虛擬校園漫游中粒子特效的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

王俊潔 劉輝

摘要 粒子特效在虛擬現(xiàn)實(shí)校園漫游系統(tǒng)中的應(yīng)用使得整個(gè)校園環(huán)境更加真實(shí)。本文結(jié)合某校園為實(shí)際開發(fā)，介紹了粒子特效在校園漫游系統(tǒng)中的應(yīng)用。對(duì)粒子的碰撞，基礎(chǔ)設(shè)置，以及通過(guò)表達(dá)式讓粒子自旋，發(fā)射出來(lái)粒子的隨機(jī)大小進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】虛擬校園 粒子特效 particalnpartical

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，也可譯為靈境技術(shù)、幻真技術(shù)）是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，亦稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。本文在maya軟件下實(shí)現(xiàn)了三維校園的可視化過(guò)程。通過(guò)數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)信息處理、三維模型建模、漫游系統(tǒng)創(chuàng)建等相關(guān)過(guò)程，構(gòu)建出了一個(gè)效果逼真的三維可視化校園場(chǎng)景。虛擬校園是為學(xué)生提供一個(gè)三維的虛擬環(huán)境，支持環(huán)境規(guī)劃、學(xué)校發(fā)展、資源管理以及遠(yuǎn)程訪問(wèn)等，成為了校園數(shù)字化管理的重要發(fā)展方向。

粒子系統(tǒng)作為三維動(dòng)畫軟件中最為強(qiáng)大的特效系統(tǒng)之一，使用Maya的粒子及動(dòng)力學(xué)可以最大程度的模擬自然界的現(xiàn)象。運(yùn)用Maya粒子特效等效果來(lái)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行修飾，達(dá)到引人入勝的視覺效果。通過(guò)對(duì)Maya粒子技術(shù)運(yùn)動(dòng)的研究分析，本文結(jié)合某校園為實(shí)際開發(fā)，通過(guò)實(shí)踐制作虛擬校園漫游中的粒子特效。對(duì)Maya粒子特效進(jìn)行理論上與技術(shù)上的探討。

1 MAYA 粒子簡(jiǎn)介

粒子本身是相互獨(dú)立的，它們之間相互作用很小，一般我們?cè)谘芯康倪^(guò)程中忽略它們之間的相互作用力，而粒子本身比較微小，也不會(huì)與周圍場(chǎng)景的變化相互產(chǎn)生相互作用，因此，在粒子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，粒子的屬性值并不岡為它周圍粒子的變化而變化，而是在時(shí)間的推動(dòng)下不斷變化。

近年來(lái)，諸如雨雪、龍卷風(fēng)、煙霧、火焰、爆炸等自然景物的模擬一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的課題之一，其模擬在計(jì)算機(jī)游戲、影視、廣告、視景仿真等各種領(lǐng)域中有著廣泛的用途。1983年，W.T.Reeves首次提出了粒子系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于可以用簡(jiǎn)單的體素來(lái)構(gòu)造復(fù)雜的物體，從而為自然景物的造型提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。

Maya的粒子系統(tǒng)有兩大特點(diǎn)，一方面是它可以通過(guò)MEL （Maya埋入式語(yǔ)言）控制粒子的運(yùn)動(dòng);另一方面是與各種不同場(chǎng)、關(guān)鍵幀以及表達(dá)式等結(jié)合運(yùn)用。

在Maya中粒子系統(tǒng)通過(guò)渲染方式的不同分為軟件渲染粒子和硬件渲染粒子。軟件粒子（ cloud、blobby、tube）適用于制作云和液態(tài)的效果，它可以渲染出陰影、反射和折射;硬件粒子（point、spheres、multi-point等）通過(guò)硬件渲染可以表現(xiàn)更加有規(guī)律的效果，例如雨、沙等。

2 粒子特效的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

為了增強(qiáng)虛擬校園漫游系統(tǒng)的逼真程度，我們使用了Maya粒子系統(tǒng)功能模擬出虛擬校園中的噴泉和櫻花特效。粒子特效可以模擬現(xiàn)實(shí)中的水、霧、火、氣等效果，其原理是將無(wú)數(shù)個(gè)粒子組成固定形態(tài)。為了模擬出真實(shí)的效果，用控制器和腳本來(lái)控制粒子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。大多數(shù)刺激人類視覺的特效畫面，都是由粒子特效制作出來(lái)的。所以粒子特效的存在給虛擬現(xiàn)實(shí)帶來(lái)了諸多便利。

2.1 partical粒子與npartical粒子

Maya中存在兩種粒子，分別是partical粒子與npartical粒子。新建的partical粒子，不受任何場(chǎng)的影響，而且粒子之間不存在碰撞;新建的npartical粒子擁有智能大腦，自身帶有重力，粒子之間存在相互碰撞。兩種粒子同樣可以在Maya粒子系統(tǒng)下進(jìn)行g(shù)oal運(yùn)算、幾何體替代、以及精靈替代特效。

2.2 虛擬校園漫游系統(tǒng)中的噴泉效果制作

噴泉特效的原理：在噴泉底座的管口創(chuàng)建發(fā)射器，讓發(fā)射器延天空方向發(fā)射成千上萬(wàn)的小水珠粒子，水珠粒子受到重力和碰撞力的影響而發(fā)生運(yùn)動(dòng)變化，最后形成水珠歡騰跳躍的噴泉特效。

首先，在制作好的噴泉底座中創(chuàng)建一個(gè)particles粒子發(fā)射器，修改屬性面板中發(fā)射器的類型（方向），然后讓粒子延y軸方向發(fā)射;給粒子一個(gè)重力場(chǎng)，調(diào)整發(fā)射器的擴(kuò)散與發(fā)射的速率，提高發(fā)射器的初始速度，使粒子向外擴(kuò)散;將粒子渲染類型改為多條紋，通過(guò)修改顏色、不透明度、多點(diǎn)半徑、每秒發(fā)射的粒子數(shù)，調(diào)整粒子的基本形態(tài)。

在噴泉特效中，一共創(chuàng)建了兩套粒子，一套是發(fā)射出的主體粒子，一套是濺起的水花粒子，并設(shè)置了兩次粒子碰撞事件，一次是與池底發(fā)生碰撞濺起水花事件，一次是水花與池壁發(fā)生碰撞死亡事件。我們通過(guò)MAYA粒子系統(tǒng)的碰撞編輯器解決兩個(gè)碰撞問(wèn)題。當(dāng)?shù)谝惶琢Ｗ优c池底發(fā)生碰撞（修改池底彈性與摩擦力讓粒子濺起來(lái)）產(chǎn)生第二套粒子。第二套粒子濺起來(lái)與池壁又產(chǎn)生一次碰撞，給第二套粒子一個(gè)重力，修改粒子的渲染類型、顏色與不透明度。粒子系統(tǒng)表達(dá)的物體越真實(shí)，粒子的數(shù)量就越多，其代

價(jià)是代碼量大。為了減輕電腦的負(fù)擔(dān)，當(dāng)?shù)诙琢Ｗ优c池底發(fā)生碰撞時(shí)需要讓第二套粒子消亡，就需要?jiǎng)?chuàng)建另一個(gè)事件，把粒子碰撞編輯器的粒子數(shù)設(shè)置為O。最后調(diào)整第二套粒子的彈性、摩擦力、發(fā)射器發(fā)射的粒子數(shù)，得到想要的效果。圖1是噴泉特效展示圖。

2.3 虛擬校園漫游中櫻花飄落效果的制作

櫻花飄落特效原理：在半空創(chuàng)建隱形發(fā)射器，讓發(fā)射器延任意方向發(fā)射成千上萬(wàn)的櫻花花瓣粒子，櫻花花瓣粒子受到重力和空氣的影響而發(fā)生運(yùn)動(dòng)變化隨意飄落，最后形成漫天飛花的特效。

我們運(yùn)用創(chuàng)建partical粒子，利用粒子實(shí)例化器（替換）實(shí)現(xiàn)了櫻花的飄落。首先創(chuàng)建一個(gè)平面發(fā)射器，讓粒子通過(guò)平面發(fā)射。將發(fā)射擺放到合適的位置，修改發(fā)射器類型為方向，給粒子一個(gè)重力，調(diào)整粒子的發(fā)射速率。再創(chuàng)建一個(gè)櫻花花瓣面片，通過(guò)渲染編輯器的Hypershade賦給面片一個(gè)材質(zhì)。在顏色屬性中，通過(guò)文件類型將準(zhǔn)備好的櫻花的圖案附加于面片上，最終制作出櫻花花瓣的粒子圖案，然后使用粒子下的粒子實(shí)例化器（替換），將櫻花面片替換成粒子。

在此，需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）改變粒子在空中的狀態(tài);在動(dòng)態(tài)屬性中點(diǎn)擊常規(guī)面板，點(diǎn)擊添加粒子rotatianPP（旋轉(zhuǎn)），在表達(dá)式編輯器中添加表達(dá)式（讓粒子在O到360度之間旋轉(zhuǎn)）。將旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)的目標(biāo)方向選擇rotationPP，使其看上去角度各異。再添加一個(gè)表達(dá)式，讓粒子在運(yùn)動(dòng)中自旋。

（2）櫻花面片的大小太統(tǒng)一，太死板。選擇粒子，通過(guò)添加屬性新建一個(gè)SuofangPP，創(chuàng)建表達(dá)式，（小的就是原來(lái)的0 8倍，大的就是它的1.2倍），在常規(guī)選項(xiàng)的比例找到sufangpp，讓粒子根據(jù)表達(dá)式而改變大小。partical粒子之間不存在碰撞，粒子之間會(huì)出現(xiàn)交叉的現(xiàn)象，由于粒子數(shù)量大，體積小，可以忽略。

櫻花粒子特效中主要是利用了粒子替換，解決粒子自旋與比例的大小，需要注意每創(chuàng)建一個(gè)表達(dá)式，要將表達(dá)式賦給粒子，才能達(dá)到預(yù)期效果。圖2是櫻花飄落效果展示圖。

3 小結(jié)

本文通過(guò)實(shí)踐制作虛擬校園漫游中的粒子特效，對(duì)Maya粒子特效進(jìn)行理論上與技術(shù)上的探討。認(rèn)識(shí)到粒子特效的制作方法多種多樣，不同的環(huán)境和需要可以采取不同的解決方式。軟件僅僅提供的是方法與技術(shù)的手段，想要做好粒子特效，還需要我們多看，多想，有好奇心。

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