Niagara实现procedural浪花

8,123 Replies

『部分工程文件点我下载』
『知乎转载链接』
『有点相关的Unreal Circle演讲』

Summary

因为本文涉及到的内容比较广，关于Niagara最基础的一些部分比如怎么新建、怎样添加使用模块就不详细说明了，没用过的同学可以先看一下Epic官方文档的介绍：
Niagara核心概念

和贾越同学的系列教学直播：
https://www.bilibili.com/video/av73602807

本次工程效果：

为了实现海浪拍到岩石上激起千层浪的感觉，我们可以看到有几个表现上的关键点

  • 在岩石附近生成水花
  • 水花激起的时机和位置与海水的流动匹配
  • 出射速度受到海水运动和石头表面的撞击情况影响
  • 激起后水花的体积感

海面的模拟 – Gerstner Waves

游戏里模拟海水的途径是一门艰深的课题，本文就不多涉及了。这里为了制作需要，介绍一下相对直观实用的Gerstner Waves。

在流体动力学中，Gerstner Waves是周期表面重力波的欧拉方程方程的精确解。它计算机图形技术之前很久就出现了，用来描述不可压缩流体的表面波动。

单一Gerstner Wave材质应用在一个平面上的效果如图：

数学时间


我们可以看到每一个点不止有Z轴方向的运动，也有XY轴的运动。并且这不是一个简单的sin波而是带有‘浪尖’的波形，这些都是Gerstner Wave的重要特征。

因为篇幅原因这里就不具体说公式了，本节末尾提供了我做好的材质节点可以直接下载取用。详细算法可以参考：

Chapter 1. Effective Water Simulation from Physical Models

https://developer.download.nvidia.com/books/HTML/gpugems/gpugems_ch01.html

简单说来，定义一个波形的属性有：

[高度, 前进方向, 波长, 陡峭度]

我们定义相位φ

φ = 方向 ⋅ 位置 / 波长 + 频率 * 时间

其中

频率 = sqrt(重力 * 2π / 波长)

那么以

z轴偏移 =  高度 * sin(φ)

xy轴偏移 = 陡峭度 * 高度 * 方向 * cos(φ)

的形式去移动海面的顶点，顶点会沿着椭圆绕圈（左图），一系列的顶点组合在一起就会形成具有浪尖的波形。

引擎内实现

在引擎里的实现可以用HLSL写在Custom节点里，你也可以选择用节点连。执行效率上，节点连出来的公式和HLSL代码没有区别。

材质函数 MF_GerstnerWave

核心部分：

float3 d = float3(sin(DirectionInDegrees * 0.0174533), cos(DirectionInDegrees * 0.0174533), 0);  // 为了控制方便，输入并不是一个向量而是角度，这里转换一下

float w = 6.2831854 / L;

float theta = sqrt(6.2831854 * Gravity / L); // 由波长算出频率

float q = Stiffness / (Amplitude * w); // q是控制浪尖陡峭度的系数

float phase = dot((w * d).xy, WorldPosition.xy) – theta * Time; // 喂给cos和sin的相位

float3 offset = float3(q * Amplitude * d.xy * cos(phase), Amplitude * sin(phase)); // 照抄上面公式

这部分我放在了BlueprintUE.com里，点下面链接直接把节点复制粘贴到UE材质编辑器里就可以得到图上的节点：

https://blueprintue.com/blueprint/tt5p124n/

波形叠加

显然，一条波并不能说非常炫酷，Gerstner Wave的典型做法是把多条波叠加在一起。上面提到每条波可以控制的变量有：[高度, 前进方向, 波长, 陡峭度]

要合并多个波形，首先考虑的是波长，因为能组合的波长数量有限（8个已经很多了），我们无法完全参照真实世界的海洋数据，只能尽可能利用能付出的资源。由于波长相似的wave在叠加时看起来更有错综复杂的动态表现，我们可以在输入参数里首先给一个波长的中值LengthMedian，然后让不同wave的波长围绕这个中值变化。这样只要保留所有wave的波长与LenghMedian的比例，就可以通过改变LengthMedian来调整整个海洋的波浪大小：

在定义一组waves的结构FGerstnerWavesParameters中，美术可以在海洋的蓝图Actor上直接填写LengthMedian。

接下来，美术可以手动填写各个wave和LengthMedian的比例，也可以像我一样偷懒，填一个LengthMultiplierRange然后随机选取范围内的比例，在场景里拖动Seed直到随出一个好看的组合。

类似的方法同样适用于高度, 前进方向, 陡峭度。要注意的是，wave的高度和波长存在正相关关系，简单的做法是定义一个常数比例，让每个wave高度和和波长的比例保持一致。而在定义前进方向时会类似的给出一个DirectionRange定义前进方向的范围。

Niagara GPU粒子的生成

匹配水面位移

上面说了这么多，海面Shader内的位移数据其实并不能被外界直接读取，为了让Niagara能获取到海面的位移数据从而实现位置的同步，我们需要额外做一些工作：

方块：Niagara GPU particles

因为Gerstner Wave算法是确定性的，即给定同样的 [ 高度 | 前进方向 | 波长 | 陡峭度 ] 这样一组参数，不管在哪算出来的波形都是一样一样的。所以我们只要把与海面同样的参数传入Niagara System，就可以让Niagara粒子去‘追踪‘海面的粒子。（如上图）

传参

Normal难度：

上面说到，海面的波形是由好几个不同的Gerstner Wave组成，这里我用了8个，那么需要匹配海面的形状，其实在生成浪花时我们不用考虑所有8个waves，只考虑最大的一或两级wave，视觉上就很难看出不完全吻合的细节差别了。

Hard难度:

这一块可选阅读，可以跳过，对下面内容的理解没有影响。

可是如果我觉得这样做身体不适，非想传所有数据达到完美同步呢？ 也不是没有办法。4个参数 x 8组 = 一共32个float变量，手动命名并且在蓝图里拉面条，再在Niagara模块上一个一个拖上去也不是不行.. 如果你想做得灵巧些，我发掘了一个输入数组的hack：

因为Niagara还在beta阶段，一些功能还在持续改进中，这个hack可能以后也不需要。我介绍一下的另一个原因是觉得对增加对Niagara的理解有所帮助。

开始我想把数据通过DrawToRenderTarget写到一张贴图上，让Niagara读，但因为操作太不友好并且不支持CPU粒子放弃了。后来发现Niagara里的Curve型变量是同时支持CPU和GPU的，读取也很方便。我在蓝图里把需要的变量写入到一个Curve asset里，Niagara内reimport更新就可以，很方便。

不过Curve key的格式是有讲究的，Niagara CPU sim在读curve时，直接就读对应位置的key value。但GPU sim上会首先把curve编码成一个1×128像素的Lookup table，然后再读对应位置的数据，这就导致如果key的time位置不是100%对到LUT的像素位置上，encode后会出现偏差，这个偏差在我们现在的应用中是无法容许的。

好在encode的逻辑非常直接，只是取第一个key和最后一个key的time看范围，normalize到[0.0, 1.0]之间：

所以要达到key和LUT的像素对齐，最简单的方式是让time = [0, 1, 2… 127]，这样不需要额外操作，在GPU sim上读取即可。

最后一个key的time是127.0

这样我们就实现了可以在一个curve里记录128个float值。剩下要做的就是再BP里根据一定规则把8个wave的一系列参数编码，再从Niagara模块里通过相同规则解码。这里4个参数*8个wave，规则就是很简单的按照一定间隔记录了32个值。

按照一定间隔，在整数Time上记录了每一组parameters

在Niagara module中通过类似方式解压

定义GPU粒子的碰撞行为

Distance Field Collision

系统提供的collision模块非常健全，包括CPU trace碰撞，GPU depth / distance field碰撞等分支可以在下拉菜单中选择使用。我们这里使用GPU distance field碰撞，depth碰撞比较适合比较粗犷的效果，比如下雨下雪，稍微有点问题也看不出来，但如果水浪使用depth碰撞，岩石背面屏幕看不到的地方就会出错。

我们想有一些比较细腻的控制逻辑，比如这里水花撞到石头上，如果用默认的collision碰撞，反弹是朝着下图绿色的反射向量方向飞出去的，而流体撞到刚体的行为并不是这样完美的反弹，我们更想让它偏向下图紫色的角度。

下面三个gif分别展示不同反射角度的视觉：

反弹方向为绿色反射角
反弹方向为紫色切线角
反弹方向反射和切线之间的随机角度

定义这样的碰撞行为需要自己写模块，幸运的是这种逻辑都可以用Niagara的节点实现。引擎提供的Collision模块本身是一个宝藏，里面有各种碰撞的实现方式和模块编辑的best practice。在Collision – CollisionQueryAndResponse模块中我们探索一下可以发现：

点进去最底层的模块是：

即给出world position获得global distance field的数值和gradient，和材质里的DistanceToNearestSurface / DistanceFieldGradient结果是一样的，都是GPU内的query。

知道了这些，我们就可以很方便的自己写一个简单的collision判断：

并且在后面接上上面说到的反射角和切线角的逻辑–如果发现水浪粒子进行了第一次和岩石碰撞，那么就沿着我们想要的角度给一个初速度：

距离优化

同时因为有了distance field信息，可以在particle spawn时判断水浪粒子是否在岩石附近，如果不在就直接删除。

Smear

水花的材质想做好也是一项涉及很广的任务，我这里就是用了一个比较简单的云的贴图，稍微加工了下。值得一提的是通过particle的速度可以在材质里实现速度拉伸效果，对表达浪花飞溅的夸张形态非常有帮助：

Smear = 0
Smear =3
Smear = 15

实现方式也很简单，因为粒子sprite是朝向camera的，我们只要以local position和移动速度的点积缩放sprite即可：

8,123 thoughts on “Niagara实现procedural浪花”

  1. Vivod iz zapoya na domy_ndea

    Доброго дня. Отец не выходит из штопора уже третьи сутки. Жена в панике. Скорая отказывается выезжать на такие вызовы. В итоге, единственные кто взялся без предоплат — анонимное выведение из запоя без учёта. Сняли острую интоксикацию. В общем, не потеряйте вкладку — нарколог на дом вывод https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-nws.ru Звоните сейчас. Отправьте тем кто в беде.

    Reply ↓
  2. KyleWrele

    Just want to acknowledge that the writing here is doing something right, and a quick visit to brightnovahub confirmed the same standards run across the broader site, recognising good work is something I try to do when I find it because the alternative is silence and silence rewards mediocrity.

    Reply ↓
  3. Vivod iz zapoya na domy_yuea

    Здорова земляки. Случилась жесть. Жена в панике. В диспансер тащить — позор на всю жизнь. Короче говоря, выручила только эта бригада — анонимное выведение из запоя без учёта. Приехали в течение часа. В общем, жмите чтобы сохранить — прокапаться на дому от алкоголя цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-nws.ru Звоните сейчас. Отправьте тем кто в беде.

    Reply ↓
  4. Vivod iz zapoya na domy_deea

    Здорова земляки. Отец не выходит из штопора уже третьи сутки. Жена в панике. В диспансер тащить — позор на всю жизнь. В итоге, единственные кто взялся без предоплат — вывод из запоя цены доступные. К утру человек пришёл в себя. В общем, вся информация по ссылке — капельница от похмелья на дому https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-nws.ru Звоните сейчас. Отправьте тем кто в беде.

    Reply ↓
  7. Vivod iz zapoya na domy_qmoi

    Народ. Муж пьёт беспробудно. Родственники не знают что делать. Скорая отказывается приезжать. Короче, единственные кто не побоялся взяться — вывод из запоя цены приемлемые. Капельницу поставили сразу. В общем, сохраните на будущее — сколько стоит прокапаться от алкоголя https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-gkd.ru Промедление дороже. Кто в беде — тому пригодится.

    Reply ↓
  8. Vivod iz zapoya na domy_kloi

    Слушайте. Близкий человек в запое. Соседи стучат в стену. Платная клиника дерёт три шкуры. Короче, реально помогла эта бригада — профессиональный вывод из запоя недорого. Приехали быстро. В общем, инфа и расценки тут — прокапаться на дому от алкоголя цена прокапаться на дому от алкоголя цена Не тяните время. Перешлите кому надо.

    Reply ↓
  9. Vivod iz zapoya na domy_dcki

    Народ выручайте. Попал я в переплёт конкретный. Брат пьёт без остановки. Дети не спят ночами. Платные клиники просят бешеные деньги. Короче, нормальные врачи нашлись — профессиональное выведение из запоя без кодировки. Поставили систему. В общем, сохраняйте на будущее — капельница от запоя недорого https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не надейтесь на авось. Скиньте другу в беде.

    Reply ↓
  11. Vivod iz zapoya na domy_oyki

    Народ выручайте. Попал я в переплёт конкретный. Брат пьёт без остановки. Дети не спят ночами. Скорая не едет. Короче, единственное что реально помогло — вывод из запоя недорого и качественно. Приехали через час. В общем, там контакты и прайс — выведение из запоя екатеринбург https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не надейтесь на авось. Скиньте другу в беде.

    Reply ↓
  12. Vivod iz zapoya na domy_hfki

    Друзья ситуация. Попал я в переплёт конкретный. Муж просто пропадает. Жена в слезах. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, только это и спасло — профессиональное выведение из запоя без кодировки. Приехали через час. В общем, там контакты и прайс — вывод из запоя екатеринбург https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Каждая минута дорога. Скиньте другу в беде.

    Reply ↓
  15. Vivod iz zapoya na domy_xhKa

    Привет из Екатеринбурга. Отец уже шестой день пьёт. Соседи уже начали звонить в участок. В диспансер сдавать — ужас. В общем, выручила эта служба — анонимный вывод из запоя на дому. Купировали абстинентный синдром. В общем, запишите себе — вывод из запоя капельница екатеринбург https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-vqx.ru Звоните немедленно. Скиньте тем, кто в отчаянной ситуации.

    Reply ↓
  16. Vivod iz zapoya na domy_qeoi

    Ребята в Екбе. Муж пьёт беспробудно. Дети боятся. Скорая отказывается приезжать. Короче, единственные кто не побоялся взяться — анонимный вывод из запоя без кодировки. Капельницу поставили сразу. В общем, все контакты по ссылке — вывод из запоя цены вывод из запоя цены Звоните прямо сейчас. Перешлите кому надо.

    Reply ↓
  17. Vivod iz zapoya na domy_goki

    Друзья ситуация. Жесть случилась полная. Близкий не выходит из запоя. Дети не спят ночами. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, только это и спасло — вывод из запоя недорого и качественно. Отошёл за полчаса. В общем, жмите чтобы не потерять — вывод из запоя на дому цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не тяните. Скиньте другу в беде.

    Reply ↓
  18. Vivod iz zapoya na domy_tuoi

    Народ. Случилась беда. Жена рыдает. Скорая отказывается приезжать. В итоге, единственные кто не побоялся взяться — вывод из запоя на дому анонимно. Приехали быстро. В общем, сохраните на будущее — сколько стоит прокапаться https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-gkd.ru Звоните прямо сейчас. Перешлите кому надо.

    Reply ↓
  19. Vivod iz zapoya na domy_mqki

    Друзья ситуация. Жесть случилась полная. Человек уже четвёртые сутки в штопоре. Жена в слезах. Скорая не едет. Короче, единственное что реально помогло — вывод из запоя недорого и качественно. Поставили систему. В общем, смотрите сами по ссылке — капельница от похмелья на дому https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не надейтесь на авось. Скиньте другу в беде.

    Reply ↓
  20. Vivod iz zapoya na domy_wboi

    Ребята в Екбе. Близкий человек в запое. Родственники не знают что делать. В диспансер везти — стыд на всю жизнь. В итоге, спасли только эти врачи — вывод из запоя на дому анонимно. К утру человек в норме. В общем, жмите чтобы не забыть — нарколог на дом вывод из запоя нарколог на дом вывод из запоя Звоните прямо сейчас. Кто в беде — тому пригодится.

    Reply ↓
  21. Vivod iz zapoya na domy_qcki

    Екатеринбург привет. Столкнулся с такой бедой. Близкий не выходит из запоя. Соседи стучат в дверь. Платные клиники просят бешеные деньги. Короче, только это и спасло — вывод из запоя цены адекватные. Приехали через час. В общем, вся инфа вот здесь — срочный вывод из запоя срочный вывод из запоя Каждая минута дорога. Скиньте другу в беде.

    Reply ↓
  22. Vivod iz zapoya na domy_aooi

    Народ. Отец не просыхает уже пятый день. Родственники не знают что делать. В диспансер везти — стыд на всю жизнь. Короче, единственные кто не побоялся взяться — круглосуточный вывод из запоя в Екатеринбурге. К утру человек в норме. В общем, инфа и расценки тут — капельница от запоя на дому круглосуточно капельница от запоя на дому круглосуточно Не тяните время. Перешлите кому надо.

    Reply ↓
  23. Vivod iz zapoya na domy_gcki

    Екатеринбург привет. Столкнулся с такой бедой. Человек уже четвёртые сутки в штопоре. Соседи стучат в дверь. Скорая не едет. Короче, только это и спасло — вывод из запоя цены адекватные. Отошёл за полчаса. В общем, сохраняйте на будущее — сколько стоит прокапаться от алкоголя https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не надейтесь на авось. Перешлите тому кому надо.

    Reply ↓
  28. Vivod iz zapoya na domy_lqKa

    Всем здравствуйте. Близкий человек не вылезает из запоя. Родственники не спят ночами. Скорая реагирует только на угрозу жизни. Итог, только эти врачи смогли помочь — круглосуточный вывод из запоя с выездом. Купировали абстинентный синдром. В общем, нажмите, чтобы сохранить — выезд на дом капельница от запоя выезд на дом капельница от запоя Промедление может стоить здоровья. Скиньте тем, кто в отчаянной ситуации.

    Reply ↓
  29. MaryKr9539

    XEvil 5.0 automatically solve most kind of captchas,
    Including such type of captchas: ReCaptcha v.2, ReCaptcha v.3, Google, Solve Media, BitcoinFaucet, Steam, +12k
    + hCaptcha, FC, ReCaptcha Enterprize now supported in new XEvil 6.0!
    + CloudFlare TurnsTile, GeeTest captcha now supported in new XEvil 7.0!
    + XEvil 7.0 was released! ReCaptcha v2 solving speed increased x2!
    + XEvil can solve captchas from OpenClaw AI bot!

    1.) Fast, easy, precisionly
    XEvil is the fastest captcha killer in the world. Its has no solving limits, no threads number limits

    2.) Several APIs support
    XEvil supports more than 6 different, worldwide known API: 2captcha, anti-captchas (antigate), rucaptcha, DeathByCaptcha, etc.
    just send your captcha via HTTP request, as you can send into any of that service – and XEvil will solve your captcha!
    So, XEvil is compatible with hundreds of applications for SEO/SMM/password recovery/parsing/posting/clicking/cryptocurrency/etc.

    3.) Useful support and manuals
    After purchase, you got access to a private tech.support forum, Wiki, Skype/Telegram online support
    Developers will train XEvil to your type of captcha for FREE and very fast – just send them examples

    4.) How to get free trial use of XEvil full version?
    – Try to search in Google “Home of XEvil”
    – you will find IPs with opened port 80 of XEvil users (click on any IP to ensure)
    – try to send your captcha via 2captcha API ino one of that IPs
    – if you got BAD KEY error, just tru another IP
    – enjoy! 🙂
    – (its not work for hCaptcha!)

    WARNING: Free XEvil DEMO does NOT support ReCaptcha, hCaptcha and most other types of captcha!

    Reply ↓
  30. Vivod iz zapoya na domy_dwki

    Слушайте что расскажу. Попал я в переплёт конкретный. Близкий не выходит из запоя. Дети не спят ночами. Платные клиники просят бешеные деньги. Короче, только это и спасло — вывод из запоя недорого и качественно. Отошёл за полчаса. В общем, вся инфа вот здесь — вывод из запоя на дому круглосуточно https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не тяните. Перешлите тому кому надо.

    Reply ↓
  31. Vivod iz zapoya na domy_tkki

    Друзья ситуация. Жесть случилась полная. Муж просто пропадает. Дети не спят ночами. Скорая не едет. Короче, нормальные врачи нашлись — вывод из запоя цены адекватные. Отошёл за полчаса. В общем, вся инфа вот здесь — нарколог на дом вывод из запоя на дому нарколог на дом вывод из запоя на дому Не тяните. Перешлите тому кому надо.

    Reply ↓
  32. Vivod iz zapoya na domy_vtoi

    Екатеринбург. Близкий человек в запое. Дети боятся. Скорая отказывается приезжать. В итоге, единственные кто не побоялся взяться — вывод из запоя цены приемлемые. Сняли интоксикацию за час. В общем, все контакты по ссылке — выведение из запоя на дому в екатеринбурге выведение из запоя на дому в екатеринбурге Не тяните время. Перешлите кому надо.

    Reply ↓
  33. Vivod iz zapoya na domy_qfki

    Слушайте что расскажу. Столкнулся с такой бедой. Близкий не выходит из запоя. Дети не спят ночами. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, только это и спасло — профессиональное выведение из запоя без кодировки. Приехали через час. В общем, там контакты и прайс — вывод из запоя на дому екатеринбург круглосуточно https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не надейтесь на авось. Перешлите тому кому надо.

    Reply ↓
  34. Vivod iz zapoya na domy_qnoi

    Народ. Брат в штопоре. Дети боятся. Скорая отказывается приезжать. Короче, единственные кто не побоялся взяться — вывод из запоя цены приемлемые. Капельницу поставили сразу. В общем, сохраните на будущее — сколько стоит прокапаться https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-gkd.ru Звоните прямо сейчас. Перешлите кому надо.

    Reply ↓
  43. Vivod iz zapoya na domy_qxKa

    Здарова, народ. Беда пришла. Родственники не спят ночами. Скорая реагирует только на угрозу жизни. Итог, только эти врачи смогли помочь — анонимный вывод из запоя на дому. Бригада подъехала через 35 минут. В общем, запишите себе — нарколог на дом вывод https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-vqx.ru Звоните немедленно. Скиньте тем, кто в отчаянной ситуации.

    Reply ↓
  44. Cesarphami

    Now considering carefully how to share this site with the right audience rather than broadcasting widely, and a look at primebazaarhub extended that careful sharing impulse, content worth sharing carefully rather than spamming is content that has earned a higher kind of recommendation and this site has earned that careful shareability throughout pieces.

    Reply ↓
  45. Vivod iz zapoya na domy_hqKa

    Всем здравствуйте. Близкий человек не вылезает из запоя. Соседи уже начали звонить в участок. Скорая реагирует только на угрозу жизни. В общем, только эти врачи смогли помочь — вывод из запоя недорого в Екатеринбурге. Бригада подъехала через 35 минут. В общем, запишите себе — срочный вывод из запоя срочный вывод из запоя Звоните немедленно. Вдруг это спасёт кого-то.

    Reply ↓

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *