之前UWA已經(jīng)完整介紹了Unreal 4引擎中渲染模塊和動畫模塊，現(xiàn)在我們將介紹粒子系統(tǒng)的相關功能。本文將分兩部分介紹Unreal 4引擎的粒子系統(tǒng)，其中包括：粒子系統(tǒng)的創(chuàng)建、類型和特殊功能。通過本系列文章，UWA希望讀者能學習到以下知識點：
Unreal 4引擎中粒子系統(tǒng)如何使用
Unreal 4引擎中粒子系統(tǒng)所能達到的視覺效果
Unreal 4引擎中粒子系統(tǒng)的LOD、向量場等功能使用
Unreal 4.18新推出的Niagara粒子系統(tǒng)功能使用
在此，特別感謝Unreal中國團隊對于本篇文章中Unreal引擎相關內(nèi)容的審核，并在UWA團隊學習其引擎的道路上提供的大力支持。
基礎功能
本節(jié)將介紹Unreal 4引擎中粒子系統(tǒng)的基礎功能，主要分為兩個部分，其中包括：粒子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和使用以及不同類型模塊的介紹。
1.1 粒子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和使用
Unreal 4引擎的粒子系統(tǒng)一共包含了4個層次結(jié)構(gòu)：Emitter Actor、Particle System（資源）、Emitter以及Module。
Emitter Actor是場景中擺放的粒子系統(tǒng)對象。它默認具有粒子系統(tǒng)組件，在該組件中的Template參數(shù)中可以引用創(chuàng)建好的Particle System資源進行渲染，如下圖所示：
其中，上圖黃色框顯示了場景中的Emitter Actor對象以及其組件，紅色框顯示了其粒子系統(tǒng)組件Template參數(shù)中引用的Particle System資源，綠色框顯示了已創(chuàng)建好的Particle System資源。編輯場景時，只需將Particle System資源拖入場景，引擎便會自動創(chuàng)建對應的Emitter Actor對象。
Emitter和Module分別是Particle System資源中包含的兩種結(jié)構(gòu)。其中，一個Particle System資源可以包含多個Emitter，一個Emitter中可以包含多個不同的Module。它們與Unity引擎中的ParticleSystem和Module的結(jié)構(gòu)和概念相似。下圖顯示了Unreal4和Unity引擎中粒子系統(tǒng)編輯器的截圖：
Unreal 4引擎中的粒子系統(tǒng)編輯器截圖
Unity引擎中的粒子系統(tǒng)編輯器截圖
在Unreal 4引擎中的粒子系統(tǒng)編輯器截圖中，紅色框顯示了粒子系統(tǒng)資源中一個Emitter，綠色框顯示了Emitter中的一個Module。下圖顯示了Unity引擎中粒子系統(tǒng)編輯器截圖，紅色框顯示了粒子系統(tǒng)中的一個Particle System，綠色框顯示了Particle System中的一個Module。在Unreal 4引擎粒子系統(tǒng)中有一個比較特殊的Module—Required。這個Module是每個Emitter默認包含并且無法關閉的，它類似于Unity引擎粒子系統(tǒng)中自帶的參數(shù)設置，如上圖中黃色框顯示的部分。
Unreal 4引擎粒子系統(tǒng)中的Module計算順序是從上至下，Module對于最終效果的影響也是在已執(zhí)行的Module基礎上進行累加。因此，在編輯Emitter時可以將重要的Module放在優(yōu)先級更靠前的位置。Module前后順序可以在Emitter界面通過鼠標拖拽進行調(diào)整。對于Module中參數(shù)的修改，Unity引擎是直接在Module的下拉列表中進行設置，Unreal 4引擎則是選中需要修改的Module，在編輯器的Details面板中進行設置，如下圖所示：
其中，左圖紅框顯示了Unity引擎粒子系統(tǒng)中Module參數(shù)的設置界面，右圖紅框顯示了Unreal 4引擎粒子系統(tǒng)中Module參數(shù)的設置界面。
Unity與Unreal 4引擎粒子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并不完全相同。其不同點在于，在Unity引擎中只有粒子系統(tǒng)組件，而沒有粒子系統(tǒng)資源。因此，在Unity引擎中創(chuàng)建粒子系統(tǒng)需要先創(chuàng)建Game Object并添加粒子系統(tǒng)組件后才可將其保存成Prefab資源。
1.2 Module
Unreal 4引擎粒子系統(tǒng)支持多種不同類型的Module。在編輯粒子系統(tǒng)的發(fā)射器時可以任意添加和刪除Module，從而開啟和關閉Module中的功能。不同的Module組合和參數(shù)設置能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的粒子特效，例如：修改粒子的數(shù)量、速度、旋轉(zhuǎn)、顏色以及生命周期等。在接下來的內(nèi)容中，本節(jié)將介紹幾種比較特殊的Module。
1.2.1 Type Data
Type DataModule實現(xiàn)了不同類型的粒子系統(tǒng)。其類型主要包括：
- Sprite
- GPU Sprite
- Mesh
- Beam
- Ribbon
- AnimTrail
在創(chuàng)建粒子系統(tǒng)時，默認情況下使用的是Sprite類型。該類型為CPU計算模擬粒子運動，并使用Billboard面片渲染的粒子。下圖顯示了該種類型粒子實現(xiàn)的煙霧效果：
上圖中的左圖顯示了該粒子系統(tǒng)渲染時所使用的面片可視化信息，中圖顯示了渲染結(jié)果，右圖顯示了Emitter的設置。該種類型的粒子系統(tǒng)是最普通也使用最多的一種，它可用于模擬各種煙霧、火焰以及火花粒子等效果。
GPU Sprite類型的粒子與Sprite類型效果類似，只是將模擬粒子運動的計算放在GPU端執(zhí)行。相比CPU端模擬粒子運動，它的優(yōu)勢是減少了CPU端的開銷，借助GPU的高性能并行計算，能夠支持更多的粒子數(shù)目。其添加方式是在Emitter上點擊右鍵，在Type Data菜單中選擇New GPU Sprite即可，如下圖所示：
其中，上圖紅框顯示了Smoke和Sparks兩個Emitter中使用了GPU Sprite，其主要原因是這兩個Emitter中的粒子數(shù)目較多。GPU Sprite目前在PC端都支持，在中高端Mobile機型中也同樣支持，即只要設備支持MRT功能即可。
Mesh類型支持了使用網(wǎng)格來渲染粒子。其添加方式與其他類型一樣，Mesh模型的設置是在Mesh Module的Details面板中。Unity引擎中也同樣支持類似功能，設置方式是在Render Module中，如下圖所示：
左圖是Unreal 4引擎中Mesh粒子的設置界面，右圖是Unity引擎中Mesh粒子的設置界面。其中，Mesh設置為Chair模型，下圖顯示了該粒子系統(tǒng)的渲染結(jié)果：
Beam類型粒子是一種可實現(xiàn)在兩個物體之間連線的粒子，并且可隨著兩物體之間距離變化進行拉伸或縮短，其效果類似于連接友軍的靈魂鏈，或是帶跟蹤的激光束。Unity引擎也同樣支持該效果，但是實現(xiàn)并不在粒子系統(tǒng)中，而是單獨作為一種渲染效果，叫做LineRenderer，如下圖所示：
其中，左圖顯示了Unreal 4引擎的Beam類型粒子特效設置界面，右圖顯示了Unity引擎中Line Renderer的設置界面。其渲染效果如下圖所示：
上圖效果是采用固定長度渲染的Beam粒子特效，如果需要將Beam粒子兩端分別掛接到兩個Actor上，則還需添加Source和TargetModule，并做相應設置，如下圖所示：
上圖中，左圖紅色方框顯示了在Emitter中添加Source和TargetModule，中圖綠色方框顯示了將Beam Data Module中Beam Method修改為Target以便掛接到物體上，右圖顯示了在Source Module中修改Source Method和Source Name參數(shù)為設置掛接點使用。下圖顯示了渲染效果：
其中，EmitterActor的Details界面中紅色方框顯示了將Beam Source和Beam Target掛接點分別設置到Cube和Sphere物體上。
Ribbon類型粒子可以用于實現(xiàn)飄帶的效果，其原理是將粒子之間用飄帶連接起來。Unity引擎也支持類似效果，但是實現(xiàn)并不在粒子系統(tǒng)中，而是單獨作為一種渲染效果，叫做TrailRenderer，如下圖所示：
左圖顯示了Unreal 4引擎中Ribbon粒子設置界面，右圖顯示了Unity引擎中Trail Renderer的設置界面。下圖顯示了Ribbon粒子渲染結(jié)果：
其中，在場景移動該粒子時，粒子飄帶會跟隨著軌跡飄動并逐漸消失。
AnimTrail類型粒子也是模擬拖尾效果。它可以掛接到角色動畫的骨骼上，跟隨掛接骨骼的運動軌跡形成拖尾效果。下圖顯示了AnimTrail類型粒子的設置界面：
通過在骨骼動畫的Notifies Timeline上添加Trail Notify，并設置好PSTemplate和掛接骨骼即可看到動畫播放過程中骨骼上的拖尾特效，如下圖所示：
上圖紅色框顯示了在Walk動畫中添加了Trail Notify。Trail Notify的長度表示了Trail粒子播放的時間。綠色框顯示了將PSTemplate參數(shù)設置為創(chuàng)建好的粒子系統(tǒng)PS_AnimTrail，以及將掛接骨骼設置為calf_l和foot_l，即左腿。View視圖中白色拖尾即為腿部運動過程中的AnimTrail特效。
小結(jié)
以上，則為Unreal 4引擎粒子系統(tǒng)學習系列中的第一部分，重點介紹了Unreal 4引擎中粒子系統(tǒng)的使用和操作。下周，我們就Unreal 4引擎中粒子系統(tǒng)的更多功能進行更為詳細的講解。
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