基于 WebGL 的广义相对论黑洞吸积盘着色器实现

基于 WebGL 的广义相对论黑洞吸积盘着色器实现

本文介绍了一种基于 WebGL（Three.js）技术实现的广义相对论着色器引擎，用于模拟黑洞吸积盘的视觉效果。

架构概览：CPU-GPU 混合计算

为了在保持物理交互性的同时实现数十万粒子的相对论视觉特效，采用分层架构：

层级	负责内容	数据类型
CPU(JavaScript)	N-body 轨道积分、碰撞检测、吸积逻辑、粒子生命周期	Float32Array
GPU(Vertex Shader)	引力红移、多普勒效应、相对论集束、引力透镜、颜色混合	attribute vec3
GPU(Fragment Shader)	纹理、光晕、像素合成	gl_FragColor

物理引擎实现（粒子系统）

实现了基础的多体运动 N-body 及洛希极限解体简化模型，采用半隐式欧拉积分以平衡稳定性和性能。为模拟红移，将粒子视为光子，计算其相对于摄像机的速度，远离时变红暗，靠近时变亮蓝（多普勒效应）。

// 伪代码：核心物理循环
for(let i = 0; i < particleCount; i++) {
    // 1. 计算合力 (牛顿引力)
    vec3 acc = calculateGravity(position[i], attractors);
    // 2. 更新速度
    velocity[i] += acc * dt;
    // 3. 更新位置
    position[i] += velocity[i] * dt;
    // 4. 史瓦西半径检查 (视界吸收)
    if(distance(position[i], blackhole) < SchwarzschildRadius * 1.05) {
        respawnParticle(i); // 粒子落入黑洞，重置
    }
}

虚实粒子渲染

通过一个真实的粒子运动推断四周粒子云的运动方式，减少计算数量以达到更多真实粒子效果。

系统架构

class ParticleManager {
    // 三个核心缓冲区
    positions = new Float32Array(maxCount * 3); // 位置 (虚拟)
    velocities = new Float32Array(maxCount * 3); 
    colors =  (maxCount * );     

    
    () {
        
        .[idx] = pos. + r * .(phi) * .(theta);
        
    }
}