Unity: системы частиц

Системы частиц похожи на соль: даже небольшое количество может добавить готовящемуся «блюду» стиля. Современные игры, в которых не используются системы частиц, выглядят довольно бледно.

В прошлом нам приходилось каждую струйку дыма программировать самостоятельно. К счастью, благодаря встроенной модульной системе частиц Unity Shuriken делает создание частиц достаточно простой задачей. Эта система частиц проста в изучении и позволяет создавать сложные эффекты.

В этом туториале вы научитесь следующему:

• Как добавлять в Unity новые системы частиц.
• Узнаете, какие модули систем частиц используются чаще всего, и научитесь ими пользоваться.

Этот туториал состоит из двух основных частей: в первой мы создадим пламя факела, во второй — эффект взрыва бомбы.

Примечание: в этом туториале подразумевается, что вы знакомы с основами работы в Unity. Если вы новичок в Unity или вам нужно освежить свои знания, то для начала изучите наш туториал Introduction to Unity.

Приступаем к работе с системами частиц

Скачайте заготовку проекта для этого туториала и распакуйте её в удобное для вас место. Учтите, что для работы с туториалом вам понадобится как минимум Unity 2017.2.

Откройте Starter Project в Unity. Ассеты внутри него распределены по нескольким папкам:

• Materials: содержит материал огня.
• Models: содержит модели факела и бомбы, а также их материалы.
• Prefabs: содержит префаб бомбы.
• Scenes: содержит сцены Torch и Bomb.
• Scripts: здесь находятся исходные скрипты.
• Textures: здесь находится текстура для материала огня.

Разобравшись с тем, где что находится, мы можем приступать к изучению работы систем частиц в Unity.

Добавление системы частиц

В общем случае система частиц испускает частицы в случайных точках в пределах заранее определённого пространства, которое может иметь форму, например, сферы или конуса. Система определяет время жизни самой частицы, и когда оно заканчивается, система уничтожает частицу.

В системах частиц удобно то, что они являются компонентами, которые можно добавлять к любому GameObject в сцене. Хотите, чтобы из глаз акул вырывались лазерные лучи? Просто добавьте к GameObject глаза акулы систему частиц!

Откройте сцену Torch в окне Project Window и запустите сцену:


Пока здесь не происходит ничего интересного. Факел висит на стене, но на нём не видно огня. Для начала нам нужно добавить систему частиц.

Остановите выполнение сцены и выберите TorchFireParticles в Hierarchy. В Inspector нажмите на кнопку Add Component. Найдите Particle System и нажмите, чтобы добавить её:

Примечание: вы могли заметить, что я не добавил систему частиц непосредственно к GameObject MedievalTorch. Я сделал так, чтобы частицы испускались из ёмкости с топливом в верхней части, а не из середины факела.

Запустите сцену, и вы увидите, что частицы уже испускаются:

Примечание: вы можете видеть вместо белых розовые частицы. Похоже, это баг Unity с заданием текстуры по умолчанию. Если у вас произошло такое, то не волнуйтесь, скоро мы зададим правильную текстуру пламени. Если вы хотите исправить этот баг уже сейчас, то нажмите на раздел Renderer системы частиц, нажмите на точку рядом с полем Material и в открывшемся окне дважды щёлкните Default-Particle.

При выборе GameObject с присоединённой к нему системой частиц вы заметите в правом нижнем углу окна сцены чёрное диалоговое окно. Это диалоговое окно позволяет симулировать или останавливать систему частиц. Нажатие на кнопку Simulate активирует систему частиц и заменяет её на кнопку “Pause”. Чтобы остановить симуляцию, нужно нажать на кнопку “Stop”.


Это диалоговое окно полезно при создании систем частиц, выполняемых в течение ограниченного периода времени, например, для взрывов.

Рассмотрим систему частиц внимательнее

Взгляните на Inspector. Вы заметите, что добавленный нами компонент системы частиц имеет несколько подразделов:


Каждый из этих подразделов называется модулем (Module). В этих модулях содержатся параметры системы частиц. Развёрнутый по умолчанию модуль называется модулем Main:


Модуль Main — фундамент любой системы частиц в Unity. Здесь находятся самые основные параметры частиц:

• Duration: время выполнения системы частиц в секундах. Оставим здесь значение по умолчанию5.00.
• Looping: повторное испускание частиц до остановки системы частиц. Цикл перезапускается после достижения времени Duration. Огонь должен гореть постоянно, так что оставим этот параметр включённым.
  
  
  Включенный и отключенный
  
• Prewarm: используется, только когда включен Looping. Система частиц будет вести себя так, как будто выполнила полный цикл при запуске.
  
  
  GIF

  
  
  Включенный и отключенный
  Для эффекта огня отключим его, чтобы казалось, что факел только что подожгли.
• Start Delay: задержка в секундах перед тем, как система частиц начинает испускать частицы. Оставим здесь значение по умолчанию 0.
• Start Lifetime: исходное время жизни частиц в секундах. После завершения времени частица уничтожается.
  
  
  Сверху: 8 секунд. Внизу: 3 секунды
  
  Сделаем время жизни равным 4 секундам; благодаря этому пламя не будет слишком высоким.
• Start Speed: исходная скорость частиц. Чем больше скорость частиц, тем сильнее они будут распространяться.
  
  
  Сверху: 2. Снизу: 10
  
  Задайте значение скорости 0.75; так эффект пламени будет медленнее и плотнее.

Примечание: изменяя параметры системы частиц, вы будете видеть её предварительный обзор в окне Game. В процессе выполнения туториала посматривайте на этот предварительный обзор.

Запустите сцену, чтобы посмотреть, как повлияли внесённые изменения:


Мы настроили факел, но эффект огня пока оставляет желать лучшего. К счастью, в модуле Main есть дополнительные опции, позволяющие усовершенствовать форму и поведение факела.

Другие свойства модуля Main

Выберите в иерархии GameObject TorchFireParticles и прокрутите вниз, к системе частиц. В модуле Main Module посмотрите на следующие свойства:

• Start Size: исходный размер частиц.
  
  
  Сверху: 0.2. Внизу: 1.
  
  Выберите размер 3; это удобный размер, позволяющий более чётко видеть отдельные частицы.
• Start Rotation: исходный угол поворота частиц.
  
  
  Сверху: 0°. Внизу: 45°
  
  Оставьте значение 0°; частицы круглые, поэтому вы вряд ли заметите разницу.
• Start Color: исходный цвет частиц. Оставьте цвет равным исходному значению чисто белого (255,255,255); мы будем раскрашивать огонь с помощью текстуры.
  
• Gravity Modifier: изменяет масштаб значения гравитации, заданного в окне Unity Physics Manager. Если он равен 0, то гравитация будет отключена.
  
  
  GIF

  
  
  Это изображение из системы с модификатором гравитации, равным 1, то есть частицы падают вниз, как водопад. Сделайте гравитацию в вашей системе равной 0; частицы будут двигаться вверх со скоростью, указанной в Start Speed.
• Simulation Space: перемещает частицы в Local Space вместе с системой частиц. При выборе World Space частицы после испускания перемещаются свободно.
  
  
  Сверху: local space. Внизу: world space
  
  Оставьте для своей симуляции значение Local Space. Влияние параметра будет заметно только когда система частиц будет двигаться.
• Play On Awake: начинает испускать частицы сразу же после включения. Если этот параметр отключен, то вам придётся вручную запускать систему частиц через скрипт или систему анимаций. Оставьте его включенным, потому что мы хотим, чтобы пламя начинало гореть при запуске сцены.
• Max Particles: максимальное количество частиц, которые могут быть живы в системе частиц одновременно. Если попробовать испускать больше частиц, чем заданное здесь значение, то они не будут испускаться вообще. Этот параметр в основном нужен из соображений производительности, и значения по умолчанию в 1000 частиц в нашем случае более чем достаточно.

Ого, вот так список! Но в результате мы узнали, как добавлять в сцену систему частиц и настраивать её по своему вкусу.

Снова запустите сцену, чтобы увидеть, как на неё повлияли изменения:


С каждым разом становится всё больше похожим на пламя, правда?

Однако нам нужно больше частиц. Для этого нам нужно изменить emission системы.

Знакомство с модулем Emission

Модуль Emission управляет количеством и временем испускаемых частиц в системе и позволяет создавать любые эффекты, от постоянного потока до резкого взрыва частиц.

Находясь в Inspector системы частиц, нажмите на заголовок модуля Emission:


При этом откроется модуль Emission:


Rate over Time представляет количество частиц, испускаемых за секунду. Задайте для Rate over Time значение 15.

Запустите сцену снова; теперь система частиц будет больше походить на горящее пламя.


Но заметно, что она всё ещё больше похожа на дым. И здесь мы внесём самое большое изменение на текущем этапе туториала: собственную текстуру!

Добавление собственной текстуры

У всех частиц есть материал частиц и текстура, задающая их внешний вид. С текстурой по умолчанию мы можем сделать только это. Заменив текстуру, мы можем создавать эффекты наподобие волшебных звёздочек, дыма и, разумеется, огня.

Заменить текстуру частиц достаточно просто. До этого момента частицы отрисовывались на экране с помощью материала Default-Particle, который является материалом частиц с круговой градиентной текстурой:


Чтобы заменить этот материал, выберите в иерархии GameObject TorchFireParticles. Затем найдите в инспекторе компонент системы частиц и откройте модуль Renderer системы частиц.

Откройте папку Materials в окне Project View и перетащите на FireMaterial Material на свойство Material:


Затем запустите сцену, чтобы увидеть, как применяется наша выбранная текстура:


Чувствуете жар? Однако пламя слишком широкое; Чтобы исправить это, нам нужно изменить форму системы частиц.

Изменение формы системы частиц

Модуль Shape, как можно понять из названия, управляет формой и поведением частиц в этой форме. Можно выбрать одну из нескольких различных форм; каждая имеет свои собственные параметры. Это позволяет создавать частицы в параллелепипеде, в сфере или даже в собственном меше!

Разверните модуль Shape в инспекторе:


В качестве формы (shape) системы частиц выбран конус (cone), то есть частицы испускаются из основания base и движутся наружу под углом (angle):


В показанном выше примере основание окрашено синим, угол зелёным, а частицы — красным. Также стоит заметить, что при развёрнутом модуле Shape мы видим в окне Scene удобный предварительный обзор конуса:


Меняя Angle, можно изменять размер конуса, делая его шире или уже. Укажите значение 7; так мы получим удобную узкую границу, которая немного расширяется, когда частицы поднимаются вверх.

Меняя Radius, мы можем менять размер основания. Чем больше значение, тем больше будут рассеиваться частицы при испускании. Выберите значение 0.2; так мы обеспечим создание пламени внутри ёмкости для топлива факела.

Запустите сцену и посмотрите, как изменилась форма пламени:


Оно начинает походить на настоящее пламя! Последнее, что можно сделать — изменять размер частиц с течением времени их жизни.

Изменение размера с течением времени жизни

С помощью модуля Size over Lifetime можно создавать частицы, увеличивающиеся или уменьшающиеся с течением их жизни, или даже пульсирующие, как светлячки в лесу.

Найдите в списке модулей системы частиц раздел Size over Lifetime. По умолчанию от выключен, поэтому поставьте флажок рядом с названием модуля:


Разверните модуль Size over Lifetime, нажав на его название. Так вы откроете тёмно-серый фон с плоской кривой (Curve) в верхней части:


Нажмите на тёмно-серый фон, чтобы открыть редактор кривых в нижней части инспектора. Горизонтальная ось отображает время жизни частицы, а вертикальная ось — её размер:


Для редактирования кривой можно перемещать ключевые точки с обоих сторон красной линии; добавлять новые ключи можно двойным нажатием на любое место кривой. Для удаления ключевых точек нажмите правой клавишей мыши на точку и выберите Delete Key. Также можно выбрать одну из заранее созданных кривых в нижней части окна:


Вспомните, как ведут себя языки пламени в реальном мире: они уменьшаются при поднятии частиц вверх. Чтобы имитировать такое поведение, мы выберем третью готовую кривую справа для создания плавно опускающейся кривой:


Запустите сцену, чтобы увидеть эффект во всей его полноте!


Поздравляю! Вы узнали, как настраивать новую систему частиц и изменять её по своему усмотрению для создания красивого эффекта огня.

В следующем разделе мы разбудим в себе внутреннего Майкла Бэя, чтобы научиться создавать эффекты взрывов!

Создание эффекта бомбы

Создать эффект взрыва в Unity довольно просто. Как только вы разберётесь, как создавать экземпляры частиц по своему усмотрению, вы сможете использовать этот эффект для таких вещей, как колёса автомобиля, выбрасывающие искры при трении о землю, или воздушные шары, которые взрываются и выбрасывают из себя конфетти.

Откройте Bomb scene в Project Window и запустите сцену:


В нижней части сцены есть пол, но кроме него в сцене больше ничего не происходит.

Для создания бомб передащите префаб Bomb в слот префаба Bomb Emitter:


Запустите сцену снова, чтобы увидеть, как появляются бомбы:


Эмиттер создаёт новую бомбу через каждые две секунды. Чтобы они вращались, нужно добавить при создании бомбы небольшую вращающую силу.

Откройте скрипт Bomb в папке Scripts окна Project Window.

Добавьте в Start() следующий код:

void Start()
{
    float randomX = UnityEngine.Random.Range (10f, 100f);
    float randomY = UnityEngine.Random.Range (10f, 100f);
    float randomZ = UnityEngine.Random.Range (10f, 100f);

    Rigidbody bomb = GetComponent<Rigidbody> ();
    bomb.AddTorque (randomX, randomY, randomZ);
}

Первые три строки генерируют случайные значения float от 10 до 100 для осей x, y и z. Далее мы получаем ссылку на компонент Rigidbody бомбы и прикладываем к нему момент. Благодаря этому бомба начинает вращаться в случайном направлении. Сохраните изменения в скрипте, вернитесь в Unity и запустите сцену.


Теперь бомбы при падении красиво вращаются. Но я обещал вам взрывы!

В иерархии нажмите на кнопку Create и выберите Create Empty. Нажмите на созданный GameObject и назовите его ExplosionParticles. Далее добавьте к этому GameObject новую систему частиц. Если вы забыли, как создавать систему частиц, то посмотрите первый раздел туториала.

Создав систему частиц, перетащите GameObject ExplosionParticles из иерархии в папку Prefabs в Project Browser. После этого удалите GameObject ExplosionParticles из Project Hierarchy.


Затем выберите префаб Bomb в папке Prefabs и перетащите префаб ExplosionParticles в слот Explosion Particles Prefab Bomb следующим образом:


Теперь при касании бомбой земли будет создаваться новый GameObject Explosion Particles.

Запустите сцену, чтобы увидеть, как выглядит взрыв. Если у вас снова появляется баг с розовыми текстурами, то не волнуйтесь, мы поменяем текстуру.


Очень волшебно, но пока совершенно непохоже на взрыв!

Как и в случае с факелом, мы будем использовать для системы частиц материал Fire.

Выберите префаб ExplosionParticles в окне Project Window, а затем разверните в инспекторе модуль Renderer. Перетащите FireMaterial из папки Materials из окна Project Window в слот Material, как показано ниже:


Чтобы завершить эффект, нам нужно изменить следующие параметры в модуле Main:

1. Присвойте Duration значение 0.70.
2. Looping нужно отключить. Частицы должны испускаться только один раз.
3. Задайте Start Lifetime значение 0.7.
4. Присвойте Start Speed значение 10.
5. Задайте Start Size значение 2.
6. Задайте Gravity Modifier значение 1. Благодаря этому частицы в конце будут слегка спускаться вниз.

Запустите сцену с бомбой, чтобы увидеть. что мы создали:


Ну, это уже похоже на взрыв, но определённо можно сделать лучше!

Создание взрыва

Чтобы улучшить взрыв, мы изменим свойства модулей системы частиц. Догадываетесь, какой модуль мы будем изменять? Вот подсказка — мы уже его использовали.

Если вы решили, что это модуль Emission, то вы молодец!

Разверните Emission Module. Rate — это количество частиц, создаваемых за секунду. Для взрыва нам нужен не постоянный поток частиц, а резкая вспышка.

Задайте Rate over Time значение 0. Теперь перейдите к Rate over Distance и вы увидите список Bursts, который по умолчанию пуст:


Burst — это набор частиц, испускаемых одновременно в определённый момент времени.

Нажмите на кнопку + в нижнем правом углу, чтобы добавить новый Burst. Вы увидите два поля: Time и Count:


Оставьте Time равным 0, и задайте Count значение 150. Такие параметры заставят систему частиц одновременно испускать 150 частиц в начале системы.

Запустите сцену. Как всё выглядит теперь?


Теперь это больше походит на взрыв! Хотя этот взрыв выглядит лучше, он всё равно имеет уродливую коническую форму, и частицы не затухают, а просто исчезают. Чтобы придать взрыву окончательный вид, ему нужно задать правильную форму.

Для начала развернём модуль Shape:


Мы уже использовали этот модуль для формы пламени факела, но здесь можно выбрать и другие формы. Нажмите на раскрывающееся поле, в котором написано Cone, чтобы увидеть все доступные варианты:


Каждая форма влияет на эмиттер по-своему. На каждой показанной ниже анимации показан одинаковый эмиттер, у которого меняется только форма:

Сфера (Sphere)

Полусфера (HemiSphere)

Конус (Cone)

Параллелепипед (Box)

Меш (куб) (Mesh)

Круг (Circle)

Ребро (Edge)

От одной системы можно получить множество различных эффектов, просто меняя её форму! Для создания реалистичного взрыва выберите форму Sphere.

Запустите сцену и готовьтесь взорваться:


Теперь всё выглядит потрясающе!

Хотя взрыв и красив, у нас есть небольшая проблема. Частицы просто исчезают. Это создаёт ощущение дрожания и выглядит совсем неестественно. Вместо того, чтобы просто исчезать, частицы должны со временем затухать, чтобы взрыв пропадал постепенно.

Изменение цвета

Открыв систему частиц в инспекторе, нажмите на флажок рядом с модулем Color over Lifetime, чтобы включить его, а затем разверните его. Вы сразу увидите слово Color с белым блоком рядом с ним. Нажмите на белый блок:


При этом откроется редактор градиента:


Изменение цвета в течение времени жизни частиц представлено в виде градиента. Начальный цвет находится слева, и частицы постепенно изменяют цвет на указанный в правой части:


Четыре белые полосы по краям называются маркерами; нажмите между двумя имеющимися маркерами, чтобы добавить новый. Чтобы удалить маркер, перетащите его с полосы:


Верхние маркеры управляют Alpha или непрозрачностью цвета, а нижние — значениями цвета RGB (Red, Green, Blue).


Нажмите на самый правый альфа-маркер. В нижней части редактора градиента будет показано текущее значение альфа-канала:


Перетащите ползунок к 0. Теперь частицы будут постепенно становиться прозрачными в течение времени свой жизни.

Снова запустите сцену, чтобы посмотреть, как повлияли внесённые изменения:


Замечательный взрыв!

Хотите ещё больше улучшить сцены? Вернитесь к сцене с факелом и сделайте так, чтобы пламя использовало модуль Size Over Lifetime Module для получения похожего эффекта.

Куда двигаться дальше?

Готовый проект можно скачать отсюда.

В этом туториале вы узнали, как в Unity работают системы частиц и их модули, а также научились тому, как настраивать их для получения нужного эффекта. Поэкспериментируйте с различными параметрами, чтобы увидеть, каких ещё эффектов можно добиться.

Подробную информацию о системе частиц Shuriken и её модулях см. в официальной документации Unity и в видео о системах частиц. Также о скриптинге систем частиц можно подробнее узнать здесь.