(vec3(1,0,0), vFacePlane);// 横向方向 // 矩阵定义 vCart2Hex = mat2(1, 0, i3, 2. * i3); vHex2Cart = mat2(1, 0, -.5, .5 * sqrt3); }`,FSHADER_SOURCE=` precision highp float; uniform vec2 uResolution; uniform float uTime; uniform vec2 uMouse; uniform int uMouseControl; uniform int uLoop; // 添加音频uniform变量 uniform sampler2D uAudioTexture; // 音频频谱纹理 uniform float uAudioPeak; // 音频峰值(0-1) uniform float uAudioEnergy; // 音频能量(0-1) // 常量定义 #define PI 3.14159265359 #define TAU 6.283185307179586 #define PHI 1.618033988749895 // 从顶点着色器接收预计算的常量 varying vec3 vFacePlane; varying vec3 vNc; varying vec3 vPlane; // 顶点着色器新增 varying mat2 vCart2Hex; varying mat2 vHex2Cart; // 颜色常量 const vec3 FACE_COLOR = vec3(.9,.9,1.); const vec3 BACK_COLOR = vec3(.1,.1,.15); const vec3 BACKGROUND_COLOR = vec3(.0, .005, .03); // 添加音频相关函数 float getAudioValue(vec3 hexCenter) { // 使用六边形中心位置作为UV坐标的种子 float hash = dot(hexCenter, vec3(12.9898,78.233,45.164)); hash = fract(sin(hash) * 43758.5453); // 从音频纹理中采样(这里简化处理,实际实现可能需要更复杂的采样) // 假设音频纹理是1x256的频谱数据 float freqIndex = hash * 255.0; vec2 texCoord = vec2(freqIndex / 256.0, 0.5); // 简单模拟:实际使用时应该从uAudioTexture采样 // 这里用峰值和能量模拟音频响应 float audioValue = uAudioPeak * 0.5 + uAudioEnergy * 0.3; // 添加一些基于位置的随机变化 audioValue *= mix(0.8, 1.2, hash); return audioValue; } // HG_SDF 函数 void pR(inout vec2 p, float a) { p = cos(a)*p + sin(a)*vec2(p.y, -p.x); } float pReflect(inout vec3 p, vec3 planeNormal, float offset) { float t = dot(p, planeNormal)+offset; if (t < 0.) { p = p - (2.*t)*planeNormal; } return sign(t); } float smax(float a, float b, float r) { float m = max(a, b); if ((-a < r) && (-b < r)) { return max(m, -(r - sqrt((r+a)*(r+a) + (r+b)*(r+b)))); } else { return m; } } // 二十面体域镜像 void pModIcosahedron(inout vec3 p) { p = abs(p); pReflect(p, vNc, 0.); p.xy = abs(p.xy); pReflect(p, vNc, 0.); p.xy = abs(p.xy); pReflect(p, vNc, 0.); } // 三角形平铺 struct TriPoints {vec2 a;vec2 b;vec2 c;vec2 center;vec2 ab;vec2 bc;vec2 ca;}; TriPoints closestTriPoints(vec2 p) { vec2 pTri = vCart2Hex * p; vec2 pi = floor(pTri); vec2 pf = fract(pTri); float split1 = step(pf.y, pf.x); float split2 = step(pf.x, pf.y); vec2 a = vec2(split1, 1); vec2 b = vec2(1, split2); vec2 c = vec2(0, 0); a += pi; b += pi; c += pi; a = vHex2Cart * a; b = vHex2Cart * b; c = vHex2Cart * c; vec2 center = (a + b + c) / 3.; vec2 ab = (a + b) / 2.; vec2 bc = (b + c) / 2.; vec2 ca = (c + a) / 2.; return TriPoints(a, b, c, center, ab, bc, ca); } // 测地线平铺 struct TriPoints3D {vec3 a;vec3 b;vec3 c;vec3 center;vec3 ab;vec3 bc;vec3 ca;}; // 二十面体面坐标计算(优化后) vec2 icosahedronFaceCoordinates(vec3 p) { vec3 pn = normalize(p); // 使用向量投影替代交点计算 float t = dot(vFacePlane, vFacePlane) / max(dot(pn, vFacePlane), 0.001); vec3 i = pn * t; return vec2(dot(i, vPlane), dot(i,vec3(1,0,0))); } // 球面映射函数(优化后) vec3 faceToSphere(vec2 facePoint) {// 合并向量缩放和归一化 return normalize(vFacePlane + (vPlane * facePoint.x) + (vec3(1,0,0) * facePoint.y)); } TriPoints3D geodesicTriPoints(vec3 p, float subdivisions) { vec2 uv = icosahedronFaceCoordinates(p); // 原始 UV 坐标 float uvScale = subdivisions / 0.3819660112501051 / 2.0; // 直接使用未缩放的 uv 计算网格顶点 TriPoints points = closestTriPoints(uv*uvScale); // 映射到球面(使用预计算的坐标系) vec3 a = faceToSphere(points.a/uvScale); vec3 b = faceToSphere(points.b/uvScale); vec3 c = faceToSphere(points.c/uvScale); vec3 center = faceToSphere(points.center/uvScale); vec3 ab = faceToSphere(points.ab/uvScale); vec3 bc = faceToSphere(points.bc/uvScale); vec3 ca = faceToSphere(points.ca/uvScale); return TriPoints3D(a, b, c, center, ab, bc, ca); } // 光谱颜色调色板 vec3 pal(in float t, in vec3 a, in vec3 b, in vec3 c, in vec3 d) { return a + b*cos(6.28318*(c*t+d)); } vec3 spectrum(float n) { return pal(n, vec3(0.5,0.5,0.5),vec3(0.5,0.5,0.5),vec3(1.0,1.0,1.0),vec3(0.0,0.33,0.67)); } // 模型/相机旋转 mat3 sphericalMatrix(float theta, float phi) { float cx = cos(theta); float cy = cos(phi); float sx = sin(theta); float sy = sin(phi); return mat3( cy, -sy * -sx, -sy * cx, 0, cx, sx, sy, cy * -sx, cy * cx ); } mat3 mouseRotation(bool enable, vec2 xy) { if (enable) { vec2 mouse = uMouse / uResolution; if (mouse.x != 0. && mouse.y != 0.) { xy.x = mouse.x; xy.y = mouse.y; } } float rx, ry; rx = (xy.y + .5) * PI; ry = (-xy.x) * 2. * PI; return sphericalMatrix(rx, ry); } mat3 modelRotation() { vec2 modelRotation = vec2(.3, .25); mat3 m = mouseRotation(uMouseControl == 1, modelRotation); return m; } mat3 cameraRotation() { vec2 cameraRotation = vec2(.5, .5); mat3 m = mouseRotation(uMouseControl == 2, cameraRotation); return m; } const float SCENE_DURATION = 6.; const float CROSSFADE_DURATION = 2.; float time; struct HexSpec { float roundTop; float roundCorner; float height; float thickness; float gap; }; HexSpec newHexSpec(float subdivisions) { return HexSpec( .05 / subdivisions, // roundTop - 减小这个值会使六边形顶部更尖锐 .1 / subdivisions, // roundCorner - 减小这个值会使角更锐利 2.0, // height - 直接影响六边形的高度/大小 2.0, // thickness - 墙的厚度 0.005 // gap - 六边形间的间隙 ); } // 修改后的动画函数,添加音频响应 HexSpec animHex1(vec3 hexCenter, float subdivisions) { HexSpec spec = newHexSpec(subdivisions); float offset = time * 3.0 * PI; offset -= subdivisions; // 获取音频值 float audioValue = getAudioValue(hexCenter); float audioEffect = audioValue * 0.5; // 限制音频影响范围 float blend = dot(hexCenter, vFacePlane); blend = cos(blend * 30.0 + offset) * 0.5 + 0.5; spec.height = mix(1.75, 2.0, blend) + audioEffect * 1.0; // 音频使高度增加 spec.thickness = spec.height + audioEffect * 0.5;// 厚度也响应音频 return spec; } HexSpec animHex2(vec3 hexCenter, float subdivisions) { HexSpec spec = newHexSpec(subdivisions); // 获取音频值 float audioValue = getAudioValue(hexCenter); float audioEffect = audioValue * 0.8; // 更大的音频影响 // 基础动画 + 音频响应 float blend = hexCenter.y; spec.height = mix(1.6, 2., sin(blend * 10. + time * PI) * .5 + .5) + audioEffect * 1.2; spec.roundTop = .02 / subdivisions; spec.roundCorner = .09 / subdivisions; spec.thickness = spec.roundTop * 4. + audioEffect * 0.3; spec.gap = .01 + audioEffect * 0.02; // 音频使间隙变大 return spec; } HexSpec animHex3(vec3 hexCenter, float subdivisions) { HexSpec spec = newHexSpec(subdivisions); // 获取音频值 float audioValue = getAudioValue(hexCenter); float audioEffect = audioValue * 0.7; // 基础动画 + 音频响应 float blend = acos(dot(hexCenter,vec3(0,0,1))) * 10.; blend = cos(blend + time * PI) * .5 + .5; // 间隙变化改为由音频驱动 spec.gap = mix(.01, .4, blend) / subdivisions + audioEffect * 0.1; spec.thickness = spec.roundTop * 2. + audioEffect * 0.2; // 高度也响应音频 spec.height = 2.0 + audioEffect * 1.5; return spec; } // 动画过渡 float sineInOut(float t) { return -0.5 * (cos(PI * t) - 1.0); } float transitionValues(float a, float b, float c) { if(uLoop==1){ return a; }else if(uLoop==2){ return b; }else if(uLoop==3){ return c; } float t = time / SCENE_DURATION; float scene = floor(mod(t, 3.)); float blend = fract(t); float delay = (SCENE_DURATION - CROSSFADE_DURATION) / SCENE_DURATION; blend = max(blend - delay, 0.) / (1. - delay); blend = sineInOut(blend); float ab = mix(a, b, blend); float bc = mix(b, c, blend); float cd = mix(c, a, blend); float result = mix(ab, bc, min(scene, 1.)); result = mix(result, cd, max(scene - 1., 0.)); return result; } HexSpec transitionHexSpecs(HexSpec a, HexSpec b, HexSpec c) { float roundTop = transitionValues(a.roundTop, b.roundTop, c.roundTop); float roundCorner = transitionValues(a.roundCorner, b.roundCorner, c.roundCorner); float height = transitionValues(a.height, b.height, c.height); float thickness = transitionValues(a.thickness, b.thickness, c.thickness); float gap = transitionValues(a.gap, b.gap, c.gap); return HexSpec(roundTop, roundCorner, height, thickness, gap); } struct Model {float dist;vec3 albedo;float glow;}; Model hexModel(vec3 p,vec3 hexCenter,vec3 edgeA,vec3 edgeB,HexSpec spec){ float d; float edgeADist = dot(p, edgeA) + spec.gap; float edgeBDist = dot(p, edgeB) - spec.gap; float edgeDist = smax(edgeADist, -edgeBDist, spec.roundCorner); float outerDist = length(p) - spec.height; d = smax(edgeDist, outerDist, spec.roundTop); float innerDist = length(p) - spec.height + spec.thickness; d = smax(d, -innerDist, spec.roundTop); vec3 color; float faceBlend = (spec.height - length(p)) / spec.thickness; faceBlend = clamp(faceBlend, 0., 1.); color = mix(FACE_COLOR, BACK_COLOR, step(.5, faceBlend)); // 边缘颜色也响应音频 float audioValue = getAudioValue(hexCenter); vec3 edgeColor = spectrum(dot(hexCenter, vFacePlane) * 5. + length(p) + .8 + audioValue * 2.0); float edgeBlend = smoothstep(-.04, -.005, edgeDist); color = mix(color, edgeColor, edgeBlend); return Model(d, color, edgeBlend); } Model opU(Model m1, Model m2) { if (m1.dist < m2.dist) { return m1; } else { return m2; } } Model geodesicModel(vec3 p) { pModIcosahedron(p); float subdivisions = transitionValues( mix(2.4, 3.4, cos(time * PI) * 0.5 + 0.5), // 动画1的细分级别 mix(1.0, 2.3, sin(time * PI/2.) * .5 + .5), // 动画2的细分级别 5.0 // 动画3的细分级别(增大这个值会生成更多但更小的六边形) ); TriPoints3D points = geodesicTriPoints(p, subdivisions); vec3 edgeAB = normalize(cross(points.center, points.ab)); vec3 edgeBC = normalize(cross(points.center, points.bc)); vec3 edgeCA = normalize(cross(points.center, points.ca)); Model model, part; HexSpec spec; spec = transitionHexSpecs( animHex1(points.b, subdivisions), animHex2(points.b, subdivisions), animHex3(points.b, subdivisions) ); part = hexModel(p, points.b, edgeAB, edgeBC, spec); model = part; spec = transitionHexSpecs( animHex1(points.c, subdivisions), animHex2(points.c, subdivisions), animHex3(points.c, subdivisions) ); part = hexModel(p, points.c, edgeBC, edgeCA, spec); model = opU(model, part); spec = transitionHexSpecs( animHex1(points.a, subdivisions), animHex2(points.a, subdivisions), animHex3(points.a, subdivisions) ); part = hexModel(p, points.a, edgeCA, edgeAB, spec); model = opU(model, part); return model; } Model map(vec3 p) { mat3 m = modelRotation(); p *= m; if (uLoop==0){ pR(p.xz, time * PI/16.); } Model model = geodesicModel(p); return model; } vec3 doLighting(Model model, vec3 pos, vec3 nor, vec3 ref, vec3 rd) { vec3 lightPos = normalize(vec3(.5,.5,-1.)); vec3 backLightPos = normalize(vec3(-.5,-.3,1)); vec3 ambientPos = vec3(0,1,0); vec3 lig = lightPos; float amb = clamp((dot(nor, ambientPos) + 1.) / 2., 0., 1.); float dif = clamp(dot(nor, lig), 0.0, 1.0); float bac = pow(clamp(dot(nor, backLightPos), 0., 1.), 1.5); float fre = pow(clamp(1.0+dot(nor,rd),0.0,1.0), 2.0); vec3 lin = vec3(0.0); lin += 1.20 * dif * vec3(.9); lin += 0.80 * amb * vec3(.5, .7, .8); lin += 0.30 * bac * vec3(.25); lin += 0.20 * fre * vec3(1); vec3 albedo = model.albedo; vec3 col = mix(albedo * lin, albedo, model.glow); return col; } const float MAX_TRACE_DISTANCE = 8.; const float INTERSECTION_PRECISION = .001; const int NUM_OF_TRACE_STEPS = 100; const float FUDGE_FACTOR = .9; struct CastRay {vec3 origin;vec3 direction;}; struct Ray { vec3 origin; vec3 direction; float len; }; struct Hit { Ray ray; Model model; vec3 pos; bool isBackground; vec3 normal; vec3 color; }; vec3 calcNormal(in vec3 pos) { vec3 eps = vec3(0.001, 0.0, 0.0); vec3 nor = vec3( map(pos+eps.xyy).dist - map(pos-eps.xyy).dist, map(pos+eps.yxy).dist - map(pos-eps.yxy).dist, map(pos+eps.yyx).dist - map(pos-eps.yyx).dist); return normalize(nor); } Hit raymarch(CastRay castRay) { float currentDist = INTERSECTION_PRECISION * 2.0; Model model; Ray ray = Ray(castRay.origin, castRay.direction, 0.); for(int i=0; i<NUM_OF_TRACE_STEPS; i++) { if (currentDist < INTERSECTION_PRECISION || ray.len > MAX_TRACE_DISTANCE) { break; } model = map(ray.origin + ray.direction * ray.len); currentDist = model.dist; ray.len += currentDist * FUDGE_FACTOR; } bool isBackground = false; vec3 pos = vec3(0); vec3 normal = vec3(0); vec3 color = vec3(0); if (ray.len > MAX_TRACE_DISTANCE) { isBackground = true; } else { pos = ray.origin + ray.direction * ray.len; normal = calcNormal(pos); } return Hit(ray, model, pos, isBackground, normal, color); } void shadeSurface(inout Hit hit) { vec3 color = BACKGROUND_COLOR; if (hit.isBackground) { hit.color = color; return; } vec3 ref = reflect(hit.ray.direction, hit.normal); color = doLighting( hit.model, hit.pos, hit.normal, ref, hit.ray.direction ); hit.color = color; } vec3 render(Hit hit) { shadeSurface(hit); return hit.color; } mat3 calcLookAtMatrix(in vec3 ro, in vec3 ta, in float roll) { vec3 ww = normalize(ta - ro); vec3 uu = normalize(cross(ww,vec3(sin(roll),cos(roll),0.0))); vec3 vv = normalize(cross(uu,ww)); return mat3(uu, vv, ww); } void doCamera(out vec3 camPos, out vec3 camTar) { float dist = 5.5; camTar = vec3(0,0,0); camPos = vec3(0,0,-dist); camPos *= cameraRotation(); camPos += camTar; } const float GAMMA = 2.2; vec3 gamma(vec3 color, float g) { return pow(color, vec3(g)); } vec3 linearToScreen(vec3 linearRGB) { return gamma(linearRGB, 1.0 / GAMMA); } // 主函数-------------------------------------------------------- void main() { time = uTime; vec2 p = (-uResolution.xy + 2.0*gl_FragCoord.xy)/uResolution.y; vec3 camPos = vec3(0., 0., 2.); vec3 camTar = vec3(0., 0., 0.); doCamera(camPos, camTar); mat3 camMat = calcLookAtMatrix(camPos, camTar, 0.0); vec3 rd = normalize(camMat * vec3(p.xy, 2.0)); Hit hit = raymarch(CastRay(camPos, rd)); vec3 color = render(hit); color = linearToScreen(color); gl_FragColor = vec4(color, 1.0); }`;
最新发布
07-05
<think>我们正在处理一个WebGL着色器编程问题,目标是修改现有的着色器代码,使得一个二十面体模型的12个面(实际上是20个面,但问题描述为12个面,可能是笔误,因为二十面体有20个面。不过,问题要求是12个面,可能是特指某种细分或特定部分?)能够随着音频节奏跳动。 关键点: 1. 我们需要在着色器(可能是顶点着色器或片元着色器)中引入音频数据。 2. 通常,音频数据通过FFT(快速傅里叶变换)得到频率信息,然后将这些信息传递给着色器。 3. 问题要求每个面根据音频节奏动态变化,因此我们需要将音频节奏映射到每个面的变形上。 实现思路: - 在JavaScript中,我们可以使用Web Audio API分析音频,计算频率数据(例如通过AnalyserNode),然后将频率数据作为纹理传递给着色器。 - 在着色器中,我们需要根据每个面的信息(例如面ID)来索引频率数据,从而调整该面的顶点位置或颜色。 步骤: 1. 在JavaScript部分: - 创建音频上下文和AnalyserNode。 - 将音频源连接到AnalyserNode。 - 创建一个数组来存储频率数据(例如,使用Uint8Array)。 - 在渲染循环中,更新频率数据,并将其传递给WebGL程序作为纹理(或者使用uniform数组,但纹理更常见,因为可以传递大量数据)。 2. 在着色器中: - 我们需要一个uniform采样器来读取频率纹理(通常是一个1D纹理)。 - 每个面需要一个标识符。由于我们处理的是二十面体,每个面是一个三角形,我们可以为每个面分配一个唯一的ID。在顶点着色器中,我们可以通过属性(attribute)或通过顶点所属的面(使用一个属性来传递面ID)来获取当前顶点属于哪个面。 - 但是,注意:顶点着色器处理的是顶点,而一个面有多个顶点。因此,我们可以为每个顶点设置一个属性,表示它所属的面ID。这样,同一个面的顶点就会有相同的面ID。 - 然后,在顶点着色器中,根据面ID从频率纹理中获取对应的频率值(或节奏强度),并用这个值来调整顶点的位置(例如,沿法线方向移动)。 3. 变形方式: - 通常,我们让顶点沿着其法线方向移动,移动的幅度由对应面的频率值决定。 - 因此,我们还需要顶点的法线信息。 具体修改: 假设我们已经有二十面体的模型数据(包括顶点位置和法线),并且每个顶点有一个属性`faceId`(表示它属于哪个面,面ID从0到19,但问题要求12个面,所以可能是0到11?这里需要明确。如果原模型是二十面体,有20个面,但问题要求12个面,我们可能需要重新划分?或者实际上要求的是20个面?问题描述为12个面,可能是笔误,因为二十面体有20个面。我们按照问题描述,假设有12个面,那么我们需要为每个顶点分配一个0到11的面ID)。 步骤: 1. 在JavaScript中,我们创建一个1D纹理来存储频率数据。假设我们有12个频段(每个面对应一个频段),那么纹理大小为12。我们使用R32F或RGBA32F格式(如果使用浮点纹理)或者使用LUMINANCE格式(但WebGL2推荐使用浮点纹理)。由于频率数据通常是0-1的浮点数,我们可以使用浮点纹理。 2. 在顶点着色器中: - 声明uniform sampler2D(或sampler1D,但WebGL中通常用sampler2D,即使是一维纹理)来读取频率数据。 - 使用面ID作为纹理坐标(将面ID归一化到[0,1]区间)来采样纹理,获取强度值。 - 将顶点沿法线方向移动:`position += normal * strength * scale;`,其中scale是一个控制整体幅度的系数。 3. 注意:如果模型没有面ID属性,我们需要在创建模型时添加。我们可以为每个三角形面分配一个ID,并将这个ID赋予该面的三个顶点。 4. 另外,如果音频数据是实时变化的,我们需要在每一帧更新频率纹理。 代码示例: 首先,JavaScript部分: ```javascript // 假设已经创建了WebGL上下文和程序等 // 创建音频分析器 const audioContext = new (window.AudioContext || window.webkitAudioContext)(); const analyser = audioContext.createAnalyser(); // 设置分析器参数 analyser.fftSize = 256; // 这里可以根据需要调整,但为了12个频段,我们可以设置成足够大以覆盖12个频段,或者使用更少的频段然后分组 const frequencyData = new Float32Array(12); // 我们最终需要12个值 // 假设我们已经有了音频源,例如通过MediaElementSource连接到<audio>元素 // 然后连接到analyser // 创建纹理 let frequencyTexture = gl.createTexture(); gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, frequencyTexture); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.NEAREST); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST); // 初始化为12个0 gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.R32F, 12, 1, 0, gl.RED, gl.FLOAT, new Float32Array(12)); // 在渲染循环中 function animate() { // 获取频率数据 // 注意:analyser默认返回的是Uint8Array,我们需要的是浮点数,而且需要分成12个频段 // 我们可以使用analyser.getFloatFrequencyData,但它返回的是分贝值(负值),需要转换 // 或者,我们可以使用analyser.getByteFrequencyData,然后转换为0-1的浮点数 const dataArray = new Uint8Array(analyser.frequencyBinCount); // frequencyBinCount是fftSize的一半 analyser.getByteFrequencyData(dataArray); // 将256个频段(假设fftSize=256,则frequencyBinCount=128)的数据分组为12个频段 for (let i = 0; i < 12; i++) { let sum = 0; // 将128个频段分成12组,每组大约10.67个频段,我们按整数索引分组 const start = Math.floor(i * dataArray.length / 12); const end = Math.floor((i+1) * dataArray.length / 12); for (let j = start; j < end; j++) { sum += dataArray[j]; } frequencyData[i] = sum / (end - start) / 255; // 归一化到0-1 } // 更新纹理 gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, frequencyTexture); gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.R32F, 12, 1, 0, gl.RED, gl.FLOAT, frequencyData); // 然后渲染场景 // ... 绑定纹理到着色器,设置uniform等 } ``` 然后,顶点着色器部分(GLSL): ```glsl attribute vec3 position; attribute vec3 normal; attribute float faceId; // 每个顶点所属的面ID,范围0-11 uniform sampler2D audioTexture; // 存储音频数据的纹理,我们将其作为1D纹理使用 uniform float scale; // 控制跳动幅度的系数 void main() { // 将面ID转换为纹理坐标:0~11 映射到 0.0~1.0 float texCoord = (faceId + 0.5) / 12.0; // 取中心点,避免采样边缘 // 采样纹理,获取强度值。因为纹理是1D的,我们使用s坐标,t坐标固定为0.5(但纹理高度为1,所以t=0.0也可以) float strength = texture2D(audioTexture, vec2(texCoord, 0.5)).r; // 计算新位置:沿法线方向移动 vec3 newPosition = position + normal * strength * scale; gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(newPosition, 1.0); } ``` 注意:上面的着色器假设有模型视图矩阵和投影矩阵。同时,我们假设每个顶点的法线是垂直于面的(即面法线),这样整个面会一起移动。 但是,二十面体每个面是三角形,每个顶点有顶点法线(通常用于平滑着色)。如果我们想要每个面作为一个整体移动,那么我们应该使用面法线而不是顶点法线。因此,我们需要为每个面指定相同的法线(即每个面的三个顶点具有相同的法线,垂直于面)。 因此,在准备模型数据时,我们应该使用面法线(flat shading)而不是顶点法线(smooth shading)。 另外,关于面ID:我们可以在创建缓冲区时,为每个顶点设置一个属性`faceId`。例如,对于二十面体,有20个面,每个面3个顶点,共60个顶点。如果我们要12个面,那么我们需要重新划分二十面体?或者问题可能是指12个频段,每个频段影响一组面?但问题要求每个面跳动,所以可能是20个面。这里问题描述为12个面,可能是笔误?我们按照问题要求12个面来设计,所以需要将模型分成12个部分(每个部分可能包含多个三角形面)。这种情况下,我们需要为每个三角形面分配一个组ID(0-11),然后每个顶点的faceId就是它所在面的组ID。 如果原模型是二十面体,有20个面,我们想分成12组,那么我们可以将20个面分配到12个组(有些组包含多个面)。分配方式可以任意,例如按顺序分配:第0组包含面0和1,第1组包含面2和3,...,第10组包含面20和21?不对,20个面,所以可以前8组每组2个面,后4组每组1个面?或者根据位置分组。但问题没有指定分组方式,所以我们可以自由设计。 另一种思路:问题可能是要求20个面,但描述为12个面是笔误。因为二十面体有20个面。所以,我们按照20个面来实现。 由于问题描述是“小球的12个面”,而二十面体通常用于细分生成球体,所以可能是经过细分后的球体有12个面?这不太可能,因为细分通常会增加面数。所以,我们按照20个面来实现,但保留灵活性(通过传递面ID,可以支持任意分组)。 因此,修改方案: - 假设模型有N个面(三角形),我们为每个面分配一个组ID(0到M-1,M=12),存储在顶点的属性中(每个顶点记录它所在面的组ID)。 - 在JavaScript中,我们创建12个频段的频率数据。 如果模型原本就是二十面体(20个三角形面),我们可以将20个面分配到12个组。例如,我们可以按照面在球面上的位置(比如经度)分成12组?或者随机分配?但为了简单,我们可以循环分配:面0->组0,面1->组1,...,面11->组11,面12->组0,面13->组1,...,面19->组7。这样每个组的面数大致相等。 总结:我们需要在模型数据中添加一个属性`faceGroupId`,范围0-11。 如果模型数据无法修改,我们也可以考虑在着色器中使用顶点位置来计算出组ID。例如,将顶点位置转换为球面坐标(经度、纬度),然后根据经度分成12份。但这种方法可能不够均匀,因为二十面体的面分布均匀,但顶点位置可能不正好在经度线上。 因此,推荐在模型数据中添加属性。 最后,注意:如果使用WebGL1,浮点纹理可能不是所有设备都支持。我们可以使用RGBA纹理来存储浮点数,或者使用uniform数组。但uniform数组有大小限制(通常至少支持1024个vec4,所以12个float没问题)。所以,另一种方法是使用uniform数组传递频率数据。 使用uniform数组的方法: JavaScript部分: - 创建一个长度为12的数组,传递给着色器的一个uniform数组。 顶点着色器: - 声明:`uniform float uFrequency[12];` - 然后通过`faceId`索引:`float strength = uFrequency[int(faceId)];` 这样更简单,且不需要纹理,但缺点是如果频段数量很大(比如256),uniform数组可能不够高效,而且有长度限制。但12个频段完全没问题。 因此,我们可以选择使用uniform数组。 修改后的JavaScript部分(使用uniform数组): ```javascript // 在渲染循环中 const frequencyArray = new Float32Array(12); // 存储12个频段的强度 // 计算frequencyArray(同上,分组求和平均并归一化) // 在着色器程序中获取uniform location(假设在初始化时已经获取) const uFrequencyLocation = gl.getUniformLocation(program, 'uFrequency'); // 传递数组 gl.uniform1fv(uFrequencyLocation, frequencyArray); ``` 顶点着色器: ```glsl uniform float uFrequency[12]; attribute float faceGroupId; // 注意:这里应该是整数,但属性只能是浮点,所以我们在着色器里转换为整数 void main() { // 将faceGroupId转换为整数索引 int index = int(faceGroupId); float strength = uFrequency[index]; // 然后计算新位置... } ``` 这样更简单,且避免了纹理操作。 因此,我们推荐使用uniform数组。 最后,注意:如果模型是二十面体,有20个面,但我们要分成12组,那么每个顶点的`faceGroupId`属性应该是它所在面被分配到的组ID(0-11)。我们需要在创建模型数据时计算好。 如果模型是二十面体,我们可以这样分配组ID: - 创建一个数组,长度为20(面数),每个元素是组ID(0-11)。 - 分配策略:循环分配,即第i个面分配到组ID = i % 12。 然后,将每个面的组ID赋给该面的三个顶点。 这样,每个组有1个或2个面(因为20除以12,余8,所以前8组有2个面,后4组有1个面)。 实现: 综上所述,我们按照以下步骤实现: 1. 修改模型数据,为每个面分配组ID(0-11),并作为顶点属性(每个顶点一个属性,值为所在面的组ID)。 2. 在JavaScript中使用Web Audio API分析音频,得到12个频段的强度值(归一化0-1)。 3. 在渲染循环中,将强度值数组通过uniform传递给着色器。 4. 在顶点着色器中,根据组ID获取强度值,并沿法线方向移动顶点。 这样,每个面(实际上是每个顶点,但同一个面的顶点有相同的组ID)会随着对应频段的强度而跳动。 注意:跳动幅度由`scale`控制,可以在JavaScript中调整。 如果用户没有现成的模型数据,我们可以提供生成二十面体并分配组ID的代码,但问题中已有现有代码,所以只需修改。 相关问题: 1. 如何在WebGL中传递音频数据到着色器? 2. 如何将二十面体模型的面分组? 3. 如何根据音频节奏调整顶点位置? 4. 使用Web Audio API分析音频的步骤是什么? 5. 在顶点着色器中如何根据面ID索引数据? 因此,我们可以生成以下相关问题: §§相关问题§§ 1. 如何用Web Audio API获取音频频率数据? 2. 在WebGL中,除了使用uniform数组传递音频数据,还有哪些方法? 3. 如何为二十面体模型的每个面分配唯一的组ID? 4. 如何调整顶点着色器以使变形效果更平滑? 5. 如何优化音频可视化着色器的性能?</think>### 如何在WebGL着色器中实现二十面体音频可视化 在WebGL着色器中实现二十面体模型的音频可视化,需要将音频节奏数据传递到着色器,并根据节奏动态调整每个面的顶点位置。以下是具体实现步骤: --- ### 1. **音频数据处理(JavaScript部分)** 首先需要在JavaScript中处理音频数据并传递给着色器: ```javascript // 创建音频分析器 const audioContext = new AudioContext(); const analyser = audioContext.createAnalyser(); analyser.fftSize = 256; // 连接音频源(例如麦克风或音频文件) navigator.mediaDevices.getUserMedia({ audio: true }) .then(stream => { const source = audioContext.createMediaStreamSource(stream); source.connect(analyser); }); // 创建频率数据数组 const frequencyData = new Uint8Array(analyser.frequencyBinCount); // 在渲染循环中更新并传递数据 function animate() { analyser.getByteFrequencyData(frequencyData); // 将频率数据传递给着色器 gl.uniform1fv(uAudioData, frequencyData); requestAnimationFrame(animate); } animate(); ``` --- ### 2. **二十面体模型准备** 二十面体有20个三角面,但可通过细分控制顶点密度。为每个面分配唯一ID: ```javascript // 创建二十面体顶点数据时添加面ID属性 const faceIds = new Float32Array(vertices.length / 3); for (let i = 0; i < 20; i++) { // 每个面的3个顶点共享相同ID faceIds[i * 3 + 0] = i; faceIds[i * 3 + 1] = i; faceIds[i * 3 + 2] = i; } // 将面ID传入着色器 gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, faceIdBuffer); gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, faceIds, gl.STATIC_DRAW); gl.vertexAttribPointer(aFaceId, 1, gl.FLOAT, false, 0, 0); ``` --- ### 3. **着色器实现(GLSL)** #### **顶点着色器** ```glsl attribute vec3 position; attribute vec3 normal; attribute float faceId; // 接收面ID (0-19) uniform sampler2D audioTex; // 音频纹理 uniform float time; // 时间用于平滑过渡 void main() { // 将面ID映射到频率段 (0-11) int freqIndex = int(mod(faceId, 12.0)); // 从音频纹理获取节奏强度 float intensity = texture2D(audioTex, vec2(float(freqIndex)/12.0, 0)).r; // 动态位移:沿法线方向脉冲 float pulse = sin(time * 5.0 + faceId) * 0.5 + 0.5; vec3 displacedPos = position + normal * intensity * pulse * 0.2; gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(displacedPos, 1.0); } ``` #### **片元着色器** ```glsl uniform float intensity; // 全局音频强度 varying vec3 vNormal; void main() { // 根据强度变化颜色 vec3 color = mix(vec3(0.2, 0.5, 1.0), vec3(1.0, 0.2, 0.5), intensity); gl_FragColor = vec4(color * dot(vNormal, vec3(0,1,0)), 1.0); } ``` --- ### 4. **关键优化技术** 1. **频率分组** 将0-20kHz音频分为12个频段,每个面对应一个频段: ```javascript // JavaScript中分组处理 const bands = new Array(12).fill(0); for (let i = 0; i < frequencyData.length; i++) { const bandIdx = Math.floor(i / (frequencyData.length / 12)); bands[bandIdx] += frequencyData[i]; } ``` 2. **平滑过渡** 在着色器中使用时间变量避免突变: ```glsl // 指数平滑滤波 float smoothedIntensity = mix(lastIntensity, newIntensity, 0.2); ``` 3. **位移控制** 使用法线方向位移保持形状完整性: $$ \vec{p}_{\text{new}} = \vec{p} + \vec{n} \cdot (A \cdot \sin(\omega t + \phi)) $$ 其中振幅 $A$ 由音频强度控制。 --- ### 5. **性能注意事项** - 使用`UNSIGNED_BYTE`格式的纹理传递音频数据 - 在顶点着色器中进行位移计算而非片元着色器 - 控制位移幅度避免模型撕裂(建议<0.3倍半径) - 启用顶点缓存对象(VBO)优化 最终效果:二十面体的每个面会根据分配到的音频频段独立跳动,低频段产生缓慢脉动,高频段产生快速振动[^1]。 ---
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