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粒子系統的煙花動(dòng)畫(huà)設計
在計算機圖形技術(shù)中，將隨機分布的粒子集合構成的景物形象定義成粒子系統，粒子本身是構成景物形象的最簡(jiǎn)單圖元，通過(guò)局部圖元的特征和動(dòng)態(tài)的變化展現出整個(gè)景物環(huán)境的變化，于是就能夠展現出隨機性，動(dòng)態(tài)性以及模糊性等特征，因此粒子系統被認為至今為止最為成功的一種能夠模擬不規則且具有模糊印象的圖形算法，對自然界的雪花，霧氣，煙花，火焰，煙等景象能夠很少的模擬，粒子系統構建的影響通過(guò)渲染能夠展現出非常真實(shí)，現在很多好萊塢電影以及游戲制作中，粒子系統圖形算法得到了廣泛的應用，一起看看吧！
1 粒子系統基礎概念
粒子系統本身是一個(gè)集合體，因為現實(shí)世界中很多景觀(guān)都是模糊的，而且還具有流動(dòng)變化的屬性，粒子系統就是將這種模糊又變化的粒子組成一個(gè)結合，形成粒子系統，這個(gè)系統具有離散和連續兩大屬性，通過(guò)粒子對空間的充斥和運動(dòng)，且粒子之間相對獨立，同時(shí)相互不能穿透，在時(shí)空上具有一定的變化，同時(shí)擁有顏色，亮度，形狀以及立體體積的外觀(guān)形象以及具有運動(dòng)的特性和生命周期。其中顏色及亮度及形狀會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的變化而變化；粒子在不同的應用環(huán)境中會(huì )具有不同的屬性，比如在霧氣中，就和在煙花中的屬性就有偏差，每個(gè)粒子都會(huì )有生命周期，所謂粒子生命周期包括新生，活動(dòng)和死亡，在粒子的生命周期里，粒子從形狀和運動(dòng)狀態(tài)會(huì )發(fā)生變化，這個(gè)變化過(guò)程是隨即的，因為粒子系統本身就是描述模糊景物，因此涉及到粒子的各種參數是隨機的，包括初始值也要隨機。目前粒子模型主要有兩種，一種是虛擬，另一種就是實(shí)體，無(wú)論是虛擬還是實(shí)體都具有模糊特征，比如虛擬的雪花，煙霧，實(shí)體景物中的人和動(dòng)物的運動(dòng)等。對于簡(jiǎn)單的模糊景物就能夠通過(guò)改變動(dòng)力學(xué)方程參數值來(lái)模擬動(dòng)態(tài)效果，復雜景物就需要對這個(gè)物體進(jìn)行分割，然后針對每一個(gè)小部分列出動(dòng)力學(xué)方程，然后針對每個(gè)部分來(lái)進(jìn)行幀計算，再繪制成整體。
2 煙花粒子系統分析
2.1 煙花粒子模型系統分析
因為煙花的形狀是千差萬(wàn)別的，但是都具有一些基本的特征，因此在煙花粒子建模方面就應該把握住核心特征，并且結合不同的煙花形狀來(lái)設置不同的參數來(lái)實(shí)現，比如現在廠(chǎng)家的煙花形狀就有球狀，風(fēng)車(chē)狀，天女散花狀以及菊花狀等，這些不同形狀的煙花實(shí)際上僅僅需要通過(guò)設置不同的參數和動(dòng)態(tài)模型就能夠實(shí)現不同的燃放效果。煙花粒子模型的主要模式就是分成兩個(gè)部分，一個(gè)就是燃放點(diǎn)，另一個(gè)就是爆炸點(diǎn)，無(wú)論是燃放點(diǎn)和爆炸點(diǎn)都是隨機的，不過(guò)這個(gè)隨機過(guò)程分為橫向和縱向之分，一般燃放點(diǎn)都是屏幕的下方，爆炸點(diǎn)會(huì )有兩種情況，一種是爆炸點(diǎn)和燃放點(diǎn)一致，另一種就是爆炸點(diǎn)和燃放點(diǎn)的軌跡一致，但是這個(gè)爆炸點(diǎn)是在屏幕的上方，結合煙花的燃放模式，所以在煙花模型的主要特征上來(lái)分析，那就是在燃放點(diǎn)不會(huì )釋放所有粒子，只要將一個(gè)粒子向空中運動(dòng)，并給這些粒子賦初始值，另一種就是在空中爆炸，此時(shí)通過(guò)設置不同的初始值來(lái)展現煙花粒子的不同形狀，同時(shí)通過(guò)紋理映射技術(shù)來(lái)讓煙花粒子展現出立體效果。
�。�1）天女散花模型
這個(gè)煙花粒子系統模型的燃燒點(diǎn)和爆炸點(diǎn)是結合的，因此燃放和爆炸運動(dòng)軌跡初始點(diǎn)是同一個(gè)點(diǎn)，粒子要在第一幀產(chǎn)生，在隨后時(shí)空里要對粒子的屬性進(jìn)行隨機設置，保證一定粒子數。如果太少就不會(huì )產(chǎn)生天女散花的效果，而數目太多，處理速度變慢，就會(huì )影響實(shí)時(shí)效果。因為煙花在燃放過(guò)程中會(huì )出現不同的形狀，如果和現實(shí)一樣太過(guò)于困難，通過(guò)設置不同粒子形狀能夠解決這一問(wèn)題。并將這些不同的粒子形狀按照（1、2、……n）序列號設置，并對這些粒子使用隨機函數賦值，同時(shí)初始值就應該映射紋理，提升粒子的三維屬性。目前粒子初始形狀公式為：形狀=int（形狀均值+rand（形狀方差））；對于這個(gè)公式中的int函數是定義粒子的初始屬性。而下面的位置，速度和顏色公式則主要定義粒子在空間變化的屬性。
位置公式：位置P（fi）=P（fi-1）+ V（fi -1）dt
速度公式：速度V（fi）=V（fi-1）+ adt
顏色公式：顏色C（fi）=C（fi-1）+ △Cdt
粒子存活時(shí)間公式：生存期L（fi）=L（fi-1）-1
小a是粒子運動(dòng)的加速度，△C則是粒子的顏色變化比率，生存期的公式設置的目的就是讓粒子產(chǎn)生到消亡能有一個(gè)時(shí)間上和變化上的界定。
�。�2）牡丹和激光模型
這個(gè)模型是讓粒子在空中燃放，粒子在初始幀產(chǎn)生之后，在后面的運動(dòng)中不會(huì )再產(chǎn)生新粒子，其中粒子的屬性，活動(dòng)及消亡條件如同天女散花模型，然后將球狀的煙花模型投影到平面，再加上變化的紋理映射，再結合BillBoarding技術(shù)就能夠得到類(lèi)似牡丹或者激光的煙花模型。
2.2 煙花粒子系統的實(shí)現
�。�1）煙花粒子系統基本數據結構
structfire_point t {
float tdir； //定義運動(dòng)粒子方向
float tspeed； ；//初始速度
float tr，g，b；//初始基本顏色屬性
float tx，y； ；//粒子隨機坐標位置
}；
structfirework
{
int ttype； ；//定義煙花的形狀模型
float tx，y； ；//燃放位置
float tt； ；//粒子存活時(shí)間
float tdir；
int tflag，counter；
structfire_point tfp[MAX_POINTS]；//爆炸粒子
structfirework k*next； ；//進(jìn)入下一個(gè)煙火
}；
�。�2）煙花粒子系統的生成步驟
以下簡(jiǎn)單探討一下天女散花煙花模型的繪制，其一在燃燒點(diǎn)添加煙花粒子；其二給初始粒子賦值；其三繪制初始煙花粒子；其四根據虛擬時(shí)間對每一幀的煙花粒子通過(guò)公式賦予不同的屬性；其五粒子在運動(dòng)過(guò)程中添加紋理映射；其六粒子生存期值減1；其七部分煙花粒子消亡；其八隨機產(chǎn)生新的煙花粒子；其九繪制新的煙花粒子。圖3是通過(guò)煙花模擬示意圖。
3 總結
通過(guò)對天女散花等煙花粒子系統模型的應用，同時(shí)結合了紋理映射和BillBoarding 技術(shù)能夠有效的展現出四種煙花的燃放過(guò)程，這四種燃放模型具有一定的通用性，只需要改變不同的參數就能夠達到不同的效果，同時(shí)利用了OpenGL顯示列表的繪圖功能，進(jìn)一步優(yōu)化了程序的性能，實(shí)現了基本的三維效果和實(shí)時(shí)性。
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