粒子体系简介：
粒子体系是指计算机图形学中模仿特定现象的技能，它在模仿天然现象、物理现象及空间扭曲上具备得天独厚的优势，能为我们实现一些真实天然而又带有随机性的效果（如爆炸、烟花、水流）提供了方便。Cocos2d-x引擎中就为我们提供了强大的粒子体系（确实Billboard Particle 是参考的cocos的源代码）。
cocos粒子体系源代码
粒子体系的分类：
今世的 Particle 有三种
• Billboard Particle
• Mesh Particle
• Ribbon Particle
作者本人先实现的是第一种 Billboard Particle粒子，背面还会实现 Mesh Particle。其实这两种斌没有本质上的区别，都是mesh+实例化+内存粒子+粒子的活动变换（可以各种物理量模仿仿真，以致实现对象群）的管理等等，但是Billboard Particle粒子这种是最原始最简朴的粒子，可以直接一张纹理或者播放序列帧，额Mesh Particle更通用，起首理论上可以是任意模子，而Billboard Particle粒子只是公告板或者普通的说是四边形。再者发射的Mesh的材质可以任意，比Billboard Particle粒子效果更美更机动~
相较而言，UE的粒子更多，尚有别的三种：
粒子的属性：
粒子的属性包罗很多，也包罗各种受力，物理量的粒子。好比最常见的基本， 粒子属性： 坐标，初速率巨细、速率的方向，巨细，颜色，生命周期、质量、粒子的纹理（可以作成序列帧）等等。同时包罗随机量！这个很关键 随机范围为 [start - variance/2, start + variance/2]-[end - variance/2, end + variance/2]；
粒子发射器：
获取到全部的粒子，掌管整个粒子体系中该发射器发射的粒子，包罗生命周期、死亡等等！除此之前粒子发射器有三个作用：
– 具体规定粒子产生的规则
– 具体规定粒子模仿的逻辑
– 形貌怎样渲染粒子（特殊是透明混淆等等的标题）
发射器属性：
发射器也有很多的属性，包罗发射器的位置，好比我在项目中经常用的区域发射器，就有区域坐标属性，在该区域内随机new 粒子cell，以致还可以做一个镂空，所以需要镂空坐标。对于线性发射器属性包罗start的坐标，尚有end的坐标。
粒子的活动物理量-力场：
除此之外粒子还要受力场的影响
除此之外粒子还要受力场的影响，常见的三种力场：
本人身为物理课代表大学后特殊工作以来物理有一些还给物理老师，所以复习啦一下下面理出各种力，匀变速活动，圆周活动等等的公式
1、 最常见的重力是一种全局设置，实用于场景中的全部物理体系。G = g*m;此中m为质量，g为重力加速率，G为重力。
2、氛围阻力特殊要指出，氛围阻力跟速率的平方程正比，而且！氛围阻力方向与活动方向或者说速率方向相反！
3、引力N/R^2 引力的巨细N与所粒子当前与引力中央点的间隔R，根据欧拉公式获取sqrt((x1-x2)2+((y1-y2)2+(z1-z2)^2)
匀变速活动公式：
速率：v1 = v0+at 此中v0初速率，a为加速率，t通常为当前一帧的时间。
位置公式 S=v0t + (1/2 *a *t)
均匀速率：V =( v1 +v2)/2
牛二定律：F=am 此中a为加速率，m为粒子的质量
圆周活动公式
1、v（线速率）=S/t=2πr/T=ωr=2πrf (S代表弧长，t代表时间，r代表半径) 。
2、ω（角速率）=θ/t=2π/T=2πn （θ表现角度或者弧度） 。 3、T（周期）=2πr/v=2π/ω 。
4、n（转速）=1/T=v/2πr=ω/2π 。
5、Fn（向心力）=mrω2=mv2/r=mr4π2/T2=mr4π2f2 。
6、an（向心加速率）=rω2=v2/r=r4π2/T2=r4π2n2 。
7、vmax（过最高点时的最小速率）=√gr （无杆支持）。。
粒子体系的通用焦点实现：
这里重要是抛砖引玉，粒子更关注的是位置、与生命周期管理以及内存性能等等标题！至于渲染都是通用的就好比粒子也可以使用PBR，或者各种殊效好比溶解，自觉光、Glitter等等都是通用的这里就不特地在重复。
生命周期管理：
- GLuint nr_particles = 500; //预设置粒子的总数*每个粒子消耗内存数量 = 总数
- std::vector<Particle> particles; //粒子数组 方便管理粒子
- for (GLuint i = 0; i < nr_particles; ++i)
- particles.push_back(Particle());
- GLuint nr_new_particles = 2;
- // Add new particles
- for (GLuint i = 0; i < nr_new_particles; ++i)
- {
- int unusedParticle = FirstUnusedParticle();
- RespawnParticle(particles[unusedParticle], object, offset);
- }
- // Update all particles for
- (GLuint i = 0; i < nr_particles; ++i)
- {
- Particle &p = particles[i]; p.Life -= dt;
- // reduce life
- if (p.Life > 0.0f) {
- // particle is alive, thus update
- p.Position -= p.Velocity * dt;
- p.Color.a -= dt * 2.5;
- }
- }
- //但是为了提高利用率，找到第一个消亡的粒子然后用一个新产生的粒子来更新它
- GLuint lastUsedParticle = 0;
- GLuint FirstUnusedParticle()
- {
- // Search from last used particle, this will usually return almost instantly for
- (GLuint i = lastUsedParticle; i < nr_particles; ++i)
- {
- if (particles[i].Life <= 0.0f)
- {
- lastUsedParticle = i;
- return i;
- }
- }
- // Otherwise, do a linear search for
- (GLuint i = 0; i < lastUsedParticle; ++i)
- {
- if (particles[i].Life <= 0.0f)
- { lastUsedParticle = i; return i;
- }
- }
- // Override first particle if all others are alive
- lastUsedParticle = 0;
- return 0;
- }
帧粒子或者 Billboard Particle 的vs:
- #version 330 core
- layout (location = 0)
- in vec4 vertex; // <vec2 position, vec2 texCoords>
- out vec2 TexCoords;
- out vec4 ParticleColor;
- uniform mat4 projection;
- uniform vec2 offset;
- uniform vec4 color;
- void main() {
- float scale = 10.0f;
- TexCoords = vertex.zw;
- ParticleColor = color;
- gl_Position = projection * vec4((vertex.xy * scale) + offset, 0.0, 1.0);
- }
最简朴的帧粒子或者 Billboard Particle 的实现ps:
- #version 330 core
- in vec2 TexCoords;
- in vec4 ParticleColor;
- out vec4 color;
- uniform sampler2D sprite;
- void main() {
- color = (texture(sprite, TexCoords) * ParticleColor);
- }
- particleRender:getStateBlock():setDepthTest( true ); --始终开着
- particleRender:getStateBlock():setDepthWrite( ); --可以选择true 或者 false来设置是否深度写入。需要粒子的遮挡关系：粒子最后渲染队列中渲染，开启混合，深度测试始终打开，深度写入关闭，片元 将无法通过深度测试。
- particleRender:getStateBlock():setBlend( true ); --公告板的粒子要开启混合，粒子的渲染顺序要当做半透明的方式排序
1、point sprites实现拖尾的粒子
在filament中的案例有point_sprites 效果如图：
//拖尾的焦点
- static Vertex kVertices[NUM_POINTS];
- static float kPointSizes[NUM_POINTS];
- static uint16_t kIndices[NUM_POINTS];
- constexpr float dtheta = M_PI * 2 / NUM_POINTS;
- constexpr float dsize = MAX_POINT_SIZE / NUM_POINTS;
- constexpr float dcolor = 256.0f / NUM_POINTS;
- for (int i = 0; i < NUM_POINTS; i++) {
- const float theta = dtheta * i;
- const uint32_t c = dcolor * i;
- kVertices[i].position.x = cos(theta);
- kVertices[i].position.y = sin(theta);
- kVertices[i].color = 0xff000000u | c | (c << 8u) | (c << 16u);
- kPointSizes[i] = MIN_POINT_SIZE + dsize * i;
- kIndices[i] = i;
- }
本人最近实现了一种追随的粒子，跟随着某一点活动而活动，活动的轨迹是曲线的。
实现焦点原理：每次update，识别点的pos 减去粒子当前的位置pos1得到的向量修改粒子的速率的方向（发射器或者粒子初始位置任意），速率巨细恒定稳固。
3、基于GPU的粒子
上述的两种都是基于CPU的粒子，由于它们都是在GPU中举行运算的，其实对于大量的极点或者变换还是GPU最擅长，而且能充实发挥GPU的性能！感兴趣的可以具体看一下
github地址：keijiro/Skinner: Special Effects with Skinned Mesh in Unity (github.com)
Skinner is a collection of special effects that use vertices of an
animating skinned mesh as emitting points. It uses a special
replacement shader to convert vertex positions into GPU-friendly data,
and thus it avoids spending extra memory and CPU time for handling
them (uses GPU resources instead).
- Skinner 是一种殊效，它使用动画技能中的蒙皮网格的极点作为发射点。 它使用特殊的替换着色器将极点位置转换为GPU能识别而且使用的数据，从而制止耗费额外的内存和CPU时间来处理它们（而是使用GPU资源）。
粒子体系的性能优化：
CPU的粒子：
GPU的粒子：
- 高并行运算，得当大量粒子的模仿计算
- 可以开释CPU功耗来举行游戏本身计算
- 方便得到深度缓冲来做遮挡判断
参考资料：
Skinned Mesh原明白析和一个最简朴的实现示例_n5的博客-CSDN博客
联合源码看《我所明白的cocos2dx-3.0》—— 粒子体系_fztfztfzt的博客-CSDN博客
GAMES104_Lecture12_Effects.pdf (boomingtech.com)
来源：https://blog.csdn.net/chenweiyu11962/article/details/127130466
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！ |
