关于Unity ParticleSystem的一些"冷"知识

淡淡的烟草味﹌ 2022-07-13 09:50 225阅读 0赞

目前的游戏开发中，粒子系统的使用想必是标配了，Unity自然也提供了相应的解决方案：ParticleSystem，网上对ParticleSystem的介绍也非常之多（譬如[这里][Link 1]，[这里][Link 2]，[这里][Link 3]还有[这里][Link 4]），虽然相关的资料教程不少，但多是一些如何使用之类的常规信息，对于一些虽然有些“生冷”，但仍然可能遇到的粒子知识，网上涉及的资源便不多了，本篇就随便讲讲自己遇到的几个ParticleSystem的“冷”知识~

1. 如何在Editor下Playback粒子效果？

Unity本身自带ParticleEditor，正常情况下选中所编辑的粒子即可Playback，但是当我们切换选择到其他GameObject的时候，之前粒子的Playback便停止了，这在某些时候可能会给我们开发带来不便，考虑你基于Unity开发了一个表现预览器，预览器里显示的内容可能包括角色模型，技能特效等等各种内容，如果我们在编辑器中选择了某个GameObject节点，我们的期望自然是在视图中可以看到挂接在该GameObject下的所有显示效果，其中几乎肯定会有粒子特效，如果你简单的尝试调用一下ParticleSystem的Play接口，就会发现在Editor模式下粒子并不会如期的进行Playback……

一个Workaround的方案是仅在UnityEditor的Play模式下才提供粒子的Playback，这在一般情况下是可以接受的，但是算不上一个很好的方案，更好的解决方法还是实现Editor模式下的粒子Playback功能，能办到吗？

其实是可以的，其中的关键是用好[ParticleSystem.Simulate][]接口~

简单看下该接口的API说明：

Fastforwards the particle system by simulating particles over given period of time, then pauses it.

该接口能够模拟粒子快进一段指定时间并停止粒子，Nice，如果我们在Editor下的Update中持续对该接口进行调用，并传递deltaTime作为时间参数，那么粒子便能在Editor下Playback起来了！

简单看下示例代码：

// desc simple particle playback window
    // maintainer hugoyu
    
    using System;
    using System.Collections.Generic;
    using UnityEngine;
    using UnityEditor;
    
    public class ParticlePlaybackWindow : EditorWindow
    {
    
        // implementation details here
    
        // Called multiple times per second on all visible windows.
        void Update()
        {
            if (m_playbackState == PlaybackState.Playing)
            {
                if (m_particlePlayback.HaveParticleSystems())
                {
                    // simulate particles
                    if (m_lastUpdateTime <= 0)
                    {
                        m_lastUpdateTime = Time.realtimeSinceStartup;
                    }
    
                    m_particlePlayback.Update(Time.realtimeSinceStartup - m_lastUpdateTime);
    
                    m_lastUpdateTime = Time.realtimeSinceStartup;
    
                    // repaint views
                    EditorUtil.RepaintView();
                }
            }
        }
    	
    	// implementation details here
    	
    }

其中的核心代码便是这句

m\_particlePlayback.Update(Time.realtimeSinceStartup - m\_lastUpdateTime);

简单看下ParticlePlayback的实现：

// desc simple particle play back implementation
    // maintainer hugoyu
    
    using System.Collections.Generic;
    using System.Collections.ObjectModel;
    using UnityEngine;
    using UnityEditor;
    
    class ParticlePlayback
    {
    
        // implementation details here
    
        public void Update(float deltaTime)
        {
            for (int i = 0; i < m_particleSystems.Count; ++i)
            {
                // NOTE need false params here since default params are all true
                m_particleSystems[i].Simulate(deltaTime, false, false);
            }
        }
    
        // implementation details here
    
    }

2. 粒子可以Scale吗？

对于很早便开始接触Unity的朋友，对于这个问题的回答可能是否定的，至少在运行模式下是否定的，不过这个观点已经过时了，现在我们已经可以很方便的缩放ParticleSystem了，至于如何做，容我细细道来~

Unity5.3版本之前，ParticleSystem并不能很好的受Transform的缩放影响，为了达到Scale的目的，一个方法是根据Scale动态的改变ParticleSystem的各项粒子属性，譬如大小、速度等等，但是由于粒子的不少属性并没有暴露给脚本使用，导致必须使用SerializedObject来进行反射获取，这也进一步导致该方法只能在编辑器环境下使用，网上相关的资料不少也是该方法的不同实现（譬如[这里][Link 5]和[这里][Link 6]），简单列下示例代码：

void ScaleShurikenSystems(float scaleFactor)
    {
    #if UNITY_EDITOR 
    		//get all shuriken systems we need to do scaling on
    		ParticleSystem[] systems = GetComponentsInChildren<ParticleSystem>();
    
    	    for (int index = 0; index < systems.Length; index++)
    	    {
    	        ParticleSystem system = systems[index];
    	        system.startSpeed *= scaleFactor;
    	        system.startSize *= scaleFactor;
    	        system.gravityModifier *= scaleFactor;
    
    	        //some variables cannot be accessed through regular script, we will acces them through a serialized object
    	        SerializedObject so = new SerializedObject(system);
    
    	        //unity 4.0 and onwards will already do this one for us
    #if UNITY_3_5 
    			so.FindProperty("ShapeModule.radius").floatValue *= scaleFactor;
    			so.FindProperty("ShapeModule.boxX").floatValue *= scaleFactor;
    			so.FindProperty("ShapeModule.boxY").floatValue *= scaleFactor;
    			so.FindProperty("ShapeModule.boxZ").floatValue *= scaleFactor;
    #endif
    
    	        so.FindProperty("VelocityModule.x.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("VelocityModule.y.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("VelocityModule.z.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ClampVelocityModule.magnitude.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ClampVelocityModule.x.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ClampVelocityModule.y.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ClampVelocityModule.z.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ForceModule.x.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ForceModule.y.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ForceModule.z.scalar").floatValue *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("ColorBySpeedModule.range").vector2Value *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("SizeBySpeedModule.range").vector2Value *= scaleFactor;
    	        so.FindProperty("RotationBySpeedModule.range").vector2Value *= scaleFactor;
    
    	        so.ApplyModifiedProperties();
    	    }
    #endif
    }

另外的一种缩放粒子的方式是使用定制的Shader，这种方法便不存在只能在Editor下使用的限制了，但是需要为所有粒子使用到的Shader扩展Scale功能，感觉上也是略有不便，网上也有不少相关的介绍，譬如[这里][Link 7]和[这里][Link 8]，有兴趣的朋友可以细致看看，在此便不列代码了。

Unity5.3之后，ParticleSystem为脚本导出了相关的属性接口，并且很好的支持了Transform的Scale变换，相关的介绍可以看[这里][Link 9]和[这里][Link 10]（[这里][Link 11]还有个小讨论），同样的，我们仍然可以沿用之前改变粒子属性的方法来达到缩放的目的，只是这次我们不再需要SerializedObject了，自然代码也“清新”了许多，[gist][]上有段示例代码，大概贴一下：

static void ScaleSystem(ParticleSystem particles, float scale, bool scalePosition, ParticleScalerOptions options = null)
    {
        if (options == null) { options = defaultOptions; }
    	if (scalePosition) { particles.transform.localPosition *= scale; }
    
    	particles.startSize *= scale;
    	particles.gravityModifier *= scale;
    	particles.startSpeed *= scale;
    
    	if (options.shape)
    	{
    		var shape = particles.shape;
    		shape.radius *= scale;
    		shape.box = shape.box * scale;
    	}
    
    	if (options.velocity) 
    	{
    		var vel = particles.velocityOverLifetime;
    		vel.x = ScaleMinMaxCurve(vel.x, scale);
    		vel.y = ScaleMinMaxCurve(vel.y, scale);
    		vel.z = ScaleMinMaxCurve(vel.z, scale);
    	}
    
    	if (options.clampVelocity) 
    	{
    		var clampVel = particles.limitVelocityOverLifetime;
    		clampVel.limitX = ScaleMinMaxCurve(clampVel.limitX, scale);
    		clampVel.limitY = ScaleMinMaxCurve(clampVel.limitY, scale);
    		clampVel.limitZ = ScaleMinMaxCurve(clampVel.limitZ, scale);
    	}
    
    	if (options.force) 
    	{
    		var force = particles.forceOverLifetime;
    		force.x = ScaleMinMaxCurve(force.x, scale);
    		force.y = ScaleMinMaxCurve(force.y, scale);
    		force.z = ScaleMinMaxCurve(force.z, scale);
    	}
    }

不过个人感觉更简洁的方式，还是使用ParticleSystemScalingMode.Hierarchy，简单设置一下粒子的scalingMode为Hierarchy，之后便可以简单的调整Hierarchy层级的Transform缩放了，如果使用ParticleSystemScalingMode.Local，缩放粒子也并不困难，概念上和Hierarchy也是类似的，大概贴下代码：

static float GetScaleInternal(ParticleSystem particleSystem)
    {
    	Debug.Assert(particleSystem != null);
    
    	var localScale = particleSystem.transform.localScale;
    	// NOTE now we assume local scale component values are always same, pay attention
    	Debug.Assert(MathUtil.IsEqual(localScale.x, localScale.y, localScale.z));
    
    	return localScale.x;
    }
    
    static void ScaleInternal(ParticleSystem particleSystem, float scale)
    {
    	Debug.Assert(particleSystem != null);
    
    	// set scaling mode and adjust local scale and gravity
    	particleSystem.scalingMode = ParticleSystemScalingMode.Local;
    	var oldScale = GetScaleInternal(particleSystem);
    	particleSystem.transform.localScale = Vector3.one * scale;
    	// NOTE now we assume gravityModifier is always sync local scale value, pay attention
    	particleSystem.gravityModifier *= (scale / oldScale);
    }
    
    public static void Scale(ParticleSystem particleSystem, float scale, bool includeChildren)
    {
    	if (particleSystem != null)
    	{
    		ScaleInternal(particleSystem, scale);
    
    		if (includeChildren)
    		{
    			var childrenParticleSystems = particleSystem.GetComponentsInChildren<ParticleSystem>();
    			for (int i = 0; i < childrenParticleSystems.Length; ++i)
    			{
    				if (childrenParticleSystems[i] != particleSystem)
    				{
    					ScaleInternal(childrenParticleSystems[i], scale);
    				}
    			}
    		}
    	}
    }

至于ParticleSystemScalingMode.Shape，该模式下，Transform的Scale只会影响粒子的Shape大小，并不会影响诸如粒子大小速度之类的其他属性~

最后贴张测试图，从左到右的三个ParticleSystem的属性都是相同的，差别仅在scalingMode上，第一个为Hierarchy，第二为Local，第三为Shape ~

![20170104214458305][]

现在我们尝试缩放粒子，第一和第三都仅是调整Transform的Scale数值，第二个我们通过改变粒子属性值来进行缩放，结果如下：

![20170104214503305][]

可以看到，第一个粒子“完美”的被放大了，第三个粒子确实只有Emit的Shape被放大了，至于第二个粒子感觉可能有些奇怪，似乎是部分被放大的感觉，其实是因为我们使用了改变粒子属性的方法，遂而导致旧粒子不会受到缩放影响，于是产生了上述效果~

OK，粒子系统的“冷”知识大概就讲这么多吧，下次再见了~

[Link 1]: https://docs.unity3d.com/Manual/ParticleSystems.html
[Link 2]: https://docs.unity3d.com/ScriptReference/ParticleSystem.html
[Link 3]: https://unity3d.com/cn/learn/tutorials/topics/graphics/particle-system
[Link 4]: https://www.raywenderlich.com/113049/introduction-unity-particle-systems
[ParticleSystem.Simulate]: https://docs.unity3d.com/ScriptReference/ParticleSystem.Simulate.html
[Link 5]: http://prof.johnpile.com/2015/11/02/unity-scaling-particles/
[Link 6]: http://www.unity.5helpyou.com/3630.html
[Link 7]: http://fenglee.com/blog/html/293.html
[Link 8]: http://www.xuanyusong.com/archives/3486
[Link 9]: https://forum.unity3d.com/threads/scaling-particle-systems-at-runtime.382345/
[Link 10]: https://community.unity.com/t5/Scripting/Scaling-Particle-Systems-at-Runtime/td-p/2511943
[Link 11]: https://www.reddit.com/r/Vive/comments/4o4nqp/how_do_i_change_the_scale_of_a_particle_system_in/
[gist]: https://gist.github.com/treefortress/e52499b7d6b896669d54
[20170104214458305]: /images/20220713/2b737427e4fc4b298c2949bec03cce15.png
[20170104214503305]: /images/20220713/5bd09de3e5b44d12931e1ee28e7a7317.png