如何使用gloss accelerate渲染Mandelbrot集及makePicture函数用法

你之前的判断是正确的，三个库的定位差异如下：

• 纯accelerate：仅提供嵌入式并行数组计算接口，本身不包含任何图形渲染相关能力，需要自行对接输出逻辑
• gloss-accelerate：是gloss和accelerate的基础绑定层，仅提供通用数据结构转换能力，没有针对光栅渲染场景做封装
• gloss-raster-accelerate：专门针对像素级光栅渲染场景做了封装，刚好适配你生成曼德博集合的需求，是当前场景的最优选择

常用版本的函数签名如下：

makePicture
  :: Int -- 渲染图片的宽度，单位为像素
  -> Int -- 渲染图片的高度，单位为像素
  -> (Acc (Array DIM2 Word32) -> Acc (Array DIM2 (Word8, Word8, Word8, Word8)))
  -- 像素值转换函数：输入存储你自定义像素数据的accelerate二维数组，输出RGBA格式的像素数组，四个值分别对应红、绿、蓝、透明度，取值范围0-255
  -> Acc (Array DIM2 Word32) -- 你通过accelerate计算得到的原始像素数据数组，这里你可以直接存每个像素的迭代次数
  -> Picture -- 输出gloss可用的Picture对象，直接传入display/animate等函数即可展示

注：如果你的迭代次数最大值不超过255，可以把签名里的Word32替换为Word8，类型匹配即可

依赖配置 #

你需要先在项目的cabal文件或stack配置中添加以下依赖：

• accelerate
• accelerate-llvm-native（CPU后端，所有设备通用）
• accelerate-llvm-ptx（可选，NVIDIA GPU后端，需要CUDA环境）
• gloss
• gloss-raster-accelerate

完整代码 #

import Graphics.Gloss
import Graphics.Gloss.Accelerate.Raster.Array
import Data.Array.Accelerate as A
-- 用CPU后端计算，要换GPU的话把下面的导入替换为 import Data.Array.Accelerate.LLVM.PTX as GPU
import Data.Array.Accelerate.LLVM.Native as CPU

-- 曼德博集合迭代逻辑，输入复平面坐标，输出迭代次数
mandelIter :: Exp (Float, Float) -> Exp Word8
mandelIter p = go 0 0 0
  where
    go :: Exp Int -> Exp Float -> Exp Float -> Exp Word8
    go n x y
      | n >= 255 || x*x + y*y > 4 = A.fromIntegral n
      | otherwise = go (n+1) (x*x - y*y + fst p) (2*x*y + snd p)

-- 像素坐标转复平面坐标，这里的800、600对应渲染分辨率，可自行调整
pixelToComplex :: Exp DIM2 -> Exp (Float, Float)
pixelToComplex ix = A.lift (x, y)
  where
    Z :. yPix :. xPix = A.unlift ix
    x = (A.fromIntegral xPix / 800 * 3.5) - 2.5
    y = (A.fromIntegral yPix / 600 * 2.0) - 1.0

-- 迭代次数转RGBA颜色，可自行调整配色逻辑
iterToColor :: Exp Word8 -> Exp (Word8, Word8, Word8, Word8)
iterToColor n = A.lift (r, g, b, 255)
  where
    r = n
    g = n * 2
    b = n * 3

main :: IO ()
main = do
  let width = 800
      height = 600
      -- 并行生成所有像素的迭代次数数组
      iterArr = A.generate (A.constant (Z :. height :. width)) (\ix -> mandelIter (pixelToComplex ix))
      -- 构建gloss可用的Picture对象
      pic = makePicture width height (A.map iterToColor) iterArr
  -- 窗口展示
  display (InWindow "Mandelbrot" (width, height) (100, 100)) white pic

• 所有计算逻辑都放在accelerate的Acc上下文中实现，避免CPU和GPU之间的频繁数据拷贝，能最大化并行性能
• 如果需要实现交互式缩放、平移功能，只需将缩放比例、偏移量作为参数传入pixelToComplex函数，配合gloss的play函数即可实现

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Modi57