QT高级运用之粒子模拟（Particle Simulations)

时间：2021-05-07 09:57:18

粒⼦模拟是计算机图形技术的可视化图形效果。典型的效果有：落叶，⽕焰，爆炸，流星，云等等。它不同于其它图形渲染， 粒⼦是基于模糊来渲染。它的结果在基于像素下是不可预测的。粒⼦系统的参数描述了随机模拟的边界。传统的渲染技术实现粒⼦渲染效果很困难。有⼀个好消息是你可以使⽤QML元素与粒⼦系统交互。同时参数也可以看做是属性，这些参数可以使⽤传统的动画技术来实现动态效果。

概念（Concept）

粒⼦模拟的核⼼是粒⼦系统（ParticleSystem），它控制了共享时间线。⼀个场景下可以有多个粒⼦系统，每个都有⾃⼰独⽴的时间线。⼀个粒⼦使⽤发射器元素（Emitter）发射，使⽤粒⼦画笔（ParticlePainter）实现可视化， 它可以是⼀张图⽚，⼀个QML项或者⼀个着⾊项（shader item）。⼀个发射器元素（ Emitter） 也提供向量来控制粒⼦⽅向。 ⼀个粒⼦被发送后就再也⽆法控制。 粒⼦模型提供粒⼦控制器（ Affector） ， 它可以控制已发射粒⼦的参数。
在⼀个系统中， 粒⼦可以使⽤粒⼦群元素（ ParticleGroup） 来共享移动时间。 默认下， 每个例⼦都属于空（ “”） 组。
QT高级运用之粒子模拟（Particle Simulations)

  • 粒⼦系统（ParticleSystem） - 管理发射器之间的共享时间线。
  • 发射器（Emitter） - 向系统中发射逻辑粒⼦。
  • 粒⼦画笔（ParticlePainter） - 实现粒⼦可视化。
  • ⽅向（Direction） - 已发射粒⼦的向量空间。
  • 粒⼦组（ParticleGroup） - 每个粒⼦是⼀个粒⼦组的成员。
  • 粒⼦控制器（ Affector） - 控制已发射粒⼦。

简单的模拟（ Simple Simulation）

让我们从⼀个简单的模拟开始学习。Qt Quick使⽤简单的粒⼦渲染⾮常简单。下⾯是我们需要的：

  • 绑定所有元素到⼀个模拟的粒⼦系统（ ParticleSystem） 。
  • ⼀个向系统发射粒⼦的发射器（ Emitter） 。
  • ⼀个ParticlePainter派⽣元素， ⽤来实现粒⼦的可视化。
  1. importQtQuick2.6
  2. importQtQuick.Window2.2
  3. importQtQuick.Particles2.0
  5. Window{
  6. visible:true;
  7. id: root;
  8. width:480;
  9. height:160;
  10. color:"#1f1f1f";
  12. ParticleSystem{
  13. id: particleSystem;
  14. }
  16. Emitter{
  17. id: emitter;
  18. anchors.centerIn: parent;
  19. width:160;
  20. height:80;
  21. system: particleSystem;
  22. emitRate:10;//每S发送10个粒子
  23. lifeSpan:2000;//每个粒子生命周期为1000ms
  24. lifeSpanVariation:500;//一个已发射粒子的生命周期变化是500ms
  25. size:16;//一个粒子开始的大小是16像素
  26. endSize:32;//生命周期结束时的大小是32个像素（ endSize:32）
  27. // Tracer {colro: "green"};
  28. }
  30. ImageParticle{
  31. source:"/blur.png";
  32. system: particleSystem;
  33. }
  34. }

运⾏结果如下所⽰：
QT高级运用之粒子模拟（Particle Simulations)
我们使⽤⼀个480x160的矩形框作为我们的根元素和背景。 然后我们定义⼀个粒⼦系统（ParticleSystem）。这通常是粒⼦系统绑定所有元素的第⼀步。 下⼀个元素是发射器（ Emitter），它定义了基于矩形框的发射区域和发射粒⼦的基础属性。发射器使⽤system属性与粒⼦系统进⾏绑定。
在这个例⼦中，发射器每秒发射10个粒⼦（ emitRate:10） 到发射器的区域，每个粒⼦的⽣命周期是1000毫秒（ lifeSpan:1000） ， ⼀个已发射粒⼦的⽣命周期变化是500毫秒（ lifeSpanVariation:500） 。 ⼀个粒⼦开始的⼤⼩是16个像素（ size:16） ， ⽣命周期结束时的⼤⼩是32个像素（ endSize:32） 。

发射器发射逻辑粒⼦。⼀个逻辑粒⼦的可视化使⽤粒⼦画笔（ ParticlePainter） 来实现， 在这个例⼦中我们使⽤了图像粒⼦（ ImageParticle），使⽤⼀个图⽚链接作为源属性。
图像粒⼦也有其它的属性⽤来控制粒⼦的外观。

  • 发射频率（ emitRate） - 每秒粒⼦发射数（ 默认为10个） 。
  • ⽣命周期（ lifeSpan） - 粒⼦持续时间（ 单位毫秒， 默认为1000毫秒） 。
  • 初始⼤⼩（ size），结束⼤⼩（ endSize）- 粒⼦在它的⽣命周期的开始和结束时的⼤⼩（ 默认为16像素）。

粒⼦参数（ Particle Parameters）

我们已经知道通过改变发射器的⾏为就可以改变我们的粒⼦模拟。粒⼦画笔被⽤来绘制每⼀个粒⼦。 回到我们之前的粒⼦中， 我们更新⼀下我们的图⽚粒⼦画笔（ ImageParticle）。⾸先我们改变粒⼦图⽚为⼀个⼩的星形图⽚：
QT高级运用之粒子模拟（Particle Simulations)
粒⼦使⽤⾦⾊来进⾏初始化， 不同的粒⼦颜⾊变化范围为+/- 20%。

  1. color:'#FFD700'
  2. colorVariation:0.2

为了让场景更加⽣动， 我们需要旋转粒⼦。 每个粒⼦⾸先按顺时针旋转15度， 不同的粒⼦在+/-5度之间变化。 每个例⼦会不断的以每秒45度旋转。每个粒⼦的旋转速度在+/-15度之间变化：

  1. rotation:15
  2. rotationVariation:5
  3. rotationVelocity:45
  4. rotationVelocityVariation:15

最后， 我们改变粒⼦的⼊场效果。 这个效果是粒⼦产⽣时的效果， 在这个例⼦中， 我们希望使⽤⼀个缩放效果：
entryEffect: ImageParticle.Scale
现在我们可以看到旋转的星星出现在我们的屏幕上。
QT高级运用之粒子模拟（Particle Simulations)
代码：

  1. importQtQuick2.6
  2. importQtQuick.Window2.2
  3. importQtQuick.Particles2.0
  5. Window{
  6. visible:true;
  7. id: root;
  8. width:480;
  9. height:160;
  10. color:"black";
  12. ParticleSystem{
  13. id: particleSystem;
  14. }
  16. Emitter{
  17. id: emitter;
  18. anchors.centerIn: parent;
  19. width:160;
  20. height:80;
  21. system: particleSystem;
  22. emitRate:10;//每S发送10个粒子
  23. lifeSpan:1000;//每个粒子生命周期为1000ms
  24. lifeSpanVariation:500;//一个已发射粒子的生命周期变化是500ms
  25. size:16;//一个粒子开始的大小是16像素
  26. endSize:32;//生命周期结束时的大小是32个像素（ endSize:32）
  27. // Tracer {colro: "green"};
  28. }
  30. ImageParticle{
  31. source:"/start.bmp";
  32. color:"#ffd700";
  33. colorVariation:0.2
  34. rotation:15
  35. rotationVariation:5
  36. rotationVelocity:45
  37. rotationVelocityVariation:15
  38. entryEffect:ImageParticle.Scale
  39. system: particleSystem;
  40. }
  41. }

粒⼦⽅向（ Directed Particle）

我们已经看到了粒⼦的旋转， 但是我们的粒⼦需要⼀个轨迹。 轨迹由速度或者粒⼦随机⽅向的加速度指定， 也可以叫做⽮量空间。
有多种可⽤⽮量空间⽤来定义粒⼦的速度或加速度：

  • ⾓度⽅向（ AngleDirection） - 使⽤⾓度的⽅向变化。
  • 点⽅向（ PointDirection） - 使⽤x,y组件组成的⽅向变化。
  • 目标⽅向（ TargetDirection） - 朝着目标点的⽅向变化。

QT高级运用之粒子模拟（Particle Simulations)

让我们在场景下试着⽤速度⽅向将粒⼦从左边移动到右边。
⾸先使⽤⾓度⽅向（ AngleDirection） 。 我们使⽤AngleDirection元素作为我们的发射器（ Emitter） 的速度属性。

  1. velocity:AngleDirection{}

粒⼦的发射将会使⽤指定的⾓度属性。 ⾓度值在0到360度之间， 0度代表指向右边。 在我们的例⼦中， 例⼦将会移动到右边， 所以0度已经指向右边⽅向。 粒⼦的⾓度变化在+/-15度之间：

  1. velocity:AngleDirection{
  2. angle:0
  3. angleVariation:15
  4. }

现在我们已经设置了⽅向， 下⾯是指定粒⼦的速度。 它由⼀个梯度值定义，这个梯度值定义了每秒像素的变化。 正如我们设置⼤约640像素， 梯度值为100， 看起来是⼀个不错的值。 这意味着平均⼀个6.4秒⽣命周期的粒⼦可以穿越我们看到的区域。 为了让粒⼦的穿越看起来更加有趣， 我们使⽤magnitudeVariation来设置梯度值的变化， 这个值是我们的梯度值的⼀半：

  1. velocity:AngleDirection{
  2. ...
  3. magnitude:100
  4. magnitudeVariation:50
  5. }

QT高级运用之粒子模拟（Particle Simulations)

粒⼦画笔（ Particle Painter）

粒⼦控制（ Affecting Particles）

粒⼦组（ Particle Group）

总结（ Summary）

未完待续。。。。。

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