Системы частиц

Система частиц - действительно универсальная техника, позволяющая создавать сложные движущиеся структуры, производящие динамические и «нечеткие» эффекты. Эти структуры используются для моделирования абстрактных эффектов огня, дыма, взрывов, электричества, фонтанов, ракетных следов, стая, магии и многих других. Все эти эффекты трудно воспроизвести с помощью традиционных жестких объектов: частицы представлены не набором примитивных элементов поверхности, а точечными массами, образующими объем примитивов частиц. Еще одна отличительная особенность - частицы не статичны - они могут со временем менять не только свое положение, но и форму.

Огонь и дым моделируются с помощью систем частиц

Система частиц состоит из трех основных сущностей:

• Эмиттер - источник, испускающий частицы в соответствии со значениями, установленными в параметрах группы Emitter.
• Сами частицы, которые испускаются согласно заранее заданному поведению после ипускания .
• Дополнительные физические эффекты, применяемые к частицам и влияющие на их поведение.

Смотрите также#

Чтобы создать частицы, выполните следующие действия:

1. В строке меню щелкните Create -> Particle System -> Particles.

   

2. Поместите объект Particles где-нибудь в мире.
3. Настройте параметры частиц.

Поведение эмиттера частиц задается в параметрах Emitter.

Clear On Enable	Разрешает повторную инициализацию системы частиц каждый раз при ее включении. Когда эта опция отключена, включение системы частиц восстанавливает состояние, в котором она была до выключения.
Emitter Enabled	Включает эмиттер.
Emitter Sync	Включает синхронизацию дочерней системы частиц с родительской, даже если для дочерней системы частиц опция Emitter Enabled отключена.
Emitter Shape	Форма объема, внутри которого генерируются частицы: Point - частицы испускаются из одной точки. Sphere - частицы генерируются в случайных положениях внутри сферы с заданным радиусом . Cylinder - частицы генерируются в случайных положениях внутри цилиндра с указанным радиусом и высотой . Box - частицы генерируются в случайных положениях внутри куба, который имеет заданную ширину (ось X), высоту (ось Y) и глубину (ось Z). Spark - этот эмиттер генерирует частицы в точках столкновения родительских частиц. Система частиц Spark должна быть дочерним узлом системы частиц, которая генерирует исходные частицы. Излучатель искры можно использовать для моделирования каскадов частиц. Random - частицы генерируются на поверхности произвольного родительского меша (mesh). Система частиц должна быть дочерним узлом меша. Во время рендеринга случайные вершины меша выбираются для генерации частиц.
Emitter Size	Размер источника частиц. Количество полей (будь то радиус или граничные размеры) зависит от выбранной формы.
Particles Type	Billboard представляют вращающиеся квадратные плоскости, ориентированные на камеру. Например, частицы-билборды можно использовать для создания дыма. Частицы Flat перпендикулярны оси Z своей системы частиц. Они хороши для имитации некоторых эффектов на плоских поверхностях, таких как вода. Point частицы подобны типу билборда. Они также всегда смотрят в камеру, но имеют фиксированную ориентацию по экрану. Частицы Length - это частицы билборда, которые можно растягивать в направлении своего движения. Stretching - регулируемый коэффициент. С помощью этого типа частиц можно эффективно моделировать искры и брызги. Random частицы - это квадратные частицы, случайно ориентированные в пространстве. С помощью этого типа частиц удачно имитируется листопад. Частицы Route можно использовать для создания следов от движущихся объектов (например, следа за кораблем). Они похожи на предыдущую реализацию плоских частиц. Частицы Chain - это частицы-билборды, которые образуют непрерывный визуально непрерывный поток. Их длина напрямую зависит от интенсивности излучения эмиттера. Этот тип частиц предназначен для использования с Emitter Shift, создавая после себя цепной след.
Sequence Order	Порядок рендеринга систем частиц, особенно при создании сложных эффектов, таких как выстрелы (с дульной вспышкой, дымом и самим выстрелом, каждый из которых представлен отдельной системой частиц). Этот параметр очень похож на Rendering Order в настройках материалов. Но он позволяет установить последовательность рендеринга внутри иерархии системы частиц, чтобы избежать таких ситуаций, когда дым от далекого выстрела рендерится поверх огня выстрела переднего плана. 0 означает сортировку по умолчанию в соответствии с ограничивающими рамками систем частиц. Частицы с наименьшим порядковым номером визуализируются первыми и покрываются частицами с наивысшим порядковым номером, которые визуализируются последними и выше других.
Emitter Shift	Включение этого флажка заставляет эмиттер генерировать частицы только тогда, когда система частиц движется.
Emitter Continuous	Включает непрерывные частицы, которые следуют за смещением эмиттера.
Texture Atlas	Включение этой функции приводит к следующему: случайное изображение из текстуры альбедо подбирается для каждой частицы. Примечание Чтобы использовать эту опцию, Анимация текстуры должны быть отключена.
Texture Atlas Size	Размер текстурного атласа.
Random Flip X	Переворот случайно испускаемых частиц по горизонтали (по оси X).
Random Flip Y	Переворот случайно испускаемых частиц по вертикали (по оси Y).
Warming On Start	Включает и выключает инициализацию системы частиц с иллюзией предшествующей активности. Система частиц развивается со временем, поэтому после встречи с ней в виртуальном мире система только начинает работать. генерируется, частица за частицей, пока вся система не приобретет желаемый вид. Когда персонаж выйдет на поляну, мы увидим, как постепенно разгорается огонь. Стартовый прогрев для частиц позволяет сразу рендерить полноценную систему частиц. Техническая реализация горячего старта следующая: когда система частиц инициализируется при столкновении, ее жизнь вычисляется, начиная с рождения первой частицы до ее исчезновения. После этого система частиц считается развитой и отображается в этом состоянии. Расчеты производятся с фиксированной частотой кадров 25 кадров в секунду, что является минимумом, необходимым для правильного моделирования систем частиц (см. Также информацию о корреляция между частотой кадров ). Стартовый прогрев можно включить без какого-либо пагубного воздействия на любые системы частиц, кроме огромных.
Max Warming Time (Sec)	Максимальное время прогрева системы частиц.
Spawn Rate	Количество действий возрождения в секунду. Значение определяет, сколько раз определенное количество частиц будет создан за одну секунду . Например, значение 5 соответствует 5 действиям появления в секунду. 0 приводит к отсутствию частиц вообще.
Number Per Spawn	Количество частиц, которые будут порождаться одновременно каждый раз в соответствии с параметром Spawn Rate.
Spawn Threshold	Порог количества частиц в зависимости от скорости родительских частиц. Этот параметр используется для дополнительной синхронизации количества частиц, порождаемых spark а также random эмиттеры с родительской системой частиц. Примечание Порог для эмиттера random функционирует только с системой частиц в качестве родительского узла. При значении 0 частота появления эмиттера spark не зависит от родительской системы частиц. Чем выше пороговое значение, тем выше должна быть скорость исходных частиц для возникновения искры. Если он недостаточно высок, то частиц будет мало, если таковые будут.
Limit Per Spawn	Общее максимальное количество частиц, испускаемых за раз. Этот параметр указывает количество частиц, которые могут одновременно существовать в мире. Другими словами, количество существующих в мире частиц не может превышать предельное значение. Например, если значение Number per Spawn равно 10, а значение Limit Per Spawn равно 5, будет испущено 5 частиц. И никакие частицы не будут порождаться, пока не будут созданы предыдущие.
Life Time (Sec)	Продолжительность существования частиц после испускания в секундах. Этот параметр также имеет значение Spread, которое создает разнообразие значения Life Time в секундах.
Delay	Эта опция определяет время, которое должно пройти между инициализацией родительской системы и инициализацией дочернего узла. Если задана какая-либо задержка, родительская система начинает испускать частицы, а после задержки активируется генерация дочерних частиц. Если у системы частиц нет дочерних элементов, задержка определяет время, по истечении которого частицы испускаются. Этот параметр также имеет значение Spread, которое создает различную задержку инициализации частицы в секундах.
Period	Продолжительность паузы между циклами генерации в секундах. Если установлено значение 0, частицы порождаются постоянно, без пауз. Если указана бесконечность (inf), эмиттер частиц становится неактивным после одного цикла генерации. Этот параметр также имеет значение Spread, которое создает вариацию значения периода в секундах.
Duration	Продолжительность цикла генерации, в течение которого происходит испускание, в секундах. Чем выше значение, тем дольше периоды генерации частиц. Установка значения 0 означает, что частицы порождаются одновременно в бесконечно малом интервале времени (т.е. в течение одного кадра). Это значение можно использовать, например, когда вам нужно смоделировать выстрел из одночастичной пушки. Этот параметр также имеет значение Spread, которое создает разновидность значения Duration в секундах.
Spread (+/-)	Опция Spread вводит дополнительную модуляцию соответствующего параметра. Он представляет собой диапазон значений, которые могут быть случайным образом добавлены или вычтены из указанного значения параметра.

Этот набор параметров определяет, как частицы ведут себя после испускания:

Параметры настройки значений#

Depth Sort	Сортировка по глубине требуется, если частицы используют альфа-смешение (кроме аддитивного ). Если этот параметр не включен, то на основе данных буфера глубины непрозрачные объекты, расположенные дальше, могут неправильно отображаться перед прозрачными частицами. При сортировке по глубине геометрия отображается в порядке от задней части к передней , что исключает визуальные артефакты.
Emitter Based	Включение этой опции заставляет частицы двигаться вместе с эмиттером.
Position	Координаты положения частицы относительно излучателя по осям X , Y и Z.
Gravity	Сила тяжести, действующая на частицы по осям X , Y и Z. Положительные значения равны вектору силы тяжести, направленному вверх. Отрицательные значения равны вектору силы тяжести, направленному вниз. Вращение узла системы частиц не влияет на вектор гравитации.
Direction	Направление, в котором движутся все испускаемые частицы, образуя поток, заданное по осям X , Y и Z.
Velocity	Скорость движения частиц в заданном направлении , в единицах (unit) в секунду. Чтобы поток выглядел естественно, конечная скорость каждой отдельной частицы может отличаться, если задан диапазон значений.
Linear Damping	Уменьшение частиц линейное скорость со временем. Этот параметр используется для моделирования эффекта трения среды для частиц.
Angle	Угол ориентации частиц в пространстве, в градусах. Если значение угла установлено на 180 градусов, частицы будут случайным образом ориентированы во всех направлениях. Примечание Эта опция недоступна для частиц типов point и length.
Rotation Speed	Угловая скорость частиц в градусах в секунду. Положительные числа вращают частицы по часовой стрелке. Отрицательные числа вращают частицы против часовой стрелки.
Radius	Радиус (половинный размер) частицы.
Increase In Radius	Увеличение размера частицы в единицах в секунду. Положительные числа приводят к увеличению роста частиц после их появления. Например, в небе растут и разлетаются фейерверки. Отрицательные числа определяют постепенно уменьшающиеся частицы. Например, чтобы имитировать дым, рассеивающийся в воздухе.
Length Stretch	Растяжка биллборда частиц, доступная для Length Particles. При значении 0 частица длины представляет собой просто квадратный биллборд. При увеличении значения частицы растягиваются в направлении их движения. Результат рассчитывается путем умножения значения растяжения на скорость частицы. Таким образом, чем выше скорость, тем сильнее растягиваются частицы в направлении своего движения, в то время как другая сторона остается той же ширины. Sparks Length Stretch = 0 Sparks Length Stretch = 0.3
Length Flattening	Делает Length Particles не ориентированным на камеру, как обычные частицы билборда, а более перпендикулярным оси Z. При значении 0 частицы не сплющиваются. При максимальном значении 1 частицы будут плоскими (перпендикулярно оси Z) при испускании. Length Flattening = 0 Length Flattening = 1

Взаимодействие частиц ограничивается применением силы и столкновения с внешними объектами. Есть два метода обнаружения столкновения с внешними объектами: с помощью параметра Physics Intersection или параметра Collision.

Примечание

Столкновения частиц с частицами не проверяются, поскольку обнаружение столкновений - дорогостоящая операция.

Physical Mask	Для более избирательного взаимодействия систем частиц с физическими узлами используется битовая маска physical. Эта битовая маска устанавливается как для системы частиц, так и для силы . Эти маски должны иметь хотя бы один совпадающий бит, иначе не будет никакого взаимодействия. Другие части маски могут соответствовать маскам других сил, обеспечивая тем самым полный контроль над интеграцией сцены.
Physical Mass	Чтобы участвовать в динамике сцены, частицы должны иметь определенную массу в килограммах. Это значение определяет интенсивность воздействия физического узла на поток частиц. Примечание Параметр Physical Mass не влияет на другие вычисления. При массе 0 траектория системы частиц не подвержена никаким внешним силам. Чем больше масса, тем тяжелее частицы и тем меньше физических узлов может ослабить их поток, растянуть их или иным образом повлиять на них.
Restitution	Сила частиц, отскакивающих от препятствия. Эта опция очень удобна для моделирования некоторых водных эффектов, включая брызги. Сила эффекта отскока зависит как от параметра восстановления частиц, так и от значения параметра поверхности восстановления, установленного для сталкивающегося объекта (Properties -> Parameters -> Restitution). При минимальном значении 0 частицы не отскакивают. При максимальном значении 1 угол падения частиц равен углу их отскока.
Roughness	Шероховатость поверхности препятствия, с которым сталкивается частица. Он определяет, разлетаются ли частицы в разных направлениях или реагируют как однородно направленный поток. Минимальное значение 0 означает, что траектория всех частиц после столкновения одинакова. Максимальное значение 1 означает, что частицы разлетаются в разные стороны и немного под углом. Этот угол, возникающий из-за шероховатости частиц, также влияет на отскакивание.
Collision	Включает обнаружение столкновений по всей форме частицы. Если частицы достаточно большие, этот метод предпочтительнее, чем Intersection, так как обеспечивает более высокую степень визуального реализма: частицы реагируют в соответствии с заданными параметрами, когда их край или вершина соприкасаются с объектом. Расчеты столкновений обходятся дороже, поэтому системам с большими частицами следует осторожно использовать эту опцию.
Intersection	Включает обнаружение пересечения с центром частицы. Физическое пересечение может выглядеть немного неестественным, поскольку физическая реакция начинается только тогда, когда половина частицы уже проникла в сетку, но она отлично подходит, если много мелких частиц. Основным преимуществом этого метода является то, что он быстрый и дешевый по производительности. Физические пересечения обнаруживаются для сопоставления битовые маски пересечения физики .
Destroy In Collision/Intersection	Включает и выключает отбраковку частиц, которые уже подверглись столкновению или пересечению.

Частицы могут быть визуализированы в процедурную текстуру, которая будет использоваться Orthographic Decal или Field Height. Эту функцию можно использовать, например, для создания эффектов следа от корабля или брызг масла.

Доступны следующие настройки:

Rendering	Включает рендеринг частиц в процедурную текстуру.
Positioning	Определяет режим позиционирования, который будет использоваться для дочерних узлов (декаль или поле) с использованием процедурной текстуры, в которую визуализируется система частиц. Доступны следующие значения: Manual - положение дочернего узла декали / поля можно изменить вручную Auto - положение дочернего узла декали / поля, использующего процедурную текстуру, автоматически определяется положением системы частиц и не может быть изменено вручную Примечание Вступает в силу только тогда, когда в Procedural Parenting выбрано значение Children.
Parenting	Определяет взаимосвязь между системой частиц и узлом типа Decal / Field, который использует процедурную текстуру, в которой отображается система частиц: Parent - узел декали / поля является родителем системы частиц Children - узел декаля / поля является дочерним элементом системы частиц
Resolution	Задает разрешение процедурной текстуры, в которой визуализируются частицы. 128x128 256x256 512x512 1024x1024 2048x2048 4096x4096 8192x8192 Custom активирует дополнительные поля для указания настраиваемого разрешения.

Более сложные изменения в дальнейшем движении частиц можно получить, применив дополнительные физические эффекты. Они влияют на поток частиц в нужном направлении или, наоборот, отклоняют его. Эффекты могут быть трех основных типов:

• Силы
• Шум
• Дефлекторы

Нет ограничений на количество дополнительных физических эффектов, применяемых к одной системе частиц, и они могут свободно перекрываться, что позволяет легко и быстро создавать сложные траектории.

Силы#

Этот эффект представляет собой силу, сосредоточенную в точке, приложение которой ограничено сферой. Силовую сферу можно разместить в любом месте сцены и при необходимости повернуть. Однако, чтобы сила повлияла на движение частиц, они должны находиться внутри ее радиуса .

Attached	Если флаг включен, силы перетаскиваются и вращаются вместе со всей системой частиц (и их положение также определяется относительно системы, которая представляет собой ноль системы координат силы). Если флаг выключен, на силы не влияют изменения положения системы.
Position	Положение силовой сферы в мировых координатах, в единицах.
Rotation	Угол поворота в градусах.
Radius	Радиус сферы, в пределах которой сила действует на частицы.
Attenuation	Расстояние затухания силы от границы, в единицах. 0 означает отсутствие затухания, и влияние силы резко прекращается при пересечении границы сферы. Чем выше значение затухания, тем ближе к центру силы начинает ослабевать.
Attractor	Сила силы притяжения. Если задано положительное значение, частицы отталкиваются и удаляются от центра силы. Если задано отрицательное значение, все частицы притягиваются и движутся в направлении центра силы. При значении 0 свойство неактивно и не влияет на движение частиц.
Rotator	Сила силы вращающего поля, в котором частицы вращаются вокруг центра силы. Положительные значения вращают частицы по часовой стрелке. Отрицательные значения вращают частицы против часовой стрелки. При значении 0 свойство неактивно и не влияет на движение частиц.

Шум#

Физический шум - это область в форме куба, которая добавляет поток распределения на основе текстуры объемного шума.

Attached	Если флажок установлен, кубы шума перетаскиваются и вращаются вместе со всей системой частиц (и их положение также определяется относительно системы, которая представляет собой ноль системы координат шума). Если флаг выключен, на шумы не влияют изменения положения системы.
Position	Положение шумового куба в мировых координатах, в единицах.
Rotation	Угол поворота в градусах.
Offset	Смещение выборки текстуры шума по осям.
Step	Размер шага дискретизации текстуры шума по осям.
Force	Множитель силы. Чем выше значение, тем выше значение результирующей силы, воздействующей на объект внутри шумового объема.
Scale	Масштаб текстуры шума в диапазоне от 0 до 1.
Frequency	Число октав шума в диапазоне от 0 до 32. Чем выше значение, тем больше деталей имеет текстура шума.
Size	Размер текстуры шума в пикселях.

Дефлекторы#

Дефлектор - это поверхностное поле, которое не имеет визуального представления, но физически взаимодействует с системой частиц (конечно, никакие другие объекты не подвергаются влиянию). В зависимости от указанного размера он может быть прямоугольным или квадратным, а также произвольно размещенным или повернутым для покрытия необходимой площади.

Дефлекторы односторонние , то есть частицы могут беспрепятственно проникать в них с одной стороны, а взаимодействовать только с противоположной, например, при падении на нее сверху.

Type	Дефлекторы бывают двух типов: Reflector - невидимая поверхность, предназначенная для дополнительного отскока и разлета частиц. Clipper - поверхностное поле, которое отсекает все частицы, с которыми оно соприкасается. Если система частиц случайно рассеивается в ненужной области, ее можно обрезать, просто добавив клипер, который не отображает, без дополнительных усилий по корректировке всей системы частиц.
Attached	Если флажок установлен, поверхности дефлектора перетаскиваются и вращаются вместе со всей системой частиц (и их положение также определяется относительно системы, которая представляет собой ноль системы координат дефлектора). Если флаг выключен, на дефлекторы не влияют изменения положения системы.
Position	Положение поля дефлектора в мировых координатах, в единицах.
Rotation	Угол поворота в градусах.
Size	Размер поверхности дефлектора
Restitution	Сила частиц, отражающихся от дефлектора. Минимальное значение 0 означает, что частицы не отскакивают, а скользят по поверхности дефлектора. Максимальное значение 1 делает угол отскока равным углу падения частиц.
Roughness	Шероховатость поверхности дефлектора, с которой сталкиваются частицы. Минимальное значение 0 означает, что поверхность гладкая, а частицы рассеиваются в однородном направлении. Максимальное значение 1 означает, что поверхность неровная, и частицы будут разлетаться под разными углами.

Для создания сложных эффектов необходимо, чтобы все системы частиц были синхронизированы во времени. Установка системы частиц в качестве родительского узла приводит к следующему:

• Все системы частиц, которые являются дочерними узлами, синхронизированы относительно своих родительских систем частиц. Если у дочерних элементов есть собственные дети, они все равно синхронизируются с основной родительской системой, которая является самой высокой в иерархии.
• При создании новой дочерней системы частиц ее необходимо синхронизировать с родительской, отключив и снова включив родительский эмиттер (вкладка Node→ поле Enabled). В этот момент каждая из дочерних систем инициализируется своим Параметры эмиттера (такие как продолжительность излучения , продолжительность паузы генерации, и задержка инициализации).
• Отключение или включение родительского эмиттера (вкладка Node→ поле Enabled) влияет на все дочерние системы частиц: они синхронно прекращают или начинают испускать частицы (испускаемые частицы все еще доживают до своего времени).
• Отключение или включение родительского узла (вкладка Node→ поле Enabled) также влияет на всех дочерних узлов: все системы частиц в иерархии выключаются и включаются - и сохраняют то же состояние, которое было в момент их отключения.

Синхронизация нескольких систем частиц#

Обновление в каждом кадре огромного количества объектов, расположенных далеко от камеры, трудно различимых и наблюдаемых в виде некой массы, является пустой тратой ресурсов.

Чтобы улучшить производительность и избежать чрезмерной нагрузки, симуляцию системы частиц можно обновлять с уменьшенной частотой кадров . Когда система частиц выходит за пределы области, указанной параметром Update Distance Limit, частицы перестают обновляться и статически замирают.

Приведенный ниже набор частот кадров позволяет указать, как часто моделирование частиц должно обновляться, когда система частиц видна, когда видна только ее тень или когда она не видна вообще.

Вкладка Parameters → Раздел Periodic Update

FPS When Object Is Rendered To Viewport	Значение частоты обновления для случая, когда объект отображается в области просмотра.
FPS When Only Object Shadows Are Rendered	Значение частоты обновления, когда сам объект находится за пределами области просмотра, и только его тень отображается в области просмотра.
FPS When Object Is Not Rendered At All	Значение частоты обновления, когда объект и его тень не отображаются в области просмотра.
Update Distance Limit	Расстояние от камеры, до которого необходимо обновить объект.

Примечание

Эти значения не являются фиксированными и могут быть изменены движком в любое время для обеспечения наилучшей производительности.

Эта функция включена с настройками по умолчанию, обеспечивающими оптимальную производительность, и может быть настроена для каждого объекта в UnigineEditor или через API во время выполнения.

Если ваш проект, например, содержит систему невидимых частиц (например, с использованием маски Viewport) и некоторую логику, прикрепленную к ее обновлению (например, порождение некоторых видимых частиц при столкновении с объектами), эта логика не будет работать, поскольку система частиц может обновляться по сниженной цене или вообще не обновляться. Чтобы разрешить обновление таких объектов независимо от их видимости, вы можете установить для параметра Update Distance Limit и соответствующие значения частоты обновления для него равными infinity.

Можно создавать системы частиц на основе сетки. Для этого нужно добавить Mesh Cluster как дочерний узел системы частиц (ObjectParticles). После этого эмиттер начинает автоматически генерировать меши.

Примечание

Измените маску Viewport для частиц, если вы не хотите создавать их вместе с сетками.

Частицы на основе Mesh Cluster