Unity3D粒子系统ParticleSystem

Posted 2023-04-03 little_fat_sheep

1 简介

        拖尾（TrailRenderer）、线段渲染器（LineRenderer）、粒子系统（ParticleSystem）是 Unity3D 提供的三大特效，其中粒子系统的功能最为强大，特效也最炫酷，但操作也最复杂。粒子系统中，不断地有粒子生成和粒子消亡，一般而言，粒子消亡速率和生成速率保持一致（除预热阶段），使得粒子系统保持一个稳定状态。使用粒子系统，可以实现烟花、水泡、枪口火花、核弹爆炸等特效。

        在 Hierarchy 窗口右键，依次选择【Effects→Particle System】，可以创建一个粒子系统。

        粒子系统的使用非常灵活，主要有以下用法：

• 控制发射器的形状（圆柱形、圆锥形、球形、圆形等）、发射周期、粒子数、粒子预热、发射延时等；
• 控制粒子的形状、大小、颜色、材质、速度、旋转、生命周期等，并且在粒子的生命周期内可以修改这些属性；
• 给粒子添加拖尾特效；
• 控制多个粒子系统并行或串行发射粒子。

        粒子系统属性面板如下： 

• Particle System：初始化模块
• Emission：发射模块
• Shape：发射器形状模块
• Velocity over Lifetime：生命周期内速度变化模块
• Limit Velocity over Lifetime：生命周期内速度约束模块
• Inherit Velocity：继承父对象的速度，粒子速度会受到其父对象移动的影响
• Force over Lifetime：生命周期内受力变化模块
• Color over Lifetime：生命周期内颜色变化模块
• Color by Speed：颜色受速度的影响模块
• Size over Lifetime：生命周期内粒子大小变化模块
• Size by Speed：粒子大小受速度影响模块
• Rotation over Lifetime：生命周期内方向变化模块
• Rotation by Speed：方向受速度影响模块
• External Forces：粒子受外力影响模块
• Noise：粒子受到随机噪声影响模块
• Collision：碰撞模块
• Triggers：触发器模块，如粒子雨，使粒子不会达到屋内
• Sub Emitters：子发射器模块，多个粒子系统并行或串行发射粒子
• Texture Sheet Animation：纹理层动画模块，可以控制将一张图片分割成多个部分，每次将其中的一个部分取出作为粒子贴图
• Lights：光照模块
• Trails：拖尾模块，可以给粒子添加拖尾效果
• Custom Data：自定义模块，为粒子自定义数据
• Renderer：渲染模块，可以设置渲染材质球、拖尾材质球等

2 Particle System（初始化模块）

• Duration：粒子系统发射粒子的持续时间，当开启 Looping 后，Duration 失效；
• Looping：是否循环发射粒子；
• Prewarm：是否开启粒子预热，开启后，粒子个数从 0 逐渐增加到最大值；
• Start Delay：发射粒子之前的延迟，当开启 Prewarm（预热）后不能使用此项；
• Start Lifetime：粒子初始生命（存活时长），以秒为单位；
• Start Speed：粒子初始速度
• 3D Start SIze：粒子初始 3D 尺寸，开启后需要设置 X、Y、Z大小；
• Start Size：粒子初始大小，3D Start SIze 开启后此选项消失；
• 3D Start Rotation：粒子初始 3D 旋转，开启后，需要设置粒子在 X、Y、Z 轴上的旋转；
• Start Rotation：粒子初始旋转角度，3D Start Rotation 开启后此选项消失；
• Randomize Rotation：随机化旋转，取值 0~1，表示粒子反向（顺时针）旋转的概率；
• Start Color：粒子初始颜色；
• Gravity Modifier：粒子受到重力影响；
• Simulation Space：粒子运动使用的坐标系（本地坐标系、世界坐标系）；
• Simulation Speed：改变粒子系统中所有粒子的速度，取值表示倍数；
• Delta Time：调整使用固定时间还是帧刷新粒子状态；
• Scaling Mode：缩放粒子系统的状态；
• Play On Awake：粒子系统启动后是否开启自动播放；
• Emitter Velocity：粒子发射后的移动方式，采用 Rigidbody（刚体）还是 Transform（变换）
• Max Particles：粒子系统中最大粒子个数；
• Auto Random Seed：自动随机种子，粒子的部分状态随机生成，相同的随机数种子，每次产生的随机数一致；
• Stop Action：当粒子系统发射完所有粒子后的操作，可以添加回调函数或在脚本中重写以下方法：

public void OnParticleSystemStopped()

        补充：属性右边的小三角形都可以展开，用户可以设置某属性取值方式，如下：

• Constant：该属性取值是一个固定常量
• Curve：该属性取值是一个变量，变量由曲线控制，用户可以自定义曲线；
• Random Between Two Constant：该属性取值是 2 个常量中的随机数；
• Random Between Two Curve：该属性取值是 2 个变量中的随机数，变量由 2 条曲线控制，用户可以自定义曲线。

3 Emission（发射模块）

• Rate over Time：发射频率按时间，每秒发射次数（未开启 Bursts 时，每次发射一个粒子）；
• Rate over Distance：发射频率按距离，移动粒子系统时，每米发射次数（未开启 Bursts 时，每次发射一个粒子）；
• Bursts：每次发射开启多少个循环（Cycles），每个循环发射多少个粒子（Count），每个循环的时间间隔是多少（Interval）

        设置 Bursts（爆炸）参数如下：

        显示效果如下：

4 Shape（发射器形状模块）

• Shape：发射器形状，主要有：Sphere、Hemisphere、Cone、Donut、Box、Mesh、Mesh Renderer、Skinned Mesh Renderer、Circle、Edge；

Cone

Circle

Sphere

5 Renderer（渲染器模块）

• Render Mode：渲染模式，主要有：Billboard（广告牌，粒子永远面朝相机）、Stretched Billboard（可拉伸广告牌）、Horizontal Billboard（水平广告牌，粒子面朝 Y 轴正方向）、Vertical Billboard（垂直广告牌，粒子面朝 X 轴正方向）、Mesh（网格）；
• Material：粒子材质；
• Trail Material：拖尾特效材质，通常取 Default-Line。

6 Collision（碰撞模块）

• Planes：碰撞平面；
• Dampen：阻尼系数，取值 0~1，碰撞后速度减小；
• Bounce：反弹系数，取值 0~1，碰撞后的反弹力度，取值为 0 时，粒子会贴着平面飞行；
• Lifetime Loss：生命衰减系数，取值 0~1，每次碰撞生命都会衰减，取 0 时碰撞后粒子正常死亡，取 1 时碰撞后粒子立即死亡；
• Visualization：可视化平面，网格（Grid）还是实体（Solid）；
• Scale Plane：缩放平面。

        点击 Planes 右边的加号，可以添加碰撞平面（此平面在运行时不可见），此时粒子系统游戏对象上自动添加了个子对象，如下：

         选中 Plane Transform 1 游戏对象，在 Inspector 窗口调整旋转角度，粒子系统显示效果如下：

7 Sub Emitters（子发射器模块）

• Birth：子粒子系统与主粒子系统同时发射粒子（并行发射）；
• Collision：主粒子系统发生粒子碰撞时，触发子粒子系统发射粒子；
• Death：主粒子系统粒子消亡时，触发子粒子系统发射粒子（串行发射）。

        设置主粒子系统每秒发射 1 个粒子（Rate over Time = 1，Emission 模块），再添加子粒子系统，如下：

         此时主粒子系统下面会自动添加一个子粒子系统，如下：

         选中 SubEmitter0，设置初始生命（Start Lifetime）为 1 秒，初始速度（StartSpeed）为 8 米 / 秒，查看 Emission 模块，发现自动添加了 Bursts，如下： 

        粒子系统显示效果如下：

8 Trails（拖尾模块）

        粒子系统中的拖尾与 TrailRenderer 组件类似。

• Mode：拖尾模式，取值有：Particles（每个粒子拖尾独立绘制）、Ribbon（丝带，相邻粒子拖尾相连）
• Lifetime：拖尾生命，拖尾长度由 0 增长到最长时的时长；
• Color over Lifetime：拖尾生命周期内颜色变化；
• Width over Trail：拖尾从头到尾宽度值；
• Color over Trail：拖尾从头到尾颜色值。

        设置粒子系统每秒发射 1 个粒子（Rate over Time = 1，Emission 模块），初始生命（Start Lifetime）为 5 秒，初始速度（StartSpeed）为 25 米 / 秒，重力（Gravity Modifier）为 1，拖尾材质（Trail Material，Renderer 模块）为 Default-Line，拖尾（Trails）模块设置见属性面板，粒子系统显示效果如下：

Unity使用ParticleSystem粒子系统模拟药水在血管中流动（粒子碰撞）

文章目录

• • • 一、前言
    • 二、最终效果
    • 三、制作过程
    • • 1、导入血管模型
      • 2、血管Shader
      • 3、血管材质球
      • 4、添加碰撞体
      • 5、药水粒子
    • 四、测试效果
    • 五、结束语

一、前言

点关注不迷路，持续输出Unity干货文章。
嗨，大家好，我是新发。
之前我写了一篇Unity流体模拟的文章：《Unity流体模拟，支持粒子系统，支持流体碰撞交互（Obi Fluid插件使用教程）》
然后有同学私信我，问我能否做药剂打入血管的效果。

这个嘛，用ObiFluid可以做，不过我今天要尝试的，是用另一种方式：直接使用Unity的粒子系统来做。

二、最终效果

最终效果如下，效果虽然一般，不过制相对简单很多。

本文Demo工程已上传到CodeChina，感兴趣的同学可自行下载学习。
地址：https://codechina.csdn.net/linxinfa/UnityParticleFluidDemo
注：我使用的Unity版本：Unity 2020.1.14f1c1 (64-bit)。

三、制作过程

1、导入血管模型

将血管模型导入工程中。

2、血管Shader

因为我们需要透过血管看到药水流动，所以血管需要半透明显示，我们这里创建一个shader，实现半透明效果。

shader代码如下：

Shader "linxinfa/CustomTransShader" {
	Properties {
		_Color ("Main Tint", Color) = (1,1,1,1)
		_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
		_AlphaScale("Alpha Scale",Range(0,1)) = 1
	}
	SubShader {
		Tags{"Queue" = "AlphaTest" "IgnoreProjector" = "True" "RenderType" = "Transparent"}
 
		Pass
		{
			Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
 
			Cull Front
 
			ZWrite Off
			Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
 
 
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "Lighting.cginc"
			#include "UnityCG.cginc"
 
			fixed4 _Color;
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed _AlphaScale;
 
			struct a2v
			{
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};
 
			struct v2f
			{
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPos : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};
 
			v2f vert(a2v v)
			{
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
 
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);
 
				return o;
 
			}
 
			fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET0
			{
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
 
				fixed4 texcolor = tex2D(_MainTex,i.uv);
 
				fixed3 albedo = texcolor.rgb * _Color.rgb;
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
				fixed3 diffues = _LightColor0.rgb * albedo * max(0,dot(worldNormal,worldLightDir));
 
				return fixed4(ambient + diffues,texcolor.a * _AlphaScale);
			}
 
 
 
 
 
			ENDCG
		}
 
 
		Pass
		{
			Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
 
			Cull Back
 
			ZWrite Off
			Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
 
 
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "Lighting.cginc"
			#include "UnityCG.cginc"
 
			fixed4 _Color;
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed _AlphaScale;
 
			struct a2v
			{
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};
 
			struct v2f
			{
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPos : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};
 
			v2f vert(a2v v)
			{
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;
 
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);
 
				return o;
 
			}
 
			fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET0
			{
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
 
				fixed4 texcolor = tex2D(_MainTex,i.uv);
 
				fixed3 albedo = texcolor.rgb * _Color.rgb;
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
				fixed3 diffues = _LightColor0.rgb * albedo * max(0,dot(worldNormal,worldLightDir));
 
				return fixed4(ambient + diffues,texcolor.a * _AlphaScale);
			}
 
			ENDCG
 
	}
	}
		FallBack "Transparent/VertexLit"
}

3、血管材质球

创建材质球，使用刚刚的CustomTransShader.shader。

然后把材质球赋值给血管模型预设，这样，半透明的血管就做好了。

4、添加碰撞体

因为药水要在血管中流动，需要发生碰撞，所以血管需要添加碰撞体：MeshCollider。

5、药水粒子

药水粒子其实就是普通的粒子。

最关键点就是开启粒子的Collision属性，这样粒子就可以与血管壁碰撞了。

其中一些参数：
Dampen：阻力
Bounce：弹力
Lifetime Loss：损失率
Min Kill Speed：最小死亡速度
Max Kill Speed: 最大死亡速度
Radius Scale： 半径缩放，可使粒子未撞到Collision便产生碰撞

四、测试效果

最终运行Unity，测试效果如下：

五、结束语

完毕。
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