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[技术] 倒放粒子系统

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发表于 2018-11-8 09:41:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
Unity本身不支持从初始偏移时间倒放粒子系统,粒子系统会无视所有设为负模拟值的属性,并将所有属性设为0。

上周我们分享了游戏开发者Mirza的《使用粒子实现Logo消融效果》,其效果让人尤为惊艳。今天将继续由Mirza分享如何通过编写C#脚本,使其支持倒放粒子效果的功能。
01.gif


小贴士:本文所有效果的预览图都使用了Mirza所开发的Ultimate VFX中的预制件,这款资源同时也在Asset Store双11的促销活动中,如果你对这款插件有需要,可以抓住半价促销的机会支持一下Mirza。

编写脚本代码
首先,我们创建一个新脚本并命名为RewindParticleSystem。
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class RewindParticleSystem : MonoBehaviour
{
  // 初始化
    void Start () {        
    }

  // 每帧都会调用一次Update函数
    void Update () {      
    }
}


我们需要将该脚本的效果应用于,所附加游戏对象层级结构中的所有粒子系统。
ParticleSystem[] particleSystems;

因为每个粒子系统在编辑器中会设定不同的模拟速度,所以我们还需要跟踪所有粒子系统的模拟时间。
float[] simulationTimes;

因为要实现的是倒放效果,我们需要一个偏移开始时间。我们还加入了模拟速度比例值,用于处理粒子系统自身的模拟速度。

因为一个粒子效果会带有多个子对象,分别处理这些对象会很麻烦,所以只要将该脚本附加到根节点粒子系统上,我们就可以调整整个效果的速度。
public float startTime = 2.0f;
public float simulationSpeedScale = 1.0f;


下面让我们在新函数中初始化这些数值。

首先,获取对象层次结构中的所有粒子系统,其中包括与此脚本附加到相同对象上的组件。False表示我们打算无视层次结构中的不活动实例。

然后,我们将simulationTimes数组初始化为粒子系统数量。
void Initialize()
{
    particleSystems = GetComponentsInChildren<ParticleSystem>(false);
    simulationTimes = new float[particleSystems.Length];
}


最后,将Start函数替换为OnEnable函数。这是因为我们希望能在对象先禁用再启用后,重新播放该模拟效果。

我们在particleSystems的值为Null时,调用Initialize函数。然后在调用OnEnable函数时,重置所有模拟时间,因此我们将循环处理所有模拟时间变量并将数值设为0。

我们将粒子系统的模拟时间提前到startTime值,方法是在根粒子系统对象调用Simulate函数,并给第一个参数传入True,这表示该模拟效果的子对象也会包含在内。第二个传入的布尔值为False,表示不重新播放该粒子系统;第三个为True,表示此处将使用固定的时间步长。
void OnEnable()
{
    if (particleSystems == null)
    {
        Initialize();
    }

    for (int i = 0; i < simulationTimes.Length; i++)
    {
        simulationTimes = 0.0f;
    }

    particleSystems[0].Simulate(startTime, true, false, true);
}


现在处理Update函数,我们将在该函数的for循环中处理每个粒子系统。请注意,该循环以相反顺序进行迭代。这样子发射器将正确模拟父系统。
void Update()
{
    particleSystems[0].Stop(true,
        ParticleSystemStopBehavior.StopEmittingAndClear);

    for (int i = particleSystems.Length - 1; i >= 0; i--)
    {
        float deltaTime = particleSystems.main.useUnscaledTime ? Time.unscaledDeltaTime : Time.deltaTime;
        simulationTimes += (-deltaTime * particleSystems.main.simulationSpeed) * simulationSpeedScale;

        float currentSimulationTime = startTime + simulationTimes;
        particleSystems.Simulate(currentSimulationTime, false, false, true);
    }
}


现在处理循环的每个部分,从以下语句开始。

通过使用index 0的根对象并给withChildren参数传入True,强制整个粒子效果停止模拟过程。我们不仅是停止粒子的发射过程,而是打算将所有现有粒子清除,因为稍后将在调用Simulate函数时给restart参数传入True。

我们也可以将该语句放在循环中,使用当前循环索引并将布尔参数设为False,但是那样做会多次调用相同函数,而我们目前的做法只需调用一次。
particleSystems[0].Stop(true,
    ParticleSystemStopBehavior.StopEmittingAndClear);


这部分代码会检查当前迭代的粒子系统是否使用Unscaled时间,然后选择使用合适的增量时间。
float deltaTime = particleSystems.main.useUnscaledTime ? Time.unscaledDeltaTime : Time.deltaTime;
01-1.png


接下来,我们将模拟时间“向前”移动一个步长,实际上是向后。具体根据由粒子系统模拟速度调整的增量时间而定,增量时间还会由“全局”模拟速度比例再次调整。
simulationTimes -= (deltaTime * particleSystems.main.simulationSpeed) * simulationSpeedScale;

通过将该值添加到开始时间,我们获得粒子系统的目标模拟时间,我们可以将其传入Simulate函数。

第一个布尔参数为False,因为我们会循环对象结构中的每个粒子系统,所以带着子对象进行模拟会浪费资源。第二个参数也是False,因为我们已经停止并清除了所有粒子系统,这样就没必要为restart参数传入True。

最后一个参数是True,这很重要,因为我们打算明显地使用固定增量时间。请记住,如果帧率可变,可能无法使用相同的time.deltaTime值来计算模拟的中间部分。使用固定增量时间还能确保粒子系统进行更确切的渲染过程。
float currentSimulationTime = startTime + simulationTimes;
particleSystems.Simulate(currentSimulationTime, false, false, true);


以上代码将倒放模拟效果,但结果会有些奇怪,如下图所示。
02.gif


下面我们将处理这个问题。上图中效果混乱的原因是,每当我们调用Simulate函数时,随机种子值都会改变。我们只需要禁用自动生成随机种子值。即取消勾选Auto Random Seed即可。
03.png


但是,如果想保持勾选该选项要怎么做?

我们可以在编辑器中跟踪种子值的变化,暂时禁用它,然后再启用该选项,将种子值恢复为禁用前的数值。这样能使保持粒子系统的随机性,同时不会在倒放期间产生任何问题。

我们只需要修改for循环内的代码即可,方法是添加一个布尔值,用于保存禁用该选项时粒子系统的useAutoRandomSeed值,请留意下面代码中的红色高亮部分。
for (int i = particleSystems.Length - 1; i >= 0; i--)
{
    bool useAutoRandomSeed = particleSystems.useAutoRandomSeed;
    particleSystems.useAutoRandomSeed = false;

    particleSystems.Play(false);

    float deltaTime = particleSystems.main.useUnscaledTime ? Time.unscaledDeltaTime : Time.deltaTime;
    simulationTimes -= (deltaTime * particleSystems.main.simulationSpeed) * simulationSpeedScale;

    float currentSimulationTime = startTime + simulationTimes;
    particleSystems.Simulate(currentSimulationTime, false, false, true);

    particleSystems.useAutoRandomSeed = useAutoRandomSeed;
}


如果我们想要支持粒子系统的停止动作,可以将以下代码加入循环的结尾。首先调用Play函数强制系统取消暂停,然后完全停止,并清除粒子系统,触发指定的停止动作。
if (currentSimulationTime < 0.0f)
{
    particleSystems.Play(false);
    particleSystems.Stop(false, ParticleSystemStopBehavior.StopEmittingAndClear);
}

04.png


下面是最终的脚本代码。
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class ParticleSystemReverseSimulationSuperSimple : MonoBehaviour
{
    ParticleSystem[] particleSystems;

    float[] simulationTimes;

    public float startTime = 2.0f;
    public float simulationSpeedScale = 1.0f;

    void Initialize()
    {
        particleSystems = GetComponentsInChildren<ParticleSystem>(false);
        simulationTimes = new float[particleSystems.Length];
    }

    void OnEnable()
    {
        if (particleSystems == null)
        {
            Initialize();
        }

        for (int i = 0; i < simulationTimes.Length; i++)
{ simulationTimes = 0.0f; }
particleSystems[0].Simulate(startTime, true, false, true);
}

void Update()
{
particleSystems[0].Stop(true, ParticleSystemStopBehavior.StopEmittingAndClear);

for (int i = particleSystems.Length - 1; i >= 0; i--)
        {
            bool useAutoRandomSeed = particleSystems.useAutoRandomSeed;
            particleSystems.useAutoRandomSeed = false;

            particleSystems.Play(false);

            float deltaTime = particleSystems.main.useUnscaledTime ? Time.unscaledDeltaTime : Time.deltaTime;
            simulationTimes -= (deltaTime * particleSystems.main.simulationSpeed) * simulationSpeedScale;

            float currentSimulationTime = startTime + simulationTimes;
            particleSystems.Simulate(currentSimulationTime, false, false, true);

            particleSystems.useAutoRandomSeed = useAutoRandomSeed;

            if (currentSimulationTime < 0.0f)
            {
                particleSystems.Play(false);
                particleSystems.Stop(false, ParticleSystemStopBehavior.StopEmittingAndClear);
            }
        }
    }
}


将该脚本附加到任意带有粒子系统的游戏对象即可。
05.png


现在我们就能够实现倒放粒子系统效果了。
06.gif


小结
编写C#脚本,使其支持倒放粒子效果的功能就为大家介绍到这里了,希望大家能够借此和掌握运营粒子系统,创造出精彩的特效。更多Unity教程分享尽在Unity官方中文论坛(UnityChina.cn)!

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