Niagara实现procedural浪花

7,900 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：

7,900 thoughts on “Niagara实现procedural浪花”

  3. IsmaelHauth

    I have read quite a few different takes on this general subject recently, but your article stands out because of how clearly you present the facts while still keeping the tone very approachable and straightforward.

    nuevo casino bono sin deposito

    Reply ↓
  6. 888starz_kfKr

    888starz O’zbekiston bozori uchun to’liq kazino va bukmeker xizmatlarini bir joyda jamlaydi.
    Kazino katalogida Simple Play, Evoplay, Spade Gaming va Spinmatic slotlari keng ifodalangan.
    888starz uz 888starz uz
    O’yinchi o’yin davomida jonli stavka qo’yib, natijalarni real vaqtda kuzatishi mumkin.
    Maksimal bonusga erishish uchun ro’yxatdan o’tishda 888UZ777 promokodi kiritiladi.
    Texnik yordam sutka davomida jonli chat va email orqali o’zbek tilida ishlaydi.

    Reply ↓
  7. Vivod iz zapoya na domy_jjSn

    Здорова, ребята. Случился ад. Дети напуганы до смерти. Скорая не реагирует на пьянку. Короче, профессиональные врачи с горячими руками — вывод из запоя на дому срочный. Сняли ломку и нормализовали давление. В общем, сохраните себе в закладки — нарколог вывод из запоя https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Не откладывайте. Киньте ссылку нуждающимся.

    Reply ↓
  8. Vivod iz zapoya na domy_uvOt

    Здорова, народ. Просто ужас. Соседи уже стучат в дверь. В наркологию везти — страшно. Короче говоря, спасла только эта бригада — круглосуточный вывод из запоя с выездом. Сняли алкогольную интоксикацию. В общем, вся инфа и контакты по ссылке — наркология вывод из запоя наркология вывод из запоя Звоните прямо сейчас. Отправьте тем, кто рядом с бедой.

    Reply ↓
  9. Vivod iz zapoya na domy_dtOt

    Доброго вечера. Близкий человек уже 5 дней в запое. Жена в истерике. Платная клиника — грабёж среди бела дня. Короче говоря, единственные кто быстро приехал и помог — круглосуточный вывод из запоя с выездом. Приехали через 30 минут. В общем, не потеряйте, пригодится — нарколог на дом вывод из запоя https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-mfk.ru Не ждите. Отправьте тем, кто рядом с бедой.

    Reply ↓
  11. Vivod iz zapoya na domy_trOt

    Здорова, народ. Просто ужас. Дети всего боятся. Платная клиника — грабёж среди бела дня. Короче говоря, единственные кто быстро приехал и помог — вывод из запоя на дому анонимно. К ночи человек пришёл в себя. В общем, жмите, чтобы сохранить — вывод из запоя на дому в екатеринбурге https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-mfk.ru Каждый час усугубляет состояние. Отправьте тем, кто рядом с бедой.

    Reply ↓
  13. Vivod iz zapoya na domy_ffOt

    Доброго вечера. Близкий человек уже 5 дней в запое. Жена в истерике. Платная клиника — грабёж среди бела дня. Короче говоря, спасла только эта бригада — вывод из запоя на дому анонимно. К ночи человек пришёл в себя. В общем, не потеряйте, пригодится — вывод из запоя цены екатеринбург https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-mfk.ru Не ждите. Вдруг кому-то это спасёт жизнь.

    Reply ↓
  14. Vivod iz zapoya na domy_tfSn

    Привет из Екатеринбурга. Отец не выходит из штопора. Дети напуганы до смерти. Платная наркология — как счёт за квартиру. Короче, единственные кто приехал без предоплаты — вывод из запоя цены фиксированные. Сняли ломку и нормализовали давление. В общем, сохраните себе в закладки — нарколог на дом вывод из запоя https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Звоните прямо сейчас. Может, кому-то она спасёт близкого.

    Reply ↓
  15. Vivod iz zapoya na domy_fmSn

    Всем салют. Муж пьёт без остановки. Родственники не знают куда бежать. Платная наркология — как счёт за квартиру. Короче, только эти ребята реально помогли — круглосуточный вывод из запоя на дом. Через час человек начал говорить. В общем, сохраните себе в закладки — вывод из запоя наркология https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Промедление может стоить жизни. Киньте ссылку нуждающимся.

    Reply ↓
  16. Vivod iz zapoya na domy_fioi

    Доброго дня, земляки. Отец не выходит из штопора. Соседи уже вызывали участкового. Платная клиника — деньги на ветер. Короче, реально крутые врачи — вывод из запоя цены приемлемые. Врач поставил систему сразу. В общем, жмите, чтобы сохранить — вывод из запоя нарколог 24 https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-sankt-peterburg-xyt.ru Не тяните время. Киньте ссылку нуждающимся.

    Reply ↓
  17. Vivod iz zapoya na domy_xvSn

    Доброго времени. Человек в запое уже неделю. Дети напуганы до смерти. Скорая не реагирует на пьянку. Короче, только эти ребята реально помогли — помощь нарколога на дому быстро. Через час человек начал говорить. В общем, сохраните себе в закладки — капельница от запоя недорого https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Звоните прямо сейчас. Может, кому-то она спасёт близкого.

    Reply ↓
  18. 888starz_jcol

    888starz rasmiy sayti kazino va sport bo’limlariga to’liq kirish imkonini beradi.

    Rasmiy saytdagi kazino bo’limi yetakchi provayderlardan ko’plab o’yinlarni o’z ichiga oladi.

    Rasmiy sayt orqali mahalliy va xalqaro chempionatlarga, jumladan O’zbekiston ligasiga tikish mumkin.

    888starz https://archevore.com/

    Reply ↓
  19. Vivod iz zapoya na domy_kgSn

    Всем салют. Отец не выходит из штопора. Жена плачет. В диспансер отвозить — позор на район. Короче, профессиональные врачи с горячими руками — круглосуточный вывод из запоя на дом. Сняли ломку и нормализовали давление. В общем, жмите, чтобы не потерять — прокапаться на дому от алкоголя цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Не откладывайте. Киньте ссылку нуждающимся.

    Reply ↓
  20. Mariojoito

    Halfway through I knew I would finish the post, and a stop at sandaltrust also held me through to the end, content that signals its quality early and then sustains it is content with real internal consistency and this site has clearly figured out how to maintain quality from opening sentence through to closing thought.

    Reply ↓
  24. Vivod iz zapoya na domy_liOt

    Привет из Екб. Брат снова ушел в штопор. Дети всего боятся. Скорая помощь просто разводит руками. В итоге, единственные кто быстро приехал и помог — вывод из запоя на дому анонимно. Приехали через 30 минут. В общем, не потеряйте, пригодится — врач на дом капельница от запоя https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-mfk.ru Не ждите. Отправьте тем, кто рядом с бедой.

    Reply ↓
  25. Vivod iz zapoya na domy_xySn

    Привет из Екатеринбурга. Человек в запое уже неделю. Родственники не знают куда бежать. В диспансер отвозить — позор на район. Короче, единственные кто приехал без предоплаты — вывод из запоя на дому срочный. Сняли ломку и нормализовали давление. В общем, жмите, чтобы не потерять — вывод из запоя на дому цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Промедление может стоить жизни. Киньте ссылку нуждающимся.

    Reply ↓
  26. Vivod iz zapoya na domy_reSn

    Всем салют. Отец не выходит из штопора. Родственники не знают куда бежать. Скорая не реагирует на пьянку. Короче, единственные кто приехал без предоплаты — вывод из запоя цены фиксированные. Прибыли через полчаса. В общем, сохраните себе в закладки — капельница от похмелья на дому https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Промедление может стоить жизни. Киньте ссылку нуждающимся.

    Reply ↓
  27. Vivod iz zapoya na domy_riOt

    Привет из Екб. Отец не встаёт с дивана. Дети всего боятся. В наркологию везти — страшно. В итоге, спасла только эта бригада — недорогой вывод из запоя в Екатеринбурге. Приехали через 30 минут. В общем, жмите, чтобы сохранить — капельница на дому от запоя https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-mfk.ru Звоните прямо сейчас. Вдруг кому-то это спасёт жизнь.

    Reply ↓
  28. 888starz_juol

    O’zbekistonda 888starz rasmiy sayti sport tikishlari va kazinoni yagona joyda birlashtiradi.

    Rasmiy saytda jonli dilerli kazino bo’limi real dilerlar bilan o’ynash imkonini beradi.

    888starz rasmiy sayti keng qamrovli sport tikishlarini bitta joyda taqdim etadi.

    888starz uz https://archevore.com/

    Reply ↓
  29. 888starz_mpol

    888starz rasmiy veb-sayti foydalanuvchilarga kazino va sport stavkalarini bitta platformada taqdim etadi.

    Eng mashhur va yangi o’yinlar rasmiy saytning kazino bo’limida birinchi o’rinda ko’rsatiladi.

    888starz rasmiy sayti keng qamrovli sport tikishlarini bitta joyda taqdim etadi.

    888starz uz https://archevore.com/

    Reply ↓
  30. 888starz_pqKr

    888starz interfeysi o’zbek tilida va intuitiv bo’lib, foydalanish uchun maxsus tayyorgarlik talab qilmaydi.
    Kazino katalogida Simple Play, Evoplay, Spade Gaming va Spinmatic slotlari keng ifodalangan.
    888starz uz 888starz uz
    Foydalanuvchilar jahon chempionatlari va mahalliy ligalarga stavka qo’yishlari mumkin.
    Maksimal bonusga erishish uchun ro’yxatdan o’tishda 888UZ777 promokodi kiritiladi.
    888starzda yangi akkaunt bir nechta oddiy qadamda yaratiladi.

    Reply ↓
  31. Vivod iz zapoya na domy_dwSn

    Привет из Екатеринбурга. Отец не выходит из штопора. Жена плачет. В диспансер отвозить — позор на район. Короче, профессиональные врачи с горячими руками — вывод из запоя цены фиксированные. Врач осмотрел и начал детокс. В общем, все контакты по ссылке — капельница от запоя на дому цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-dyz.ru Не откладывайте. Может, кому-то она спасёт близкого.

    Reply ↓
  32. 888starz_sqKr

    Rasmiy 888starz sayti kazino o’yinlari va sport stavkalarini yagona ekotizimga birlashtiradi.
    Keno, Poker, Bingo va Aviator kabi formatlar doimo foydalanuvchi ixtiyorida.
    888starz uz 888starz uz
    Jonli rejimdagi tikishda koeffitsiyentlar o’yin ketishi bilan bir vaqtda yangilanadi.
    Ilk depozit uchun +100% bonus taqdim etiladi, jami 1500€ gacha va 150 bepul aylantirish.
    888starz turli depozit usullari — bank kartasi, hamyon va kripto — bilan ishlaydi.

    Reply ↓
  33. GermanBainc

    Refreshing change from the usual sites covering this topic, no clickbait and no padding, and a stop at falpyx confirmed the difference, this place clearly has its own voice rather than copying the formulas everyone else uses to chase clicks online which is becoming increasingly rare these days across nearly every popular subject.

    Reply ↓
  34. 888starz_lxKr

    Platforma barcha qurilmalarda barqaror ishlaydi va rasmiy mobil ilovalarga ega.
    Aviator crash-o’yini, Keno, Wheel va Bingo kabi tezkor formatlar bitta bo’limga jamlangan.
    888starz uz 888starz uz
    Rasmiy saytda mashhur va o’ziga xos sport turlarining keng ro’yxati mavjud.
    888starz doimiy promolar, keshbek va slot musobaqalari bilan o’yinchilarni qo’llab-quvvatlaydi.
    Ro’yxatdan o’tish jarayoni tez va minimal ma’lumot talab qiladi.

    Reply ↓
  35. 888starz_nvKr

    888starz O’zbekistondagi o’yinchilar uchun kazino va sport tikishlarini bitta rasmiy resursda taqdim etadi.
    Rasmiy saytda taniqli studiyalardan minglab slot doimiy to’ldirilib boriladi.
    888starz uz 888starz uz
    Real vaqt tikishi yuqori koeffitsiyent va tezkor yangilanishlar bilan ishlaydi.
    Yangi foydalanuvchini 1500 evrogacha xush kelibsiz bonusi hamda 150 FS kutadi.
    Hisob ochish telefon yoki email orqali bir necha daqiqa ichida amalga oshadi.

    Reply ↓
  36. Vivod iz zapoya na domy_hooi

    Доброго дня, земляки. Кошмар полный. Мать плачет целыми днями. Платная клиника — деньги на ветер. Короче, единственные, кто приехал без лишних вопросов — вывод из запоя цены приемлемые. Врач поставил систему сразу. В общем, не потеряйте — вывод из запоя санкт петербург https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-sankt-peterburg-xyt.ru Не тяните время. Вдруг это спасёт чью-то жизнь.

    Reply ↓
  37. JaceTeaky

    A piece that reads like it was written for me without claiming to be written for me, and a look at actioncreatesdirection produced the same fit, when the writer audience match clicks naturally without being engineered through demographic targeting you know the writing is solid and this site has that natural fit consistently for me.

    Reply ↓
  45. Vivod iz zapoya na domy_tsoi

    Приветствую народ. Кошмар полный. Соседи уже вызывали участкового. Скорая не считается с запоями. Итог, единственные, кто приехал без лишних вопросов — вывод из запоя цены приемлемые. К утру человек пришёл в сознание. В общем, цены и телефон тут — вывод из запоя с выездом на дом вывод из запоя с выездом на дом Не тяните время. Вдруг это спасёт чью-то жизнь.

    Reply ↓
  46. Jakesinna

    Felt mildly happier after reading, which sounds silly but is true, and a look at caramelcovemerchantgallery extended that small mood lift, content that improves rather than degrades my mental state is content I want more of and the cumulative effect of reading sites that lift versus sites that drag is real over time.

    Reply ↓
  49. Vaughntew

    However many similar pages I have read this one taught me something new, and a stop at squaresloop added more new material, content that contributes genuinely fresh information rather than recycling what is already widely available is content with real informational value and this site is providing that informational freshness at a notable rate.

    Reply ↓

Leave a Reply

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