HLSL 生成随机数

在计算机图形学中，我们需要在着色器中生成随机数，这种随机数可以用来创建不可预测的效果，比如在粒子系统中创建一个自然的随机运动性。在HLSL中，实现这个目的有几种不同的方法。

1. 计算纹理方法

计算纹理方法可以在着色器中使用纹理生成随机数，这种方法需要在CPU端初始化一个纹理，将其传输到GPU上。纹理可以是一维或二维的，其颜色值是随机生成的。

这里是一个简单的使用计算纹理生成随机数的代码片段：

sampler2D texRandom;

float rand(float2 co)
{
    return tex2D(texRandom, co).r;
}

在上面的代码中，texRandom是一个二维的采样器，rand是一个计算纹理函数，它接收一个二维的坐标值，并且返回一个随机的浮点数。

2. 噪声方法

噪声方法可以在着色器中生成一些连续的随机值，这种方法可以通过多次访问噪声函数来获得更复杂、更自然的随机性质。常用的噪声函数包括Simplex Noise和Perlin Noise。

这里是一个简单的使用Simplex Noise生成随机数的代码片段：

float snoise(float2 v)
{
    const float K1 = 0.009;
    const float K2 = 0.052;
    float2 i = floor(v / 2.0);
    float2 f = frac(v / 2.0);
    float a = dot(i, float2(K1, K2));
    float2 u = smoothstep(0.0, 1.0, f);
    return lerp(lerp(rand(i + float2(0.0, 0.0)), rand(i + float2(1.0, 0.0)), u.x),
                lerp(rand(i + float2(0.0, 1.0)), rand(i + float2(1.0, 1.0)), u.x), u.y);
}

在上面的代码中，snoise是一个Simplex Noise函数，它接收一个二维的坐标值，并且返回一个随机的浮点数。

3. 经典方法

经典方法可以在着色器中使用一些经典的随机数生成算法，比如线性同余法和梅森旋转算法。这种方法在HLSL中比较复杂，需要使用一些特殊的函数来进行位运算和浮点数转换。

这里是一个简单的使用线性同余法生成随机数的代码片段：

uint _seed = 12345u;

float rand()
{
    _seed = (_seed * 1664525u + 1013904223u) % 4294967296u;
    return (float)_seed / 4294967296.0f;
}

在上面的代码中，_seed是一个种子值，rand是一个线性同余法函数，它在每次调用时更新种子值并返回一个随机的浮点数。

结论

在HLSL中生成随机数有多种方法，使用不同的方法可以得到不同的随机性质。对于一些比较简单的效果，使用计算纹理方法和经典方法可能更加简单有效。对于一些更加自然、复杂的效果，噪声方法可能更为合适。