Three.js進階篇之5 - 粒子系統

allenjiao發表於2018-03-15
JS
Three.js是一個偉大的開源WebGL庫，WebGL允許JavaScript操作GPU，在瀏覽器端實現真正意義的3D。但是目前這項技術還處在發展階段，資料極為匱乏，愛好者學習基本要通過Demo原始碼和Three.js本身的原始碼來學習。 
0.簡介 
嗨，又見面了。這麼說我們已經開始學習Three.js了，如果你還沒有看過之前三篇教程，建議你先讀完。如果你已經讀完前面的教程了，你可能會想做一些關於粒子的東西。讓我們直面這個話題吧，每個人都愛粒子效果。不管你是否知道，你可以很輕易地建立它們。 
1.建立一個粒子系統 
Three.js將粒子系統視為一個基本的幾何體，因為它就像基本幾何體一樣，即有形狀，又有位置、縮放因子、旋轉屬性。粒子系統將geometry物件裡的每一個點視為一個單獨的粒子。為什麼這樣做？我想基於以下的原因：首先，整個粒子系統地繪製只需要呼叫一次某個繪製函式，而不是呼叫上千次；其次，這允許你設定一些全域性的引數來影響你的粒子系統內的所有粒子。 

即使是粒子系統被視為一個整體的物件，我們仍然可以為每個粒子單獨地著色，因為在繪製粒子系統的過程中，Three.js通過attribute變數colour向著色器傳遞了每一個頂點的顏色。我在本篇教程裡並不準備這樣做，如果你想知道這是怎樣完成的，你可以去GitHub上看Three.js的例程。 

粒子系統可能還有一種特殊效果需要引起你的注意：Three.js在粒子系統第一次被渲染的時候，會將其資料快取下來，之後你無法增加或減少系統中的粒子。如果你不希望看到某個粒子，你可以將它的顏色中的alpha值設定為0，但你無法刪除它。所以你應當在建立粒子系統的時候，就將所有可能需要顯示的粒子考慮進來。 
開始建立一個粒子系統，只需要這麼多： 
複製程式碼程式碼如下:

// 建立粒子geometry 
var particleCount = 1800, 
particles = new THREE.Geometry(), 
pMaterial = 
new THREE.ParticleBasicMaterial({ 
color: 0xFFFFFF, 
size: 20 
}); 
// 依次建立單個粒子 
for(var p = 0; p < particleCount; p++) { 
// 粒子範圍在-250到250之間 
var pX = Math.random() * 500 - 250, 
pY = Math.random() * 500 - 250, 
pZ = Math.random() * 500 - 250, 
particle = new THREE.Vertex( 
new THREE.Vector3(pX, pY, pZ) 
); 
// 將粒子加入粒子geometry 
particles.vertices.push(particle); 
} 
// 建立粒子系統 
var particleSystem = 
new THREE.ParticleSystem( 
particles, 
pMaterial); 
// 將粒子系統加入場景 
scene.addChild(particleSystem); 

如果你執行： 
1.你會發現粒子都是方的 
2.粒子都不動 
我們一個一個來修復。 
2.風格 
我們建立一個粒子基本材質時傳入了顏色和尺寸。我們可能想做的是傳入一張紋理圖片用來顯示粒子，而這樣就可以很好地控制粒子看上去的樣式了。 

你也看到，粒子是以方塊形狀繪製的，所以我們也應當使用一張方形的紋理圖片。為了看上去效果更好，我還會使用加法混合，但是這樣做必須保證紋理圖片的背景是黑色的而不是透明的。我理解的原因是：現在加法混合和透明材質之間不相容。但是沒關係，最後看上去會很棒。 

我們來更新一下粒子基本材質和粒子系統，加入一些加法混合下透明的粒子。如果你喜歡，你也可以用我的粒子圖片。 
複製程式碼程式碼如下:

// 建立粒子基本材質 
var pMaterial = 
new THREE.ParticleBasicMaterial({ 
color: 0xFFFFFF, 
size: 20, 
map: THREE.ImageUtils.loadTexture( 
"images/particle.png" 
), 
blending: THREE.AdditiveBlending, 
transparent: true 
}); 
// 允許粒子系統對粒子排序，以達到我們想要的效果 
particleSystem.sortParticles = true; 

這看上去已經好多了。現在來引入一點物理，讓粒子們動起來。 
3.引入物理 
預設情況下，粒子系統在三維空間中不運動，這很好。但我想讓他們動起來，而且我要讓粒子系統這樣運動：讓粒子繞著y軸旋轉。而且粒子在每個軸的範圍都在-250到250之間，所以繞著y軸旋轉以為這它們繞著系統地中心旋轉。 

我還假定，你已經在某個地方有了幀迴圈的程式碼，和我在上一篇關於著色器中的教程中類似。所以這裡我們只需這樣： 
複製程式碼程式碼如下:

// 幀迴圈 
function update() { 
// 增加一點旋轉量 
particleSystem.rotation.y += 0.01; 
// 繪製粒子系統 
renderer.render(scene, camera); 
// 設定下一次重新整理幀時對update的呼叫 
requestAnimFrame(update); 
} 

現在我們開始定義單個粒子的運動（譯者注：之前的旋轉是整個粒子系統的運動）。我們來做個簡單的雨點效果，這包含一下幾步： 
1.給每一個粒子賦一個初始為0的速度 
2.在每一幀中，為每一個粒子賦一個隨機的重力加速度 
3.在每一幀中，通過通過加速度更新速度，通過速度更新位置 
4.當一個粒子運動出了視線，重新設定初始位置和速度 
聽上去很多，其實程式碼寫起來很少。首先，在建立粒子的過程中，我們為每個粒子增加一個水平速度： 
複製程式碼程式碼如下:

// 為每個粒子建立一個水平運動速度 
particle.velocity = new THREE.Vector3( 
0, // x 
-Math.random(), // y: 隨機數 
0); // z 

接下來，在幀緩衝中我們傳遞每個粒子，並且，當粒子離開螢幕底部需要重置時，重置其位置和速度。 
複製程式碼程式碼如下:

// 幀迴圈 
function update() { 
// 增加旋轉量 
particleSystem.rotation.y += 0.01; 
var pCount = particleCount; 
while(pCount--) { 
// 獲取單個粒子 
var particle = particles.vertices[pCount]; 
// 檢查是否需要重置 
if(particle.position.y < -200) { 
particle.position.y = 200; 
particle.velocity.y = 0; 
} 
// 用隨機數更新水平速度分量，並根據速度更新位置 
particle.velocity.y -= Math.random() * .1; 
particle.position.addSelf( 
particle.velocity); 
} 
// 告訴粒子系統我們改變了粒子位置 
particleSystem.geometry.__dirtyVertices = true; 
// 畫 
renderer.render(scene, camera); 
// 設定下一次呼叫 
requestAnimFrame(update); 
} 

雖然不夠震撼，但這個粒子至少展示瞭如何做。你完全應該自己建立一些美妙的粒子效果，然後讓我知道。 
這裡有個警告你應該知道，在幀迴圈中，我越雷池了：我在一次迴圈中遍歷了所有粒子，這實際上是種很粗放的方式。如果你的幀迴圈中做了太多的工作（譯者注：注意幀迴圈的js程式碼是在cpu中執行的，它不像gpu，能一下子併發出成千上萬個簡單程式），瀏覽器就會卡頓，事實上如果你用了requestAnimationFrame，它檢視每秒重新整理60次。所以還是優化你的程式碼，在幀迴圈中做盡量少的事情。 
4.小結 

粒子效果太棒了，是個人都愛粒子效果，而現在你知道如何在Three.js中加入粒子效果了。我希望你能用得順手，就跟前面一樣！

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