粒子系統(tǒng)的關(guān)鍵概念

在虛幻中使用粒子以及級聯(lián)粒子編輯器時的一些關(guān)鍵概念

粒子系統(tǒng) 和 級聯(lián) 粒子系統(tǒng)編輯器都是靈活并強大的。然后，在開始真正動手干活前，有一些重要的概念需要預(yù)先了解。這篇文章的目的就是要介紹這些重要概念，為粒子系統(tǒng)如何工作提供扎實的原理基礎(chǔ)，但并不討論界面使用上的細節(jié)，也不對特定粒子效果如何制作進行說明。

粒子特效的模塊化做法

關(guān)于級聯(lián)的主要的概念就是對粒子系統(tǒng)進行模塊化的設(shè)計。在一些其他軟件的特效功能中，比如 Maya，一個粒子效果要創(chuàng)建的話需要先定義大部分行為的屬性，然后用戶再對這些屬性進行修改來獲得希望中的效果。

在級聯(lián)中，則是另外一種做法，一個粒子系統(tǒng)創(chuàng)建后只有很少的 最基礎(chǔ) 的屬性，以及一些行為模塊。

每個模塊代表了粒子行為的一個特定方面，并只對行為的該方面提供屬性參數(shù)，比如顏色、生成的位置、移動行為、縮放行為，及其他等。用戶可以在需要的時候添加或者刪除一個模塊，來進一步定義粒子的整體行為。由于這里的結(jié)果中只有必要的模塊才會被添加進來，因此并沒有額外的計算，也沒有不需要的屬性變量的參與。

有些模塊在粒子發(fā)射器默認存在。在一個新的面片發(fā)射器 - 粒子系統(tǒng)的關(guān)鍵組件 - 被添加到粒子系統(tǒng)中，一下這幾個 默認 模塊都會隨之創(chuàng)建：

Required - 這里包含了一些屬性，都是對粒子系統(tǒng)絕對需要用到的屬性，比如粒子使用的材質(zhì)，發(fā)射器發(fā)射粒子的時間，以及其他。
Spawn - 這個模塊控制粒子從發(fā)射器生成的速度，它們是否以 Burst 生成，以及其他和粒子發(fā)生時機有關(guān)的屬性。
Lifetime - 這里定義了每個粒子在生成后存在的時間，如果沒有這個模塊，粒子則會一直持續(xù)下去。
Initial Size - 這里對粒子生成時的縮放比例進行控制。
Initial Velocity - 這里對粒子生成時的移動進行控制。
Color Over Life - 這個模塊用于控制每個粒子的顏色在過程中如何改變。

Required 和 Spawn 這兩個模塊是永久模塊，無法從發(fā)射器內(nèi)移除。其他一些模塊都可以按需刪除。

模塊分類

有很多模塊可用于粒子發(fā)射器上。為了避免混淆，這些模塊分為以下幾種類別：

初始狀態(tài) vs. 生命周期

在使用粒子模塊工作的時候要對兩個概念有所了解，他們是 初始狀態(tài) 和 生命周期 或者叫 每次生命 屬性。

初始狀態(tài) 的模塊一般用于管理粒子被生成那一刻的各方面屬性。

生命周期 或者 每次生命 的模塊是為了對粒子的生命過程中對它們的屬性進行修改的方面。

比如，初始顏色 的模塊能夠為粒子生成那一刻指定顏色屬性，而 生命周期顏色 的屬性則是用于在粒子生成后，直到被消亡前的這段過程中逐漸修改顏色的行為。

模塊時間計算

如果將一個屬性設(shè)置為 distribution 的類型，那么它就會在時間過程上發(fā)生變化，有些模塊使用"相對時間"而有些模塊使用"絕對時間"（下面的 distribution 部分有更多說明）。

絕對時間基本上就是外部發(fā)射器的計時。如果發(fā)射器的設(shè)置是每個循環(huán) 2 秒，一個三次循環(huán)，那么在這個發(fā)射器內(nèi)的模塊的絕對時間將是從 0 到 2，會運行 3 遍。
相對時間在 0 到 1 之間，表示每個粒子在生命周期中的時間。
對當(dāng)前可用模塊的描述可以在 粒子系統(tǒng)參考 頁面內(nèi)的模塊類型頁面。

發(fā)射器，粒子系統(tǒng)，以及發(fā)射器 Actor

在使用級聯(lián)制作粒子效果的時候，需要始終記住每個對象之間的互相作用關(guān)系。在這篇文檔中我們已經(jīng)討論了模塊的概念，但模塊只是粒子特效中的一個組件。總的來說，粒子系統(tǒng)的組件包括模塊、發(fā)射器、粒子系統(tǒng)，以及發(fā)射器 Actor?？梢杂靡韵旅枋鰜碛涀∵@些概念之間的關(guān)系：

模塊，定義粒子的行為，并且被放置在一個發(fā)射器中。
發(fā)射器，為展示效果發(fā)射特定行為的粒子，任意個發(fā)射器可以被同時放置在一個粒子系統(tǒng)內(nèi)。
粒子系統(tǒng)，作為 內(nèi)容瀏覽器 中的一個資源，可以被一個發(fā)射器 Actor 來引用。
發(fā)射器 Actor，是一個放置在關(guān)卡中的東西，用于定義粒子在場景中如何使用。

粒子的運算

當(dāng)使用粒子系統(tǒng)時，了解運算的次序也是很重要的。在級聯(lián)編輯器中，列表區(qū)域的每列都代表了一個發(fā)射器，一列中的每個塊代表一個模塊。運算時的次序如下：

發(fā)射器的運算是根據(jù)發(fā)射器的列表從左往右的。
模塊的計算按照堆棧列表從上到下的。

發(fā)射器類型

正如特效本身有各種不同的類型一樣，發(fā)射器也分為不同的類型來制作各種特效。下面是目前可用的發(fā)射器類型：
需要注意的是，無論什么類型，發(fā)射器默認都是面片發(fā)射器?？梢蕴砑硬煌陌l(fā)射器 類型數(shù)據(jù) 模塊，改變發(fā)射器的類型。

Sprite Emitters - 這是發(fā)射器的基本類型，也是用的最廣泛的類型。使用始終朝向攝像機的多邊形化的面片（2 個多變形組成）作為單個粒子發(fā)射?？梢杂脕碜鰺熿F、火焰特效，以及其他各種種類的效果。
AnimTrail Data - 用于創(chuàng)建動畫的拖尾效果。
Beam Data - 用于創(chuàng)建光束效果，比如鐳射光、閃電等類似的效果。
GPU Sprites - 這是特殊類型的粒子，在運行時大量計算交給 GPU 執(zhí)行。這將 CPU 的粒子特效計算從幾千的數(shù)量級提高到 GPU 計算特效的幾十萬的數(shù)量級，取決于具體的目標系統(tǒng)上 GPU 的類型。
Mesh Data - 不再發(fā)射一系列的面片，這個類型的發(fā)射器將會發(fā)射多邊形模型。用于創(chuàng)建巖石塊，廢墟等類似的效果。
Ribbon Data - 這個會產(chǎn)生一串粒子附屬到一個點上，能在一個移動的發(fā)射器后形成一個色帶。

參數(shù)

特效系統(tǒng)中并不是每個部分都可以被預(yù)先定義下來。有時候，特效系統(tǒng)中一部分需要在運行時被控制及變化才能做到好的效果。比如，想要做一個魔法效果，該效果會隨著能量的消耗而有變化，而能量消耗是基于施法行為的。在這種情形下，就需要向特效系統(tǒng)中添加參數(shù)。

一個 參數(shù) 是指一種能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送給其他系統(tǒng)，并從其他系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)的屬性，其他系統(tǒng)包括藍圖、Matinee、一個材質(zhì)，或者其他來源。在級聯(lián)中，幾乎任何一個給定的屬性都能夠被設(shè)定到一個參數(shù)上，也就意味著屬性能夠從粒子系統(tǒng)外部來控制。

舉個例子，將一個火焰特效的 Spawn Rate 設(shè)置成參數(shù)并在游戲中實時的根據(jù)玩家情況來增加或減小該數(shù)值，就能讓玩家控制火焰特效的強度。

相反，在粒子系統(tǒng)中添加到模塊中的參數(shù)，也能用來驅(qū)動其他系統(tǒng)。比如驅(qū)動一個在關(guān)卡中放置的給定材質(zhì)的顏色。
在級聯(lián)中，參數(shù)通常是通過 Distributions 的方式來建立的，這也是處理一個屬性上數(shù)據(jù)的方式。

粒子的光照

粒子系統(tǒng)可以被設(shè)置為接受光照，這需要特別去設(shè)置。

要設(shè)置光照粒子的話：

1.材質(zhì)要使用除 unlit 以外的 shading model。使用 DefaultLit 將能夠處理法線貼圖、高光等。
2.在級聯(lián)的 LODSettings 中（在 LOD 屬性中，可以看到這是所有模塊和發(fā)射器都會處于非選中狀態(tài)），每個 LOD 中有一個標記叫做 bLit。該標記需要被勾選。這個標記只能在級聯(lián)中更新。

遵循這些過程將使粒子在游戲中以光照模式顯示。它們從發(fā)射器的位置接受光照，因此要移動原始的位置觀察一下光照效果，或者在附近放置動態(tài)光源。

細節(jié)級別（LODs）

粒子系統(tǒng)很輕易的變得非常消耗性能。即使是使用 GPU 粒子時，雖然已經(jīng)將大量的粒子運算轉(zhuǎn)移到 GPU 上，但仍然需要考慮不同的粒子離玩家的遠近以及它們產(chǎn)生的實際效果。
比如，假設(shè)有一堆營火，如果靠近看的話，可能會看見火焰的余燼和火花在煙霧中顯現(xiàn)。然后，如果觀察點在幾百米遠處，余燼的效果會小到比任何顯示器一個像素的尺寸還小，那何必還在這上面進行運算？
這時就需要細節(jié)級別（LODs）的介入。LOD 系統(tǒng)能夠自定義距離范圍，超過一定距離后粒子系統(tǒng)則會自動簡化。每個距離范圍對應(yīng)一個 LOD。簡化的介入就是使用較低的數(shù)值，禁用一些模塊，甚至禁用一些發(fā)射器。比如上面舉的營火的例子中，最好就是一旦玩家遠離了一定的距離后就徹底的禁用那些創(chuàng)建火花的發(fā)射器。
粒子系統(tǒng)可以有任意數(shù)量的 LODs，并且可以為每個 LOD 設(shè)定距離范圍。

Distributions

Distribution 是一組數(shù)據(jù)類型，以特殊的方式處理數(shù)據(jù)，比如為一個數(shù)值應(yīng)用一個范圍，或者使用曲線來對數(shù)值做插值操作。如果粒子系統(tǒng)需要任何隨機屬性，或者粒子需要隨著時間進行變化時，就需要使用一個 distribution 來控制屬性。
在級聯(lián)中的很多模塊的屬性中都可以看到使用了各種不同的 distribution。屬性的實際數(shù)值就是通過 distribution 來設(shè)置的。
有 5 種主要的 distribution 類型：

Constant - 這表示一個靜態(tài)不變的常量。
Uniform - 一個 Uniform Distribution 提供了一個最小值和一個最大值，輸出這兩個值之間（包含這兩個值）的隨機數(shù)值。
Constant Curve - Constant Curve 提供了一個數(shù)值的簡單曲線。在這個類型下，時間通常是指一個粒子從生成的消失的過程，或者說是粒子的起始時間和結(jié)束時間。
Uniform Curve - Uniform Curve Distribution 提供了最小曲線和最大曲線，最終數(shù)值在這兩個曲線中間來選取。
Parameter - 這種類型的 Distribution 使得該屬性參數(shù)化，以便于它能夠被外部系統(tǒng)，諸如藍圖、Matinee 或者其他系統(tǒng)讀取或改寫。

這些 Distribution 的每種類型對浮點型和 Vector 型都單獨存在。比如，這里有 Float Uniform Curve 和 Vector Uniform Curve 兩種 Deistribution。然而無論是使用 Float 型還是 Vector 型的版本，Distribution 是由類型來決定，用戶并沒有選擇。比如對于 Color（這是一個包含了 RGB 的 Vector）只能使用 Vector Uniform Distrution，但 Lifespan（單個 Float 變量）只能使用 Float Uniform Distrution。