Unreal Engine 4 系列教程 Part 8：粒子系统

原文：Unreal Engine 4 Particle Systems Tutorial
作者：Tommy Tran
译者：Shuchang Liu

在本篇教程中，你将学习如何创建粒子特效并使用蓝图进行更新。

粒子特效是构成视觉效果的关键组件。它能让开发者创造如爆炸，烟雾和雨水等特效。

Unreal Engine 4有一个非常壮健，易于使用的粒子特效系统——Cascade。这个系统允许用户创建模块化特效，并能随意地控制粒子行为。

在本篇教程中，你将学习：

• 创建粒子系统

• 设置粒子的速度和体积

• 调整粒子的生成速度

• 使用曲线调整其生成周期的粒子体积

• 使用Cascade设置粒子颜色

• 使用蓝图激活/反激活粒子系统

• 使用蓝图设置粒子颜色

  注意：本篇教程只是Unreal Engine 4系列教程的其中一篇：

  • Part 1：入门
  • Part 2：蓝图
  • Part 3：材质
  • Part 4：UI
  • Part 5：制作简单游戏
  • Part 6：动画
  • Part 7：音频
  • Part 8：粒子系统
  • Part 9：AI
  • Part 10：制作简单FPS游戏

起步入门

下载示例项目并解压。进入项目文件夹，双击SpaceshipBattle.uproject打开项目。

按下Play运行游戏，长按左键射击，使用W，A，S和D键进行移动。

在本篇教程中，我们将创建两个粒子特效，分别用于飞船推进喷射和飞船爆炸。我们将使用粒子系统来创建特效。

什么是粒子系统？

顾名思义，粒子系统是用于创建并管理粒子的系统。一个粒子本质只是游戏世界里的一个点。通过粒子系统，我们可以控制粒子的出现和表现。

粒子系统包含一个或多个所谓发射器的组件，它们负责生成粒子。

发射器同样包含所谓模块的组件，模块控制发射器粒子的一组参数。比如，一个粒子的材质和初始速度。如下面动图，是用了两个模块定义了红色圆形材质和随机速度做出了粒子效果。

我们也可以在粒子的生命周期里修改其颜色。比如下面动图，粒子的颜色会从红色渐变成蓝色：

现在你已了解什么是粒子系统了，我们先来创建飞船的推进喷射效果。

创建粒子系统

打开ParticleSystems文件夹，点击Add New\Particle System，将新建资源命名为PS_Thruster并双击打开编辑器。

Cascade：粒子系统编辑器

Cascade编辑器由四个主要面板组成：

1.Viewport：该面板用于展示粒子特效的预览效果。我们可以通过长按右键移动鼠标转动视角，长按右键并配合WASD键移动镜头。
2.Details：显示你选中的任何组件（发射器，模块等）的参数。如果没有任何组件选中，则显示粒子系统的参数。
3.Emitters：该面板会从左至右的显示一组发射器列表。每个发射器都会显示它的模块列表。
4.Curve Editor：曲线编辑器允许我们可视化地调整模块曲线数值，不过不是所有模块参数都支持曲线调节的。

现在，粒子系统正在使用默认粒子材质。

第一步，我们先将粒子材质替换为球形材质。

应用粒子材质

在Emitters面板选中Required模块。

Required模块包含如粒子材质和发射器时长等必要参数。每个发射器都有一个Required模块。

为了修改材质，在Details面板将Material修改成M_Particle。可以看到，粒子的外观已经变成了橙色圆形。

接着，我们要将粒子系统应用到玩家飞船上。

关联粒子系统

回到主编辑器并打开Blueprints文件夹，打开BP_Player并找到Components面板。

我们可以使用Particle System组件来使用粒子系统，创建组件并将其命名为ThrusterParticles。确保将其放在Collision组件下。

为了指定具体粒子系统，在Details面板展开Particles设置，将Template设置为PS_Thruster。

接着，设置ThrusterParticles的Location为(-80, 0, 0)。将组件放在飞船的后面。

最后，将Rotation设置为(0, 90, 0)，旋转粒子系统，让粒子朝远离飞船的方向喷射。

点击Compile并回到主编辑器，按下Play运行游戏看看粒子特效的实际效果。

粒子特效已经生效了，但粒子喷射得有点缓慢，也比较小型。我们可以通过设置粒子的初始速度和体积来调整。

设置粒子的速度和体积

首先，我们先设置粒子的初始速度。打开PS_Thruster并选中Initial Velocity模块。随后，展开Start Velocity\Distribution。

默认情况下，粒子的初始速度范围是从(-10, -10, 50)到(10, 10, 100)。

为了粒子以更高的速度朝飞船相反方向喷射，我们所要做的是增加Z轴速度。将Min Z设为300，Max Z设为400。

以下是原始速度跟修改后速度的粒子对比图：

接着，我们需要设置粒子的初始体积。

设置粒子体积

选中Initial Size模块，在Details面板展开Start Size\Distribution。

一如Initial Velocity模块，Initial Size也有最大值最小值随机范围。然而，在本例中，我们要将体积设定为常量值。将Distribution字段设置成Distribution Vector Constant。

注意： Distributions字段允许我们指定常量值，范围值或曲线值。我们也可以通过蓝图来设值。要了解更多，前往查阅Unreal引擎文档的数据分布(Distributions)部分内容。

随后，将Constant设置为(70, 70, 70)。以下是体积对比图：

回到主编辑器并按下Play查看效果。

粒子效果看起来好多了，但粒子间距显得比较大。这是因为粒子间的生成时间间隔太长了。要解决这个问题，就要增加粒子生成速率。

增加粒子生成速率

为了增加生成速率，我们需要使用Spawn模块，这个模块决定了生成器生成粒子的速率。跟Required模块一样，每个发射器都有一个Spawn模块。

打开PS_Thruster并选中Spawn，在Details面板展开Spawn\Rate设置。

将Constant调成50，使得粒子器每秒生成50个粒子。

回到主编辑器并点击Play。

如你所见，粒子特效现在看起来更像喷气拖尾了。为了让效果看起来更加逼真，我们还可以让粒子随时间缩小。

随时间缩小粒子效果

打开PS_Thruster并找到Emitters面板。

要缩小粒子效果，我们可以使用Size By Life模块。这个模块使用了一个乘数来控制粒子体积。在面板空白处右键点击弹出选中菜单并选中Size\Size By Life。

添加完后，粒子效果体积不会有任何变化。因为乘数默认设置为1。为了缩小粒子体积，我们需要调整模块的曲线来逐渐减小体积乘数。不过首先第一点疑问，什么是曲线？

什么是曲线？

曲线是一系列点的集合。每个点包含两个信息：位置和值。

当你拥有多于两个点时，你就拥有了一条线段。下面是一条简单线性的曲线。点A是个坐标点，其数值为0。点B也是个坐标点，其数值为1。

如果你在线段的任意位置取点采样，效果跟线性插值是一样的。比如，如果你在采样在图中坐标1处取点采样，你就会得到0.5的数值。

如果你创建了一条递增下降的曲线，所获得的返回值就会逐渐变小。Size By Life模块所需要的就是这样一条曲线。

现在，我们就要在Cascade系统里创建一条这样的曲线。

修改模块曲线

选中Size By Life并观察Details面板，随后，展开Life Multiplier\Distribution\Constant Curve\Points。在这里可以看到Life Multiplier曲线的坐标点列表。

In Val代表曲线点的位置，对于Size By Life来说，数值0代表粒子生命周期的开始，数值1代表粒子生命周期的结尾。

为了逐步减小体积乘数，我们需要减小第二个点的Out Val值。将point 1的Out Val改为(0,0,0)。这样就能将粒子的体积逐渐改为0.

你可以使用曲线编辑器可视化查看Life Multiplier。具体做法是点击Size By Lift模块的图表图标.

这样我们就能在曲线编辑器里添加Life Multiplier了，为了调整视图画面到适合大小，点击编辑器里的Fix按钮。

如你所见，在粒子生存周期里，体积乘数从1降低到0.

回到主编辑器，按下Play。

这个粒子效果现在看起来就非常像喷射烟火了！我们最后还要做一件事就是增加粒子的颜色变化。

增加颜色变化

要用Casade设置粒子的颜色，我们需要正确地设置粒子材质，在Materials文件夹打开M_Particle。

现在，可以看到材质已经设置了颜色。为了使用粒子系统的颜色设置，我们需要用上ParticleColor节点。

首先，删除连接Emissive Color的节点。接着，添加ParticleColor节点并进入如下连接：

如果你还想控制粒子的可见性，如下图一样添加Multiply节点：

点击Apply并关闭M_Particle。

为了设置粒子颜色，我们要使用Initial Color模块。

Initial Color模块

打开PS_Thruster并添加Initial Color模块。我们可以看到如下的Color二级列表。

要增加颜色变化，我们需要指定颜色范围，要实现这点，就要用上Distribution设置。

选中Initial Color并打开Details面板，展开Start Color设置并将Distribution改为Distribution Vector Uniform。这样我们就可以可视化指定颜色范围了。

在本例中，颜色范围应由橙色过渡到红色，因此我们将Max设置为(1.0, 0.0, 0.0)，将Min设置为(1.0, 0.35, 0.0)。

如果我们观察Viewport，会发现颜色变化非常异样。

这是由于Color Over Life模块恒定地把颜色设置为白色。为了解决这个问题，选中Color Over Life并按下Delete键。粒子模块列表现在看起来应该是这样的：

关闭PS_Thruster并在主编辑器按下Play运行游戏，看看这些喷射焰火！

接下来，我们要学习如何根据飞船移动与否来切换激活粒子系统。

切换激活粒子系统

要判读飞船是否处于移动状态，我们可以取而判断玩家有没有按下任何移动按键。

打开BP_Player并找到Event Tick节点，在节点末端做如下设置：

让我们看看这些节点做了什么事情：

1. 检查了MoveUp和MoveRight轴按键映射情况，如果两者都为0，说明玩家目前没有按任何移动按键。
2. Branch分支返回true（玩家没有按键），反激活ThrusterParticles。
3. Branch分支返回false（玩家有按键），激活ThrusterParticles。

点击Compile并关闭BP_Player，按下Play运行游戏在尝试体会静止，移动的特效差别。

现在有趣的部分来了：创建爆炸特效！

创建爆炸特效

与其重新创建新的粒子特效，我们直接复制喷射推进特效。在ParticleSystems文件夹，右键点击PS_Thruster并选中Duplicate，将复制资源重命名为PS_Explosion并双击打开。

对于爆炸特效而言，所有的粒子都应该在同一时间生成，这被称之为（爆破发射）burst-emitting。

创建爆破

首先，我们需要将生成速率设置为0，因为我们不需要使用默认的生成效果，选中Spawn模块并将Spawn\Rate\Distribution\Constant设置为0。

接着，我们需要让发射器知道我们想要一个爆破效果，滑动到Burst部分设置，点击+号图标给Burst List添加新元素。

每组元素都包含三个字段：

1. Count：要生成的粒子数，将其设置为20。
2. Count Low：如果该值设置为大于等于0，所生成的粒子数量在Count Low到Count之间，将其保留为-1。
3. Time：生成粒子的时机。数值为0表示在发射器生命周期的一开始就生成，数值为1表示在生命周期最后生成，将其保留为0.0。

注意：你可以在Required模块找到发射器的时长设置，具体通过Duration部分设置的Emitter Duration字段来设置。

这意味着发射器会在粒子特效伊始就生成20个粒子。

为了使其看起来更像爆炸，我们需要设置粒子的爆炸方向让其四射散开。

粒子四散效果

由于本例是一个垂直视角游戏，我们只需要指定X和Y轴的速度。选中Initial Velocity模块并展开Start Velocity\Distribution设置，将Max设置为(1000, 1000, 0)，将Min设置为(-1000, -1000, 0)。

通过指定一个负数到正数的范围，粒子就会从发射器中间往四周四散飞去。

接着，我们需要设置发射器的播放循环次数。

设置发射器循环

发射器默认上会无限循环播放，这对于火焰或者烟雾效果而言非常适合，但爆炸特效却只应该播放一次。

选中Required模块并找到Duration设置，将Emitter Loops设置为1 。

现在，试试实现敌机死亡时的爆炸特效吧！

敌机死亡生成爆炸特效

回到主编辑器并打开Blueprints文件夹，打开BP_Enemy并找到OnDeath事件。

为了生成粒子特效，我们可以使用Spawn Emitter at Location节点。创建节点并连接Destroy Actor节点。

现在，将Emitter Template设置为PS_Explosion。

最后，创建GetActorLocation节点并将其于Location引脚相连。

现在，当敌机死亡时，它会在敌机位置生成PS_Explosion实例。

点击Compile并返回主编辑器。按下Play运行游戏射杀其他敌机吧。

看看这些爆炸效果！接着，我们要丰富细节，将爆炸特效颜色改成给敌机颜色一样。

修改爆炸颜色为敌机颜色

为了使用敌机颜色，我们需要从蓝图中获取该信息。幸运地是，Cascade有一个Distribution字段类型可以干这件事。

打开PS_Explosion并选中Initial Color模块，将Start Color\Distribution设置为Distribution Vector Particle Parameter。

这样就能设置任何蓝图里有的参数，我们将Parameter Name设置为PrimaryColor。

爆炸特效我们希望能用上敌机上的两种颜色。为了使用第二种颜色，我们需要多一个发射器。右键点击 Emitter面板的空白处，在弹出菜单中选择Emitter\Duplicate and Share Emitter，这样就能复制多一个发射器。

你可以留意到现在每个模块旁边都有一个+号设置。使用Duplicate and Share Emitter而非Duplicate，其效果就是在原有的发射器上进行链接，而非复制。你在一个发射器上做任意改动，都会连带影响另一个发射器。当你想一同修改所有发射器的某个参数，比如说体积时，这个特性非常有用。

我们这个模块唯一想单独修改的属性是Initial Color。然而，如果我们修改了其中一个发射器，另一个发射器也会受到影响。这种情况下，我们不希望某些参数收到链接影响，最简单的实现方法就是删除Initial Color模块，并创建一个新模块。

注意：截至目前，Unreal并没有提供什么正式方法取消模块间的链接。

选中新建的Initial Color并设置Start Color\Distribution为Distribution Vector Particle Parameter。接着，设置Parameter Name为SecondaryColor。

截至目前，粒子特效已经设置好了。关闭PS_Explosion。

接着，我们需要通过蓝图设置这两个变量。

通过蓝图设置粒子特效参数变量

打开BP_Enemy并在Spawn Emitter at Location节点后添加如下高亮节点：

这样就可以设置PS_Explosion里的两个变量了。

现在，我们需要设置下这两个参数名字。将第一个Set Color Parameter节点的Parameter Name字段设为PrimaryColor，将第二个Set Color Parameter节点的Parameter Name字段设为SecondaryColor。

最后，我们需要设置具体的颜色数值。为了简化教程步骤，我以提前将数值存储在PrimaryColor和SecondaryColor这两个变量里了。如下图进行变量连接：

最后我们就得到如下连接：

最后回顾下整个过程：

1. 当敌机死亡时，它会在当前位置生成PS_Explosion实例
2. 设置PS_Explosion的PrimaryColor参数
3. 设置PS_Explosion的SecondaryColor参数

点击Compile并关闭BP_Enemy。按下Play运行游戏开始射杀敌机，享受粒子盛宴吧！

看看这些养眼的粒子。看看你能不能给主角死亡加上爆炸效果吧！

1. 打开BP_Player并找到OnDeath事件
2. 在Sequence节点的Then 1引脚添加Spawn Emitter at Location节点，将Emitter Template设置为PS_Explosion
3. 创建GetActorLocation节点并连接Spawn Emitter at Location节点的Location引脚
4. 创建Set Color Parameter节点并连接Spawn Emitter at Location节点，将Parameter Name设置为PrimaryColor，并将PrimaryColor变量连接到Param引脚
5. 创建Set Color Parameter节点并连接第一个Set Color Parameter节点，将Parameter Name设置为SecondaryColor，并将SecondaryColor变量连接到Param引脚
   

后续学习

你可以在这里下载完整项目。

你相信到目前为止你对Cascade系统的了解仅仅只是皮毛吗？我们创建了一些有趣的特效，不过仍有很多模块没有尝试过。我建议你学习更多有关TypeData模块的内容。利用这个模块，你可以创建诸如剑影拖尾，闪电甚至倾盆大雨的特效！

如果你还想继续学习引擎其他内容，点击下篇教程，将讲解有如何上手使用AI。