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2014
04-11

Ogre中的粒子系统(Particle System)

在3D应用中,大多数特效都要依靠粒子系统实现。虽然我们不一定需要粒子系统实现特殊视觉效果,但是需要特殊效果时,粒子系统能让我们的需求更容易实现。

粒子系统基础
粒子系统基于脚本实现,不支持硬编码,这是为了更快地实现原型与复用。如果需要的话,我们完全能通过编写代码创造与配置出粒子系统。粒子系统通常作为模板在particle脚本中定义,能够用在应用中,从而创建出粒子系统的多种实例。

粒子系统与3D场景
因为粒子系统能够附于场景节点上,所以也能像节点一样进行变换。缩放,旋转能够影响粒子系统的发射方向。更进一步说,粒子一旦发射,就将发射到世界空间中。这意味着,场景节点移动将带动发射器移动,但是发射的粒子仍然在后面。如果需要粒子与场景节点一起移动调整,可以设置粒子系统发射粒子到本地空间中,这会携带着发射的粒子与场景节点一起移动。

粒子系统发射粒子数量有限制。一旦发射的粒子达到数量限制,粒子系统将不能发射更多,直到发射的粒子消失。默认发射粒子限额是10,不过我们可以设置更多。

粒子系统边界
粒子系统动态特性表示他们的边界盒能够按规律重新计算。在每一帧中这样做虽然消耗很多,但是Ogre默认这样做,并且Ogre每10秒会停止更新边界一次。我们能够重写该行为,用ParticleSystem::setBoundsAutoUpdated()方法让Ogre在多少秒后更新边界,该方法传入stopIn参数,告诉Ogre在给定的事件后更新边界,如果写了一个粒子系统,必须知道不能让粒子系统边界超过一定大小,使用ParticleSystem::setBounds()方法设置边界盒大小,显而易见的说,这是设置边界最有效方法。如果我们事前知道粒子系统创建的界限,也只能这样做。这里给出一种妥协方案,ParticleSystem::setBounds()与ParticleSystem::setBoundsAutoUpdated一起工作,这样可以设置出事界限大小,并且在粒子系统创建后慢慢更新。

粒子系统的更新
当一个例子系统不在可视区域内时,还会持续更新,有可能等下重新进入视觉区域。这一点很重要,如果粒子系统一离开可视区域就停止了,几秒后重新回到可视区域时保持与离开时相同的状态,这会让视觉效果不和谐。

然而考虑到性能原因,当粒子系统离开视觉区域一段预设的时间周期后,会停止更新。考虑到暂时停止的粒子系统突然进入可视区域时,会造成前面提到的问题,为了解决该问题,Ogre提供了“fast-forward” 机制,允许粒子系统在解冻后(恢复更新)提前到达“目前”状态。该特性通过ParticleSystem::fastForward()方法提前创建粒子系统时间轴使用。

粒子系统排序
我们能够按照粒子与相机的距离排序粒子。该特性默认禁用。显而易见,按照与相机的距离排序每个粒子会对性能造成影响,特别是较大的粒子系统,但有时候没有其他方法实现该特殊效果。

比如下面一张图
Ogre中的粒子系统(Particle System) - 第1张  | Jianchihu

该粒子效果禁用排序后效果如下:
Ogre中的粒子系统(Particle System) - 第2张  | Jianchihu

下面一张图是使用了排序的粒子系统效果:
Ogre中的粒子系统(Particle System) - 第3张  | Jianchihu

从两图的对比可以看出,没有排序的那张图中,粒子系统底部的火焰清晰而且不自然的透过烟雾,做了排序的那张图中,烟雾隐藏了火焰,这时候性能上做些损耗是值得的。

发射器
粒子系统发射器就是发射粒子的东西。Ogre提供的发射器默认以直观空间的形式发射粒子:点发射器从单点发射粒子到空间中,盒发射器从定义好的长方体任意方向发射粒子,圆筒发射器从照定义好的圆柱体以任意方向发射粒子,椭球发射器按椭球体发射粒子,然而空心椭球体发射器从椭球体的壳发射粒子,圆环发射器从平面环的边缘发射粒子。

粒子系统发射粒子的比例,速率与方向完全可配置。粒子系统附于场景节点上,因此发射器也拥有相对父节点的位置。

粒子并不按直线发射,通常发射到环绕发射器方向的圆锥体中,通过角度参数可以定义发射器。如果我们想按直线发射粒子,该参数设置为0即可。如果想以任意方向发射,该参数设置为180,设置为90时以环绕方向向量发射到半球中。

发射粒子的速率按每秒多少粒子定义。粒子能够以设定的速率发射,或者在规定范围内以随机速率发射。同样,发射的粒子有自己的生命周期(time-to-live,TTL,以秒为单位),或者让发射器为每个粒子从生命周期范围随机随机选取。粒子发射持续时间既可以设定,也可以在某个范围内随机选取。发射期间,粒子颜色可以设置为常量或者变化的值。

我们可以在运行库中加入定制的发射器,这可能是扩展Ogre粒子系统最简单的方法。

影响器
一旦粒子发射到世界中,影响器影响着粒子运动路径与存在时间。例如,我们能够对粒子施加重力,施加风力等。

线性力
线性力对系统中的日子施加力的作用。既然力是矢量,那么就有方向与大小。大小是按矢量定义的力的大小,因此force_vector 0 50 0与force_vector 0 100 0有同样的方向,但大小是后者的一半。由于不做检查的力能够导致巨大的速度,所以能用force_application设置力如何应用。force_application average通过设置平均力的速率与粒子大量速率使粒子速率渐渐趋于稳定。force_application add允许速率一直增加(或减少)。

颜色衰减器
颜色衰减器修改存在粒子的颜色。颜色定义决定于每秒组成成分的改变。如下代码每半秒衰减一次色彩:

特别注意下这不意味着无限衰减,例子中的0.5表示色彩组成成分每秒钟强度减少0.5,因此开始时是白色色彩的话,两秒后将会衰减为黑色。

缩放器
缩放器设置统一的比例因素应用到粒子大小,比例因素均衡的应用到粒子大小。

旋转器
旋转其既可以按随机或确定的速度旋转粒子材质,默认值为0,表示没有旋转。

色彩图
通过色彩图像我们能够改变色彩,而不是按照定义的衰减因素。图像可以是.png, .gif, .jpg等格式。唯一的的参数是图像文件名称。

粒子系统使用
Ogre SDK中media/particle/smoke.particle包含了一个烟火效果的粒子脚本,如下所示:

材质文件在media/materials/scripts下的smoke.material,材质脚本如下:

通过如下方法即可以使用上面的脚本创建一个烟火效果的粒子系统:

也可以通过下面的代码创建:

手动编写粒子效果脚本比较麻烦,我们可以利用别人开发的编辑器编辑粒子,
Ogre中的粒子系统(Particle System) - 第4张  | Jianchihu

编辑器下载地址:http://pan.baidu.com/s/1sjnotat

最后编辑:
作者:Jianchihu
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