浅谈unity粒子系统

在Unity开发领域，粒子系统是一项广为人知且功能强大的工具，它能够为游戏画面带来意想不到的视觉效果。本文将深入探讨Unity粒子系统的相关知识。

粒子系统概述

粒子系统本质上是在三维空间中渲染出来的二维图像，常用于模拟烟、火、水滴、落叶等自然或奇幻效果。一个完整的粒子系统主要由粒子发射器、粒子动画器和粒子渲染器三个独立部分组成。

在Unity中，自带了一些粒子效果资源。用户可以通过Assets > ImportPackage > Particles路径，将Particles.UnityPackage导入到项目中。这些预制的粒子效果包括沙尘（Dust）、火焰（Fire）、水（Water）、烟雾（Smoke）、闪光（Sparkles）等，此外还有一些粒子资源如Sources、Misc（杂项）。用户可以直接将这些效果拖入场景中使用。

Unity3D中的旧版粒子系统

在Unity3D中，旧版粒子系统需要通过创建一个空的GameObject，并为其添加以下五个组件来实现特定的粒子效果。

1. 椭球粒子发射器（Ellipsoid Particle Emitter）

椭球粒子发射器可在一个椭球范围内生成大量的粒子，用户可以通过Ellipsoid属性对其进行缩放和拉伸。以下是该组件的主要属性：

• Emit：控制粒子发射。开启此选项后，发射器将开始发射粒子。
• Min/Max Size：定义生成的每颗粒子的最小和最大尺寸。例如，较小的尺寸可以模拟萤火虫或天空中的星星。
• Min/Max Energy：表示每颗粒子的最小和最大生命周期（以秒为单位）。
• Min/Max Emission：指定每秒生成粒子的最小和最大数目。
• World Velocity：粒子在世界坐标中沿x、y、z方向的初始速度。
• Local Velocity：以某个对象为参照物，粒子相对沿着x、y、z方向的初始速度。
• Rnd Velocity：随机速度，为粒子赋予随机的初始速度。
• Emitter Velocity Scale：发射速度比例，用于调整粒子发射的速度。
• Tangent Velocity：切线速度，即粒子在穿过发射器表面时，沿X、Y、Z轴的初始速度。
• Angular Velocity：角速度，新生粒子的旋转速度，单位为度每秒（°/s）。
• Rnd Angular Velocity：随机角速度，使粒子的旋转速度具有随机性。
• Rnd Rotation：随机旋转，启用后粒子会以随机的方向生成。
• Simulate in World space：决定是否在世界坐标空间中更新粒子运动。若关闭该选项，每个粒子的位置会随着发射器的位置变化而发生相对运动；若开启，则粒子不受发射器运动的影响。例如，对于一个上升的火球，开启此选项后，火焰会在产生后向上漂浮并逐渐远离火球；关闭此选项，火焰会随着火球在屏幕上移动。
• One Shot：单次发射。启用该属性时，发射器将在Emission属性内一次性生成所有粒子，然后停止发射，常用于模拟爆炸、水花四溅、魔法效果等；关闭该属性则适用于模拟枪管的烟、风、瀑布等持续效果。
• Ellipsoid：根据X、Y、Z轴设置粒子的生成范围。
• Min Emitter Range：最小发射器的范围。

细节说明：椭球粒子发射器是最基本的粒子发射器，添加到场景后，可以定义粒子的边界并给出粒子的初始速度。配合Particle Animator（粒子动画器），可以操纵粒子随时间不断变化，实现各种想要的效果。当需要表现不同的粒子时，可分别调整Size、Energy、Emission以及Velocity属性。同时，要谨慎使用大量粒子效果，因为粒子数量越多，对硬件设备的要求就越高，应尽量用最少的粒子实现所需效果。此外，Emit属性要与粒子动画器中的AutoDestruct（自动销毁）属性相结合使用，通过脚本可以使发射器停止发射粒子，然后自动销毁功能会自动销毁粒子系统以及它所绑定的游戏对象。

2. 网格粒子发射器（Mesh Particle Emitter）

网格粒子发射器在一个网格周围发射粒子，粒子从网格的表面开始生成，部分属性与椭球粒子发射器相同。其主要属性如下：

• Interpolate Triangles：插值三角形。开启该项后，粒子会在网格的表面生成；关闭该项，粒子则会在网格的顶点处生成。
• Systematic：系统性，粒子会按照网格定义好的顶点顺序来生成。
• Min/Max Normal Velocity：最小和最大法线速度，控制从网格抛出粒子的数量范围。
• Mesh：可点击圆圈按钮Select Mesh选择不同的网格，不同的网格会使粒子的发射初始形态不同。

细节说明：当需要更精确地控制粒子生成的位置和方向时，网格粒子发射器比椭球发射器更加简单，可用于创造更高级的效果。由于网格粒子发射器通过附加在网格上的顶点来发射粒子，因此网格区域的多边形越密集，粒子的发射也就越密集。

3. 粒子动画器（Particle Animator）

粒子动画器使粒子随着时间而运动，可对粒子系统添加风、拖放和颜色循环等效果。以下是其主要属性：

• Does Animation Color：使用颜色的动画，开启后粒子在其生命周期内会循环变化颜色。
• Color Animation：颜色动画，可定义五种颜色，使所有的粒子循环使用这些颜色。
• World Rotation Axis：使粒子围绕世界坐标局部旋转，可用于创造高阶的法术效果。
• Local Rotation Axis：局部旋转轴，粒子围绕着局部坐标来旋转。
• Size Grow：粒子会随着时间变化而变大。
• Rnd Force：随机外力，每一帧都随机施加一个外力。
• Force：外力，每一帧都给粒子施加外力。
• Damping：阻尼，控制每一帧有多少粒子的速度会减慢。当值设为1时，没有阻尼，粒子的速度不会减慢。
• Autodestruct：自动销毁，启用后，所有消失的粒子在销毁时会同时销毁为其绑定的游戏对象。

细节说明：

• Rotation Axes：旋转轴，无论是设置局部还是世界坐标旋转轴，都会使粒子围绕指定的轴旋转。数值越大，旋转越快。设置为局部旋转时，改变的是Transform组件的Rotation属性；设置为世界坐标旋转时，粒子的旋转轴始终不变。
• Forces & Damping：外力和阻尼，利用外力可使粒子在方向上产生加速，阻尼可在粒子不改变方向的情况下使其加速或减速。值为1表示没有阻尼，粒子不会加速或减速；值为0表示粒子会立即停止；值为2表示每秒粒子的速度都会加倍。
• Destroying GameObjects attached to Particles：销毁绑定到粒子的对象。例如，对于一个油桶爆炸的效果，可将一个Emit属性被禁用的爆炸粒子效果附加到油桶上，同时开启这个爆炸粒子的Autodestruct属性。在发生碰撞时开启Emitter属性（即开启粒子发射器播放爆炸效果），爆炸效果结束后，油桶会随着粒子的生命周期一并销毁。

4. 世界坐标粒子碰撞器（World Particle Collider）

世界坐标粒子碰撞器可以使粒子与场景中其他的碰撞体发生碰撞。其主要属性如下：

• Bounce Factor：弹性系数，粒子与其他对象发生碰撞时会使其加速或减速，该属性与粒子动画器的组件的Damping（阻尼）属性相类似。
• Collision Energy Loss：碰撞活力损失，当发生碰撞时粒子每秒损失的活力总和，小于0时粒子销毁。
• Collides with：碰撞对象，决定粒子与哪一个层级发生碰撞。
• Send Collision Message：发生碰撞消息，开启该项后，每个粒子都会发送一个碰撞消息，可通过脚本捕获到该消息。
• Min Kill Velocity：最小消灭速度，如果一个粒子因为碰撞而使速度降到最小消灭速度，它将被销毁。

细节说明：若开启Send Collision Message，在碰撞中任何粒子都会发送消息OnParticleCollision到粒子绑定的对象和与粒子相碰撞的对象。需要注意的是，Send Collision Message可用作模拟子弹和冲击伤害，但当有许多粒子时，碰撞检测会变得缓慢，且消息发送会占用大量的资源消耗，因此要适当地使用粒子碰撞，尽量不要将其用于大规模的粒子系统中。

5. 粒子渲染器（Particle Renderer）

粒子渲染器可将粒子渲染到屏幕上，没有粒子渲染器就无法看到粒子效果。其主要属性如下：

• Cast Shadows：开启该项，粒子可产生阴影。
• Receive Shadows：开启该项，粒子可接收阴影。
• Materials：可将指定的材质显示到每个粒子的位置，可调整Size参数来添加粒子类型。
• Use Light Probes：使用光线探测，开启后则烘培过的光线探测可显示在场景中，它是一个插值光线探测。
• Light Probe Anchor：光线探测探测锚点，开启后渲染器会通过Transform组件的位置来寻找插值光线探测。
• Camera Velocity Scale：相机速度比例，应用到基于相机运动的粒子的延伸总量。
• Stretch Particle：粒子伸展，该属性决定了粒子的渲染方式。
• Billboard：公告板，粒子被渲染为面向Camera的方向。
• Sorted Billboard：分类公告板，粒子按照深度进行分类，使用混合材质时用到该项。
• Stretched：伸展，粒子面向其正在运动的方向。
• Horizontal Billboard：水平公告板，所有粒子沿着X、Y轴平面对齐。
• Vertical Billboard：垂直公告板，所有粒子沿着X、Z轴的平面对齐。
• Length Scale：长度比例，如果Stretch Particles设置为伸展，那么此值可以决定粒子在其运动方向上的长度。
• Velocity Scale：速度比例。
• Max Particle Size：最大粒子大小，决定在屏幕上显示粒子的大小，1覆盖整个视图，0.5覆盖一半的视图。
• UV Animation：UV动画，如果有一项被设置，则通过使用平铺纹理来生成粒子的UV坐标。
• X Tile：X轴向上的平铺数。
• Y Tile：Y轴向上的平铺数。
• Cycles：动画序列循环的次数。

细节说明：

• 选择材质：当建立一个粒子渲染器时，使用适当的材质及可双面渲染材质着色器非常重要，大部分时候所要使用的材质都有一个内置的粒子着色器。
• 扭曲粒子：默认情况下，粒子以Billboarded的方式进行渲染，适用于表现烟雾、爆炸等效果。粒子可以任何速度向任何方向伸展，对于火花、闪电、光束等效果非常有用。
• 动画纹理：粒子系统可通过一个动画平铺贴图来渲染。要使用此功能，应保持在图像的节点之外。当粒子按其生命周期循环时，也会连同图像一起进行循环，这对于给粒子增加更多的生命周期或者制作小的旋转碎片非常有用。

总结

通过以上对Unity粒子系统的介绍，相信读者对其有了更深入的了解。读者可以尝试利用这些知识，制作爆炸效果、下雨、下雪等场景，为游戏增添更多的视觉魅力。同时，在实际开发中，要根据硬件性能合理使用粒子效果，以达到最佳的游戏体验。