1.概念介绍
2.参考案例
3.个人作品
一、概念介绍
- 简介:粒子系统表示三维计算机图形学中模拟一些特定的模糊现象的技术,而这些现象用其它传统的渲染技术难以实现的真实感的 game physics。经常使用粒子系统模拟的现象有火、爆炸、烟、水流、火花、落叶、云、雾、雪、尘、流星尾迹或者象发光轨迹这样的抽象视觉效果等等。
- 原理:很多细小的粒子从发射器中以一定的初速度和加速度进行向外发射。达到一定的生命周期时,会自己消失。而在整个粒子系统中,还有很多新的粒子会不断地产生。
二、参考案例
1.案例一:受力作用的粒子系统
- 简介
应用运动遵循牛顿第二定律原则F=M*A,同时将力的累加算法作用在粒子上,实现更好的模拟框架 - 实现步骤
1.建立单个粒子类:初始化粒子速度,加速度,绘制粒子,更新位置
2.建立粒子系统类:初始化粒子系统,添加力,绘制粒子系统。
3.实现添加力的函数(思想是将力作用在粒子系统上,系统再将力作用在每个粒子上) - 代码展示
import java.util.Iterator;
ParticleSystem ps;
void setup() {
size(400,400);
smooth();
ps=new ParticleSystem(new PVector(width/2,50));
}
void draw(){
background(0);
PVector gravity =new PVector(0,0.1);
ps.applyForce(gravity);
ps.addParticles();
ps.run();
}
class ParticleSystem {
ArrayList<Particle>particles;
PVector origin;
ParticleSystem(PVector location){
origin=location.get();
particles=new ArrayList<Particle>();
}
void addParticles(){
particles.add(new Particle(origin));
}
void applyForce(PVector f){
for(Particle p:particles){
p.applyForce(f);
}
}
void run(){
Iterator<Particle> it =particles.iterator();
while(it.hasNext()){
Particle p=(Particle)it.next();
p.run();
if(p.isDead()){
it.remove();
}
}
}
}
class Particle {
PVector location;
PVector velocity;
PVector acceleration;
float lifespan;
float mass=1;
Particle(PVector L) {
acceleration =new PVector(0, 0);
velocity=new PVector(random(-1, 1), random(-2, 0));
location=L.get();
lifespan=255.0;
}
void run() {
update();
display();
}
void applyForce(PVector force) {
PVector f =force.get();
f.div(mass);
acceleration.add(f);
}
void update() {
velocity.add(acceleration);
location.add(velocity);
acceleration.mult(0);
lifespan-=2.0;
}
void display() {
stroke(255, lifespan);
fill(255, lifespan);
ellipse(location.x, location.y, 8, 8);
}
boolean isDead() {
if (lifespan< 0.0){
return true;
}else{
return false;
}
}
}
- 效果展示

2.案例二:不同粒子的粒子系统
- 简介
在同一个发射器中,发射出不同的粒子,有各种形状,不同大小,不同颜色。 - 思路
用多态实现粒子系统。使得新的粒子继承原始粒子,重新display(绘制粒子)的函数,最后通过父类引用指向子类对象进行函数的调用。力的作用和使用到的公式同上一个案例

- 拓展
原始案例中没有对每一个粒子的大小形状做出改变。在这里可以使用random函数随机生成粒子的大小和形状。同时将一个粒子系统拓展为多个粒子系统。粒子系统的位置也随机指定。同时加入鼠标的交互,点击鼠标时,改变粒子系统的位置。 - 代码展示
import java.util.Iterator;
ParticleSystem[] ps=new ParticleSystem[5];
void setup() {
size(800, 400);
smooth();
for (int i=0; i<5; i++) {
ps[i]=new ParticleSystem(new PVector(random(100, width), random(0, 200)));
}
}
void draw() {
background(0);
PVector gravity =new PVector(0, 0.1);
for (int i=0; i<5; i++) {
ps[i].applyForce(gravity);
ps[i].addParticles();
ps[i].run();
}
}
void mouseClicked(){
for (int i=0; i<5; i++) {
ps[i]=new ParticleSystem(new PVector(random(100, width), random(0, 200)));
}
}
class Particle {
PVector location;
PVector velocity;
PVector acceleration;
float lifespan;
float mass=1;
Particle(PVector L) {
acceleration =new PVector(0, 0);
velocity=new PVector(random(-1, 1), random(-2, 0));
location=L.get();
lifespan=255.0;
}
void run() {
update();
display();
}
void applyForce(PVector force) {
PVector f =force.get();
f.div(mass);
acceleration.add(f);
}
void update() {
velocity.add(acceleration);
location.add(velocity);
acceleration.mult(0);
lifespan-=2.0;
}
void display() {
stroke(random(125, 255), random(215, 255), random(0, 255), lifespan);
fill(random(0, 255), random(0, 255), random(0, 255), lifespan);
ellipse(location.x, location.y, random(0.5, 15), random(0.5, 15));
}
boolean isDead() {
if (lifespan< 0.0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
}
class Confetti extends Particle {
Confetti(PVector L) {
super(L);
}
void display() {
float theta=map(location.x, 0, width, 0, TWO_PI*2);
rectMode(CENTER);
fill(random(0, 255), random(0, 255), random(0, 255), lifespan);
stroke(random(0, 255), random(0, 255), random(0, 255), lifespan);
rect(location.x, location.y, random(0.5, 15), random(0.5, 15));
}
}
class ParticleSystem {
ArrayList<Particle>particles;
PVector origin;
ParticleSystem(PVector location) {
origin=location.get();
particles=new ArrayList<Particle>();
}
void addParticles() {
float r=random(1);
if (r<0.5) {
particles.add(new Particle(origin));
} else {
particles.add(new Confetti(origin));
}
}
void applyForce(PVector f) {
for (Particle p : particles) {
p.applyForce(f);
}
}
void run() {
Iterator<Particle> it =particles.iterator();
while (it.hasNext()) {
Particle p=it.next();
p.run();
if (p.isDead()) {
it.remove();
}
}
}
}
- 效果展示


三、个人作品
作品一:飞舞的泡泡
- 简介
该作品用利用图像纹理来模拟泡泡在空中的飘动,同时也模拟火焰的效果。可以在两种效果之间进行切换 - 步骤
1.导入图片:使用Pimage
2.为泡泡的漂浮设计规则:泡泡受到重力,浮力,空气阻力。但是整体有一个向上升的趋势。因此浮力大于空气阻力加重力。而在这里为了简化,可以把三个力合成为一个力,通过添加到粒子系统上进而添加给粒子系统中的每一个粒子。同时,泡泡也会收到风力的作用,而这里为了实现交互的话,将风力的方向与鼠标的位置关联在一起,可以实现鼠标所在之处,为泡泡所漂浮的方向。
重力:F=m*g
浮力:F浮=ρgV
阻力:f=umg

3.为火焰设计规则:火焰的话在泡泡的基础上减少一个空气阻力 - 类的设计

- 代码展示
PImage img;
import java.util.Iterator;
ParticleSystem ps;
boolean flag=false;
void setup() {
size(800, 400);
smooth();
ps=new ParticleSystem(new PVector(width/2, height));
img=loadImage("pao2.png");
}
void draw() {
background(0);
float dx=map(mouseX, 0, width, -0.2, 0.2);
PVector wind=new PVector(dx, 0);
PVector buoyancy=new PVector(0, random(-0.2, 0.2));
if(!flag)ps.applyForce(buoyancy);
ps.applyForce(wind);
ps.run();
ps.addParticles();
}
void mouseClicked() {
if (!flag) {
flag=true;
img=loadImage("fire5.png");
} else {
img=loadImage("pao2.png");
flag=false;
}
}
class ParticleSystem {
ArrayList<Particle>particles;
PVector origin;
ParticleSystem(PVector location) {
origin=location.get();
particles=new ArrayList<Particle>();
}
void addParticles() {
particles.add(new Particle(origin));
}
void applyForce(PVector f) {
for (Particle p : particles) {
p.applyForce(f);
}
}
void run() {
Iterator<Particle> it =particles.iterator();
while (it.hasNext()) {
Particle p=(Particle)it.next();
p.run();
if (p.isDead()) {
it.remove();
}
}
}
}
class Particle {
PVector location;
PVector velocity;
PVector acceleration;
float lifespan;
float mass=1;
Particle(PVector L) {
acceleration =new PVector(0, 0);
velocity=new PVector(random(-1, 1), random(-8, 0));
location=L.get();
lifespan=255.0;
}
void run() {
update();
display();
}
void applyForce(PVector force) {
PVector f =force.get();
f.div(mass);
acceleration.add(f);
}
void update() {
velocity.add(acceleration);
location.add(velocity);
acceleration.mult(0);
lifespan-=2.0;
}
void display() {
render();
}
void render() {
imageMode(CENTER);
tint(255, lifespan);
image(img, location.x, location.y);
}
boolean isDead() {
if (lifespan< 0.0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
}
- 效果展示

作品二:破碎的人像
- 简介
鼠标互动可以切换图片,点击鼠标后所有的小方格将会破碎,并因重力作用而向下坠落。单个粒子是由rect构成,rect的参数由粒子系统进行传递,传递的是rgb的值,单个粒子的大小可以根据实际进行调整:如果希望看起来像马赛克效果,可以增加rect的大小,这里我将rect的大小设置为了1 - 效果展示

- 代码展示(核心)
ParticleSystem ps;
PImage photo;
int index=1;
String pic[]={"heben.jpg","heben1.jpg","heben2.jpg","heben3.jpg"};
void setup() {
size(200, 200);
photo = loadImage("heben.jpg");
photo.loadPixels();
ps = new ParticleSystem(0, 0, 1, photo);
}
void draw() {
background(0);
ps.display();
ps.update();
}
void mouseClicked() {
ps.shatter();
}
void mouseWheel(){
if(index==4){
index=0;
}
photo = loadImage(pic[index]);
photo.loadPixels();
ps = new ParticleSystem(0, 0, 1, photo);
index++;
}