GAMES104：12 游戏引擎中的粒子和声效系统-学习笔记

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一，粒子基础Particle System

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• 粒子是拥有位置、速度、大小、颜色和生命周期的3d模型。

• 粒子的生命周期：从发射源(Source)->产生(Spawn)->环境交互->死亡。

• 粒子发射器（Emitter）控制了粒子的产生Spawn规则、模拟逻辑和渲染

• 一个粒子系统可能有不止一种发射器，比如火焰效果中有火焰（Flame）、火星（Spark）和烟雾（Smoke）三种发射器；而如何用简单系统的组合展现复杂效果是艺术家的主要工作

• 在粒子Spawn环节，Emitter可以有单点Spawn（向四周喷射）、区域Spawn（范围内随机）和mesh Spawn（比如在运动人物上的特效）三类；在发射上也有频率、速度、方向等不同表现

• 粒子的模拟

  1. 不需要严格的物理模拟，使用显示欧拉法计算即可
  2. 除了重力还可以加上粒子的旋转、颜色的变化、大小的变化
  3. 粒子需要与环境进行碰撞

• 粒子常见形态：

  1. Billboard Particle，即广告牌。由始终面向摄像头的面片构成，用纹理动画完成，因为形状一直在变化，所以看起来有3d的感觉。
  2. Mesh Particle，就是同一个3d mesh用各种随机值去控制Transform的9个值，使其看上去像是不同的mesh
  3. Ribbon Particle，样条形粒子，用于光带。通过样条控制点获得完整曲线，一般使用Catmull-Rom曲线插值（方便插值且插值点过控制点）。

二，粒子渲染

粒子渲染由于其特性涉及到大量的透明度排序问题

• 粒子排序有两种方式：

  1. 全局排序，所有emitter的所有粒子都一起排序，结果正确但消耗巨大；（初学者写起来麻烦并且后期会涉及很多GPU算法，建议先写2）
  2. 按层级，比如per system->per emitter->per particle，但是结果会出现错位并且会有闪现的问题
     
     同时，粒子系统在半透明渲染的过程中，效率与屏幕分辨率强相关，overdraw情况很多。那么怎么办呢？：

• 一般使用下采样将分辨率降低后再进行粒子的渲染，获得粒子的颜色和透明度alpha，然后再上采样融合到原场景中。（一般粒子模模糊糊的反正也不影响）（并且这个思路在现代引擎中越来越流行–DLSS）
  

三，GPU粒子及生命周期控制

从上面两节可以看到ÿ