粒子编程初试——粒子光环制作

写在前面

• 实验参考博客：感谢指导！
  • Unity3D学习笔记（9）—— 粒子光环
  • Unity3d——ParticleSystem粒子光环
  • 堂上编程练习(有错误，仅作参考)：Unity制作神奇的粒子海洋！

实验步骤

首先回顾粒子海洋的制作过程：

1. 添加空对象并且添加粒子系统的部件
2. 简单调整一下粒子部件中的粒子材料（选个默认粒子材料就好，不要让其为空）
3. 写代码编程，挂到空对象上。并且将粒子系统部件拖入代码的公共变量中去。
4. 添加颜色渐变部件，手动修改颜色
5. 。。。。

所以其实对于粒子系统部件，我们不需要太多的操作，大部分的变化都是在代码中完成的，只要清楚各个属性对应的api。

粒子光环制作

首先添加一个空对象，并且添加部件ParticleSystem，然后简单设置一下属性：

还有发射器Render的属性，这里最重要就是选择材料！选择材料！选择材料！不然的话就会出现一堆粉紫色的小方块，不免太难看了：

至于其他的属性可以先不用管，我们开始编程：

粒子光环的属性

	public ParticleSystem myparticleSystem;
    private ParticleSystem.Particle[] particleArray;
    private SingleParticle[] points;
    public Gradient grad;
    int count = 1000;
    public float size = 0.5f;
    public float minRadius = 3.0f;
    public float maxRadius = 6.0f;
    public bool rotate_way = false; // 决定圈扩大还是缩小
    private float rotate_speed = -1; // 颜色旋转速度（正负代表方向）
    public float speed = 0.5f; // 速度参数
    private float time = 0;

•  
• ParticleSystem myparticleSystem
  首先最重要肯定是粒子系统本身，没有这个类又谈何粒子编程呢？
• ParticleSystem.Particle[] particleArray
  其次是粒子数组，保存了每一个粒子的状态，这里需要规定一个数量count，也就是数组的大小，我设置为了1000.
• SingleParticle[] points
  由于是光环，所以每个粒子的位置肯定需要一定规律地排序，而不是随机乱跑，所以这里记录了每个粒子对于整个光环的状态，两个最重要的属性角度与半径，因为每个粒子都是绕中心点运动，所以运动轨迹会有一个半径，运动到什么地方呢？就需要角度来记录。这里用到自己定义的一个类SingleParticle，稍后会说明。
• Gradient grad
  颜色渐变器，Unity自带的渐变器，只要选定颜色变化的区间就能在有一段渐变的夜色。
• 还有一些比较杂的变量属性：粒子大小，光环内径外径，转圈速度，旋转方向等。

粒子的位置属性：

public class SingleParticle {
    public float angle;
    public float radius;

    private float x = 0.0f;
    private float y = 0.0f;


    public void CalPosition() {
        float temp = angle / 180.0f * Mathf.PI;
        y = radius * Mathf.Sin(temp);
        x = radius * Mathf.Cos(temp);
    }
    public SingleParticle(float angle, float radius) {
        this.angle = angle;
        this.radius = radius;
    }

    public float getX() {
        return x;
    }

    public float getY() {
        return y;
    }
}

•  

主要是靠角度和半径来估算粒子所在的xy平面的面积，xy坐标就是靠基本的数学三角函数来计算出来。其中定义了一些外面能够调用的方法。

粒子系统初始化

在Start函数中，首先设置粒子系统的一些基本属性，如粒子数目等，这些需要在一开始就规定好并且不再改变。

void Start () {
        // myparticleSystem = this.GetComponent<ParticleSystem>();
        particleArray = new ParticleSystem.Particle[count];
        points = new SingleParticle[count];
        var m = myparticleSystem.main;
        m.startSpeed = 0;
        m.startSize = size;
        m.maxParticles = count;
        myparticleSystem.Emit(count);
        myparticleSystem.GetParticles(particleArray);

        Init();
    }

•  

注意到代码第一行，对于粒子系统的赋值，我们可以直接通过GetComponent的方法来获取挂载在同一对象上的部件，但是这里我们用手动拖的方式，给脚本得公共变量赋值，好像更有体验感一点
然后就是各种初始化，新建一个粒子位置的数组，由于我们数量设置了1000，所以数组长度就是1000，除了这个数组外，还有粒子系统中的真正的粒子数组，设定size、最大粒子数、发射器发射数量，设置完之后还需要使用粒子系统Get一下，才能真正设置成功了。
这里有一个点值得注意的，就是旧版本里面通常使用ParticleSystem.startSize来设置，但是在新版中，需要先获取用一个变量获取ParticleSystem.main,再对main的startSize、maxParticles 进行设置。

其中，Init的函数就是作为粒子位置的初始化：

private void Init() {
        int i;
        for (i = 0; i < count; i++) {
            float midRadius = (minRadius + maxRadius) / 2.0f;
            float minRate = Random.Range(1.0f, midRadius / minRadius);
            float maxRate = Random.Range(midRadius / maxRadius, 1.0f);
            float radius = Random.Range(minRadius * minRate, maxRadius * maxRate);
            float angle = Random.Range(0.0f, 360.0f);
            points[i] = new SingleParticle(angle, radius);
            points[i].CalPosition();
            particleArray[i].position = new Vector3(points[i].getX(), points[i].getY(), 0f);
        }

        myparticleSystem.SetParticles(particleArray, particleArray.Length);
    }

•  

通过内径和外径，中间划分一个分截，粒子分别在这两个部分中随机分布，角度则是360度随机。

然后就是每次Update时候的变化了：

void Update () {
        int i;
        int level = 10;
        for (i = 0; i < count; i++) {

            if (i % level < 3 || i % level > 6)
            {
                points[i].angle -= rotate_speed * (i % level + 1) * speed;
            } else {
                points[i].angle += rotate_speed * (i % level + 1) * speed;
            }

            points[i].angle = (points[i].angle + 360.0f) % 360.0f; 
            points[i].CalPosition();
            float value = Time.realtimeSinceStartup % 1.0f;
            value -= rotate_speed * points [i].angle /360.0f;
            while (value > 1)
                value--;
            while (value < 0)
                value ++;
            particleArray[i].startColor = grad.Evaluate(value);
            particleArray[i].position = new Vector3(points[i].getX(), points[i].getY(), 0.0f);
        }
        myparticleSystem.SetParticles(particleArray, particleArray.Length);
    }

•  

每次更新都需要循环遍历1000个粒子，对于每个粒子的状态都做一次改变，像角度颜色等。具体操作如下

• 利用取模的方式将1000个粒子分为10层，每一层转动的角度（相当于速度）都略微不一样，然后又将整体分成3部分：第一部分和第三部分是同一个方向旋转，第二部分是另一个方向旋转。使得整体的转动效果不太单一。当然最后需要对增加后的角度取模，以免溢出360度，或者小于0度。最后利用粒子位置的类中的方法，算出xy坐标。
• 然后是颜色的改变，首先我们需要利用渐变器进行颜色的调整，其实这一步也依然是可以通过代码来调整的，但是跟前面说的一样，~~增强体验感（其实是麻烦）~~使用手动调整的方法。首先看下渐变器的基本操作：
  
  这个就是主体部分，可以看到一个类似进度条的东西，上下都有一些点，其中上方的点表示透明度的渐变（可以理解为亮度的变化），下方的点是颜色的选择，添加点只需要在对应空白的地方点击一下，删除点就需要点中某个点按删除键即可。
  然后需要更改颜色就需要点击下方的color栏，然后选择适合的颜色，全部选择完毕之后就可以看到两个颜色点之间自动渐变。透明度也类似。
  调整好之后就可以通过代码来选择其中的颜色，从0~1就是开始的颜色到最后的颜色了。
  所以我们的想法是不仅颜色随着角度的变化而变化，而且要随着时间的变化而变化，所以需要对时间进行一个估算，以上代码中：

  float value = Time.realtimeSinceStartup % 1.0f;
  value -= rotate_speed * points [i].angle /360.0f;
  while (value > 1)
      value--;
  while (value < 0)
      value ++;
  

  •  
  这部分就是来计算的，首先利用实时时间，也就是程序运行的时间模上一个浮点数（注意是模浮点数，这样得出来的结果才会是浮点数），得到一个区间内的数，这里模1.0，说明颜色变化会在一秒内跑一圈，如果是模比一大的数，还需要进行归一化处理，也就是模多少就除以多少。
  然后还需要加上当前角度归一化的结果，最后利用一个循环加减令其最终结果在0~1之间。用Gradient渐变器的Evaluate获取对应的颜色
• 最后，最关键的一步当然就是将这些计算出来的颜色，和位置设置到粒子本身中去，SetParticles函数就是这里使用的。

好了大功告成之后看看效果吧~

基本效果

就看到光圈在转呀转~ 转呀转~
其实仔细看的话还是能够看到有的粒子慢有的粒子快，还能分出顺时针和逆时针变化。

改进版本

既然光转圈不过瘾，那么就来个放大缩小吧，转着转着就放大，有转着转着缩小，总比光转有趣多了吧。
那么就需要先利用几个变量来帮助我们：

public bool rotate_way = false; // 决定圈扩大还是缩小
private float rotate_speed = -1; // 颜色旋转速度（正负代表方向）
private float time = 0;

•  

这是之前就定义了可是没有怎么用到的变量，首先需要知道什么是否放大，什么时候缩小，其次旋转的速度是可变的，就不会呆板的转圈，有必要还可以反方向转动。至于时间的话，作为一个计时器用，决定了放大缩小的时间。

好下面就来写代码吧！
在Update的开头加入以下代码：

time += Time.deltaTime;
if (time < 10) {
    if (time < 5) {
        rotate_way = false;
        rotate_speed += 0.01f;
    }
    else {
        rotate_way = true;
        rotate_speed -= 0.01f;
    }
} else {
    time = 0;
    rotate_speed = -1;
}

•  

总时长为10，然后分成两段，一段是放大，一段是缩小的，在此期间，旋转速度也做一点变化，随着时间增加或者减少，但是这个没有固定的变化规律，也就是说不一定增加的量和减少的量能够统一（值得改进），所以在每段时间结束的时候都需要进行一个reset处理，也就是将旋转速度回归原始状态，至于光环的大小就不一定了。。。
在对粒子属性的循环中，加入以下代码：

if (i % level > 5) {
    float tmp = rotate_way? 1 : -1;
    points[i].radius += tmp * 0.05f;
}
if (i % level <= 5) {
    float tmp = rotate_way? 1 : -1;
    points[i].radius += tmp * 0.052f;
}

•  

依然是将粒子分成两部分（还是熟悉的配方，不知道为什么这么执迷于分层），然后一部分圈半径改变的速度快一点，一部分改变得慢一点，其实差别不大，因为差别大了的话会出现断层的现象。

添加完之后看看效果：

感觉好很多了，不过这里有一点问题就是圈的扩大缩小过程是不对称的，而且因为是Update函数中计时执行，所以不同电脑也会有变化细节，但是总体的变化是一定的，就是放大缩小，然后转~~。

添加粒子轨迹

做到这里感觉还是不太好看，于是就自己东搞搞西搞搞，然后想到了轨迹这个东西，也就是说，让我们的粒子加上一条尾巴，看起来会不会好看一点呢？
首先在粒子系统的Render属性里面，添加轨迹材料（别忘了设置，不然就是很丑的粉紫色长条）：

然后再轨迹的选项里，调整一下参数：

重点调整一下轨迹与粒子的大小比例，还有轨迹寿命，也就是轨迹能拖多长。

设置好之后就运行看看效果吧。

看起来酷炫多了！

最后总结一下，其实这个编程有一些bug，也就是之前提到了变化过程不是对称的，也就是有的变化不可逆，可能变着变着就和原来的有很大区别了，这也是需要不断调整参数，不断研究的一点，不过鉴于粒子编程太多可钻研的了，同时也有大量的资源、插件可使用，这一点也不必太担心吧。