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粒子系統(tǒng)的煙花動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)
在計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，將隨機(jī)分布的粒子集合構(gòu)成的景物形象定義成粒子系統(tǒng)，粒子本身是構(gòu)成景物形象的最簡(jiǎn)單圖元，通過(guò)局部圖元的特征和動(dòng)態(tài)的變化展現(xiàn)出整個(gè)景物環(huán)境的變化，于是就能夠展現(xiàn)出隨機(jī)性，動(dòng)態(tài)性以及模糊性等特征，因此粒子系統(tǒng)被認(rèn)為至今為止最為成功的一種能夠模擬不規(guī)則且具有模糊印象的圖形算法，對(duì)自然界的雪花，霧氣，煙花，火焰，煙等景象能夠很少的模擬，粒子系統(tǒng)構(gòu)建的影響通過(guò)渲染能夠展現(xiàn)出非常真實(shí)，現(xiàn)在很多好萊塢電影以及游戲制作中，粒子系統(tǒng)圖形算法得到了廣泛的應(yīng)用，一起看看吧！
1 粒子系統(tǒng)基礎(chǔ)概念
粒子系統(tǒng)本身是一個(gè)集合體，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中很多景觀都是模糊的，而且還具有流動(dòng)變化的屬性，粒子系統(tǒng)就是將這種模糊又變化的粒子組成一個(gè)結(jié)合，形成粒子系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)具有離散和連續(xù)兩大屬性，通過(guò)粒子對(duì)空間的充斥和運(yùn)動(dòng)，且粒子之間相對(duì)獨(dú)立，同時(shí)相互不能穿透，在時(shí)空上具有一定的變化，同時(shí)擁有顏色，亮度，形狀以及立體體積的外觀形象以及具有運(yùn)動(dòng)的特性和生命周期。其中顏色及亮度及形狀會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化；粒子在不同的應(yīng)用環(huán)境中會(huì)具有不同的屬性，比如在霧氣中，就和在煙花中的屬性就有偏差，每個(gè)粒子都會(huì)有生命周期，所謂粒子生命周期包括新生，活動(dòng)和死亡，在粒子的生命周期里，粒子從形狀和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)變化過(guò)程是隨即的，因?yàn)榱Ｗ酉到y(tǒng)本身就是描述模糊景物，因此涉及到粒子的各種參數(shù)是隨機(jī)的，包括初始值也要隨機(jī)。目前粒子模型主要有兩種，一種是虛擬，另一種就是實(shí)體，無(wú)論是虛擬還是實(shí)體都具有模糊特征，比如虛擬的雪花，煙霧，實(shí)體景物中的人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)等。對(duì)于簡(jiǎn)單的模糊景物就能夠通過(guò)改變動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)值來(lái)模擬動(dòng)態(tài)效果，復(fù)雜景物就需要對(duì)這個(gè)物體進(jìn)行分割，然后針對(duì)每一個(gè)小部分列出動(dòng)力學(xué)方程，然后針對(duì)每個(gè)部分來(lái)進(jìn)行幀計(jì)算，再繪制成整體。
2 煙花粒子系統(tǒng)分析
2.1 煙花粒子模型系統(tǒng)分析
因?yàn)闊熁ǖ男螤钍乔Р钊f(wàn)別的，但是都具有一些基本的特征，因此在煙花粒子建模方面就應(yīng)該把握住核心特征，并且結(jié)合不同的煙花形狀來(lái)設(shè)置不同的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如現(xiàn)在廠家的煙花形狀就有球狀，風(fēng)車(chē)狀，天女散花狀以及菊花狀等，這些不同形狀的煙花實(shí)際上僅僅需要通過(guò)設(shè)置不同的參數(shù)和動(dòng)態(tài)模型就能夠?qū)崿F(xiàn)不同的燃放效果。煙花粒子模型的主要模式就是分成兩個(gè)部分，一個(gè)就是燃放點(diǎn)，另一個(gè)就是爆炸點(diǎn)，無(wú)論是燃放點(diǎn)和爆炸點(diǎn)都是隨機(jī)的，不過(guò)這個(gè)隨機(jī)過(guò)程分為橫向和縱向之分，一般燃放點(diǎn)都是屏幕的下方，爆炸點(diǎn)會(huì)有兩種情況，一種是爆炸點(diǎn)和燃放點(diǎn)一致，另一種就是爆炸點(diǎn)和燃放點(diǎn)的軌跡一致，但是這個(gè)爆炸點(diǎn)是在屏幕的上方，結(jié)合煙花的燃放模式，所以在煙花模型的主要特征上來(lái)分析，那就是在燃放點(diǎn)不會(huì)釋放所有粒子，只要將一個(gè)粒子向空中運(yùn)動(dòng)，并給這些粒子賦初始值，另一種就是在空中爆炸，此時(shí)通過(guò)設(shè)置不同的初始值來(lái)展現(xiàn)煙花粒子的不同形狀，同時(shí)通過(guò)紋理映射技術(shù)來(lái)讓煙花粒子展現(xiàn)出立體效果。
�。�1）天女散花模型
這個(gè)煙花粒子系統(tǒng)模型的燃燒點(diǎn)和爆炸點(diǎn)是結(jié)合的，因此燃放和爆炸運(yùn)動(dòng)軌跡初始點(diǎn)是同一個(gè)點(diǎn)，粒子要在第一幀產(chǎn)生，在隨后時(shí)空里要對(duì)粒子的屬性進(jìn)行隨機(jī)設(shè)置，保證一定粒子數(shù)。如果太少就不會(huì)產(chǎn)生天女散花的效果，而數(shù)目太多，處理速度變慢，就會(huì)影響實(shí)時(shí)效果。因?yàn)闊熁ㄔ谌挤胚^(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同的形狀，如果和現(xiàn)實(shí)一樣太過(guò)于困難，通過(guò)設(shè)置不同粒子形狀能夠解決這一問(wèn)題。并將這些不同的粒子形狀按照（1、2、……n）序列號(hào)設(shè)置，并對(duì)這些粒子使用隨機(jī)函數(shù)賦值，同時(shí)初始值就應(yīng)該映射紋理，提升粒子的三維屬性。目前粒子初始形狀公式為：形狀=int（形狀均值+rand（形狀方差））；對(duì)于這個(gè)公式中的int函數(shù)是定義粒子的初始屬性。而下面的位置，速度和顏色公式則主要定義粒子在空間變化的屬性。
位置公式：位置P（fi）=P（fi-1）+ V（fi -1）dt
速度公式：速度V（fi）=V（fi-1）+ adt
顏色公式：顏色C（fi）=C（fi-1）+ △Cdt
粒子存活時(shí)間公式：生存期L（fi）=L（fi-1）-1
小a是粒子運(yùn)動(dòng)的加速度，△C則是粒子的顏色變化比率，生存期的公式設(shè)置的目的就是讓粒子產(chǎn)生到消亡能有一個(gè)時(shí)間上和變化上的界定。
�。�2）牡丹和激光模型
這個(gè)模型是讓粒子在空中燃放，粒子在初始幀產(chǎn)生之后，在后面的運(yùn)動(dòng)中不會(huì)再產(chǎn)生新粒子，其中粒子的屬性，活動(dòng)及消亡條件如同天女散花模型，然后將球狀的煙花模型投影到平面，再加上變化的紋理映射，再結(jié)合BillBoarding技術(shù)就能夠得到類(lèi)似牡丹或者激光的煙花模型。
2.2 煙花粒子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
（1）煙花粒子系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
structfire_point t {
float tdir； //定義運(yùn)動(dòng)粒子方向
float tspeed； ；//初始速度
float tr，g，b；//初始基本顏色屬性
float tx，y； ；//粒子隨機(jī)坐標(biāo)位置
}；
structfirework
{
int ttype； ；//定義煙花的形狀模型
float tx，y； ；//燃放位置
float tt； ；//粒子存活時(shí)間
float tdir；
int tflag，counter；
structfire_point tfp[MAX_POINTS]；//爆炸粒子
structfirework k*next； ；//進(jìn)入下一個(gè)煙火
}；
�。�2）煙花粒子系統(tǒng)的生成步驟
以下簡(jiǎn)單探討一下天女散花煙花模型的繪制，其一在燃燒點(diǎn)添加煙花粒子；其二給初始粒子賦值；其三繪制初始煙花粒子；其四根據(jù)虛擬時(shí)間對(duì)每一幀的煙花粒子通過(guò)公式賦予不同的屬性；其五粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中添加紋理映射；其六粒子生存期值減1；其七部分煙花粒子消亡；其八隨機(jī)產(chǎn)生新的煙花粒子；其九繪制新的煙花粒子。圖3是通過(guò)煙花模擬示意圖。
3 總結(jié)
通過(guò)對(duì)天女散花等煙花粒子系統(tǒng)模型的應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合了紋理映射和BillBoarding 技術(shù)能夠有效的展現(xiàn)出四種煙花的燃放過(guò)程，這四種燃放模型具有一定的通用性，只需要改變不同的參數(shù)就能夠達(dá)到不同的效果，同時(shí)利用了OpenGL顯示列表的繪圖功能，進(jìn)一步優(yōu)化了程序的性能，實(shí)現(xiàn)了基本的三維效果和實(shí)時(shí)性。
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AuthorWare動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)技巧10-06