在前期關(guān)于Unreal 4 引擎的技術(shù)推文中，UWA重點(diǎn)介紹了粒子系統(tǒng)的重點(diǎn)模塊和高級(jí)功能。本文將進(jìn)行介紹Unreal 4引擎中的新粒子系統(tǒng)：Niagara。需要說(shuō)明的是，目前的Niagara粒子系統(tǒng)仍處于測(cè)試階段，并非最終完成版。
這是UWA發(fā)布的第10篇Unreal 4技術(shù)文章，之前我們已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò)渲染系統(tǒng)、動(dòng)畫系統(tǒng)以及部分粒子系統(tǒng)的功能介紹，詳情請(qǐng)轉(zhuǎn)至UWA博客（blog.uwa4d.com）。同時(shí)，特別感謝Unreal中國(guó)團(tuán)隊(duì)對(duì)于本篇文章中Unreal引擎相關(guān)內(nèi)容的審核，并在UWA團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)其引擎的道路上提供的大力支持。
一、Niagara使用
1.1 開(kāi)啟功能
在最新的Unreal 4引擎中，Niagara模塊已經(jīng)被加入到引擎的插件中。需要使用時(shí)，只需通過(guò)菜單Edit->Plugin打開(kāi)Plugin窗口，搜索”Niagara”并選擇Enabled即可，如下圖所示：
然后，在Content Browser中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵會(huì)出現(xiàn)新的菜單選項(xiàng)FX，該子菜單中包含了Niagara的各種資源選項(xiàng)，如下圖所示：
其中，上圖紅色框中顯示了Niagara中包含的各種資源：Niagara System為粒子系統(tǒng)資源，Niagara Emitter為發(fā)射器資源，Niagara Script為粒子系統(tǒng)邏輯腳本資源，Niagara Parameter Collection為參數(shù)集合資源。接下來(lái)，本文將分別對(duì)其進(jìn)行介紹。
1.2 Niagara System
Niagara System資源類似于Cascade中的Particle System資源。其創(chuàng)建方式可以通過(guò)右鍵菜單”FX->Niagara System”創(chuàng)建，將其拖入場(chǎng)景中時(shí)，引擎會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建Niagara Actor，并在其Niagara Component中引用該Niagara System資源：
其中，上圖紅色框顯示了Niagara System資源，紅色箭頭表示將其拖入場(chǎng)景，藍(lán)色框表示引擎生成的Niagara Actor，綠色框表示在其Niagara Component中引用拖入的Niagara System資源。
雙擊Niagara System資源可打開(kāi)編輯器，如下圖所示：
其中，上圖紅色框顯示了Niagara System包含兩個(gè)Niagara Emitter，在其區(qū)域內(nèi)通過(guò)右鍵菜單可添加更多Niagara Emitter。Niagara System與Cascade的Particle System類似，可以包含多個(gè)Niagara Emitter，其執(zhí)行順序是從上至下。上圖中綠色框顯示了Niagara System的腳本節(jié)點(diǎn)圖，其中包含兩部分：Spawn和Update。Spawn只在該Niagara System初始化時(shí)執(zhí)行一次，Update則會(huì)在每一幀都執(zhí)行。從Niagara System的節(jié)點(diǎn)圖中可知，其執(zhí)行過(guò)程是順序執(zhí)行其包含的所有Niagara Emitter的Spawn和Update節(jié)點(diǎn)。
1.3 Niagara Emitter
Niagara Emitter類似于Cascade中的Emitter。只是在Cascade中，Emitter的創(chuàng)建和編輯都在Particle System資源中，而在Niagara中它成為一個(gè)獨(dú)立的資源。通過(guò)右鍵菜單”FX->Niagara Emitter”可創(chuàng)建該資源，雙擊該資源可打開(kāi)其編輯器，如下圖所示：
在目前最新的4.18.3版本中，新創(chuàng)建的Niagara Emitter會(huì)出現(xiàn)一系列報(bào)錯(cuò)信息。上圖紅色框顯示了錯(cuò)誤信息。同時(shí)打開(kāi)Selected Emitter Graph窗口會(huì)發(fā)現(xiàn)Emitter的節(jié)點(diǎn)圖默認(rèn)情況下為空。此時(shí)可先點(diǎn)擊上圖中的一系列Fix Error按鈕，引擎會(huì)自動(dòng)添加相應(yīng)的Module，并生成相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)圖。添加完成后如果發(fā)現(xiàn)還有錯(cuò)誤提示，可先關(guān)閉Emitter編輯器界面，重新打開(kāi)，錯(cuò)誤提示便會(huì)消失，如下圖所示：
其中，上圖中Emitter的Module設(shè)置界面中顯示了6種不同類型的Module。設(shè)計(jì)者在這6種類型中添加不同的Module可以實(shí)現(xiàn)不同的粒子效果，其操作方式與Cascade中的Emitter添加Module非常相似。但與Cascade最大的不同點(diǎn)在于，Niagara中的這些Module除了可以使用引擎內(nèi)置的之外，還可以使用設(shè)計(jì)者通過(guò)節(jié)點(diǎn)圖編輯的自定義Module。而用戶自定義節(jié)點(diǎn)圖即為Niagara Script，本文將在后續(xù)內(nèi)容中進(jìn)行說(shuō)明。
Niagara Emitter中不同塊的Module執(zhí)行時(shí)機(jī)也不相同：
Emitter Spawn 表示Emitter Spawn時(shí)執(zhí)行的Module，并且只執(zhí)行一次
Emitter Update 表示Emitter Update時(shí)執(zhí)行的Module，每幀都執(zhí)行
Particle Spawn 表示Particle Spawn時(shí)執(zhí)行的Module，并且只執(zhí)行一次
Particle Update 表示Particle Update時(shí)執(zhí)行的Module，每幀都執(zhí)行
Add Event Handler 表示Emitter事件相關(guān)的Module
Render 表示Emitter渲染相關(guān)的Module
打開(kāi)Selected Emitter Graph窗口可以看到此時(shí)引擎已經(jīng)自動(dòng)生成了節(jié)點(diǎn)圖，并且節(jié)點(diǎn)圖分為上述不同類型，如下圖所示：
其中，上圖紅色框顯示了Set Particle Position節(jié)點(diǎn)，綠色框顯示了該節(jié)點(diǎn)是用于在Particle Spawn時(shí)執(zhí)行并輸出結(jié)果。
而Emitter節(jié)點(diǎn)圖正好對(duì)應(yīng)了添加的Module，如下圖所示：
其中，上圖紅色框顯示了Emitter Module設(shè)置界面中Set Particle Position Module，綠色框顯示了其屬于Particle Spawn類型。
由此可見(jiàn)，Niagara的總體結(jié)構(gòu)與Cascade十分相似，都是分為兩層：?jiǎn)蝹€(gè)Particle System可包含多個(gè)不同的Emitter，通過(guò)設(shè)置不同Emitter以及參數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同效果。但Niagara比Cascade更為強(qiáng)大的是，它能讓設(shè)計(jì)者自定義Module，其編輯方式為節(jié)點(diǎn)圖。
1.4 Niagara Script
Niagara Script在目前4.18.3版本中直接通過(guò)右鍵菜單創(chuàng)建會(huì)導(dǎo)致編輯器崩潰。繞開(kāi)該問(wèn)題的一個(gè)方式是先打開(kāi)一個(gè)引擎內(nèi)置的Script，然后將其另存為新的腳本，再進(jìn)行編輯。為了使Emitter每幀都發(fā)射粒子，我們可以在Emitter Update中添加Spawn Rate Module，如下圖所示：
其中，紅色框顯示了Spawn Rate Module，綠色框顯示了目前發(fā)射的粒子數(shù)、Emitter的耗時(shí)以及所占用內(nèi)存，通過(guò)該數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)者可以控制粒子的性能。雙擊紅色框內(nèi)的Spawn Rate即可打開(kāi)該Script，如下圖所示：
然后，將其另存為新的名字，即可創(chuàng)建出一個(gè)Niagara Script。在Niagara Script詳細(xì)信息界面中可選擇不用Usage來(lái)實(shí)現(xiàn)不同用途，其中包括：Module、Function以及Dynamic Input。分別表示該Script是用作Module，函數(shù)以及輸入?yún)?shù)，如下圖所示：
Module Usage Bitmask參數(shù)表示如果該Script是當(dāng)作Module使用，其使用的類型是哪些。該設(shè)置能夠在Module設(shè)置時(shí)根據(jù)歸類進(jìn)行提示，并提供快速選擇。Category參數(shù)方便對(duì)Script進(jìn)行分類，在設(shè)置時(shí)可根據(jù)分類快速查找。
其中，上圖紅色框宣示了Module Usage Bitmask的選項(xiàng)。在上圖中Emitter Spawn Script和Emitter Update Script被選中，因此在Module編輯界面添加Module時(shí)，在Emitter Spawn和Emitter Update兩類中會(huì)出現(xiàn)該Script。
此時(shí)，我們雖然添加了Spawn Rate Module，使得場(chǎng)景中出現(xiàn)了粒子，但是默認(rèn)情況下粒子為灰色，難以分辨。因此，我們將Render中的材質(zhì)修改一下，便可看到預(yù)覽場(chǎng)景中出現(xiàn)了該材質(zhì)的粒子，如下圖所示：
其中，上圖紅色方框顯示了修改粒子材質(zhì)為M_Spark。于是可在左圖預(yù)覽界面中看到粒子。為了讓粒子動(dòng)起來(lái)，我們還需在Particle Update類型中添加Update Velocity Module：
并且，修改Particle Spawn中的Set Particles Velocity Module的Velocity參數(shù)z為10.0：
即可看到粒子向z方向移動(dòng)：
我們用上述方法實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的粒子移動(dòng)，但Niagara提供的功能和節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)不止如此。通過(guò)編輯節(jié)點(diǎn)圖，設(shè)計(jì)者可以控制粒子發(fā)射以及運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程，從而可以實(shí)現(xiàn)任意想要的粒子效果。
二、Niagara與Cascade比較
總體來(lái)說(shuō)，UWA認(rèn)為Niagara粒子系統(tǒng)在功能方面的優(yōu)勢(shì)主要有以下兩種：
（1） Niagara提供了類似于BluePrint的編輯方式，從而使粒子系統(tǒng)的制作更加方便、更加靈活；
（2） 不光對(duì)粒子發(fā)射器可以進(jìn)行控制，同時(shí)讓用戶可以對(duì)粒子也可以進(jìn)行控制，從而可以讓用戶自定義粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而制作出更為復(fù)雜的粒子特效。
當(dāng)然，老版本Cascade粒子系統(tǒng)已經(jīng)包含了大量常用的粒子系統(tǒng)效果。UWA認(rèn)為，如果Cascade能夠滿足您的需求，則直接使用Cascade進(jìn)行編輯即可，畢竟使用已有功能可以節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。而當(dāng)Cascade中提供的功能無(wú)法滿足需求時(shí)，則可考慮使用Niagara。設(shè)計(jì)者可以通過(guò)Niagara實(shí)現(xiàn)更加符合項(xiàng)目需求的、特殊的粒子效果。
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