Niagara实现procedural浪花

11,570 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：

11,570 thoughts on “Niagara实现procedural浪花”

  1. true fortune casino_uamt

    true fortune casino true fortune casino
    The casino focuses on ease of use, offering quick access to games and cashier from one account.

    Titles come from reputable providers, ensuring smooth gameplay and fair results.

    Reasonable bonus conditions, including a fair wager, are worth confirming in advance.

    The cashier offers flexible banking choices to suit different preferences.

    A help team can be reached for questions about accounts, bonuses and payments.

    Reply ↓
  3. Vivod iz zapoya v stacionare_pmpn

    Слушайте кто знает Мой друг уже 9 дней в запое Соседи уже вызвали полицию В диспансер тащить — страшно Короче, спасла только госпитализация — вывод из запоя санкт-петербург стационар с палатой Капельницы и уколы по назначению В общем, не потеряйте контакты — вывод из запоя в стационаре санкт-петербург https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-nhy.ru Стационар — единственное решение Это может спасти жизнь близкого

    Reply ↓
  4. OctavioFrult

    Thanks for the readable length, I finished it without checking how much was left, and a stop at purplemilk kept me reading the same way, when I stop noticing the length of a piece because the content is engaging enough to sustain attention without willpower the writer has done their job well today.

    Reply ↓
  7. Vivod iz zapoya v stacionare_bypn

    Здорова, народ Отец не выходит из комы Родственники в шоке Платная клиника — бешеные счета Короче, врачи стационара реально помогли — вывод из запоя санкт-петербург стационар с палатой Врачи и медсёстры 24/7 В общем, жмите чтобы сохранить — вывод из запоя в стационаре санкт-петербург https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-nhy.ru Звоните прямо сейчас Это может спасти жизнь близкого

    Reply ↓
  8. RyderMox

    Felt mildly happier after reading, which sounds silly but is true, and a look at claritymapping 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 ↓
  9. Kentondriet

    Really liked the calm tone running through the post, no shouting and no urgency forced into the writing, and a look at ideasbecomeaction kept that quiet confidence going, the kind of voice that makes the reader feel respected rather than yelled at which is depressingly common across most modern blog content these days.

    Reply ↓
  14. 888starz_wjpt

    يأتي الموقع بواجهة عربية مريحة تدعم أكثر من 50 لغة وتناسب لاعبي القاهرة.
    يقدم 888starz ما يزيد على أربعة آلاف عنوان سلوت في كتالوج متجدد.
    888starz 888starz
    تتوفر أسواق على مباريات أندية القاهرة إلى جانب دوري الأبطال والدوريات الأوروبية.
    تبلغ باقة الترحيب في الكازينو 1500 يورو إضافة إلى 150 فري سبين.
    يقبل الموقع البطاقات والمحافظ إضافة إلى أكثر من 50 عملة رقمية مثل BTC و USDT.

    Reply ↓
  16. Narkologicheskii stacionar_aipr

    Слушайте кто знает Отец не встаёт с кровати Жена рыдает В диспансер тащить — последнее дело Короче, спасла только госпитализация — наркологические услуги в стационаре полный комплекс Провели полную детоксикацию В общем, не потеряйте контакты — наркологический стационар наркологический стационар Не ждите пока станет хуже Перешлите тем кто в беде

    Reply ↓
  19. Emilianowaf

    A thoughtful read in a week that has been mostly noisy, and a look at cipherbeach carried that thoughtful quality across more pages, finding pockets of considered writing in a week of distractions is one of the small wins of careful curation and this site is providing those pockets at a sustainable rate.

    Reply ↓
  20. Vivod iz zapoya v stacionare_xepn

    Здорова, народ Мой друг уже 9 дней в запое Дети боятся заходить в дом Скорая не приезжает на такие вызовы Короче, единственное что сработало — вывод из запоя стационарно с капельницами Положили в палату В общем, телефон и цены тут — выведение из запоя в стационаре спб https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-nhy.ru Стационар — единственное решение Перешлите тем кто в такой же беде

    Reply ↓
  21. Vivod iz zapoya v stacionare_gvpn

    Люди подскажите Жесть полная Родственники в шоке Скорая не приезжает на такие вызовы Короче, врачи стационара реально помогли — вывод из запоя стационарно с капельницами Положили в палату В общем, телефон и цены тут — вывод из запоя в стационаре наркологии вывод из запоя в стационаре наркологии Стационар — единственное решение Перешлите тем кто в такой же беде

    Reply ↓
  22. Vivod iz zapoya v stacionare_bypn

    Здорова, народ Брат умирает на глазах Соседи уже вызвали полицию Платная клиника — бешеные счета Короче, спасла только госпитализация — наркология вывод из запоя в стационаре с психологом Провели полное очищение организма В общем, вся инфа по ссылке — вывод из запоя спб стационар https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-nhy.ru Стационар — единственное решение Это может спасти жизнь близкого

    Reply ↓
  23. Vivod iz zapoya v stacionare_vwpn

    Слушайте кто знает Жесть полная Дети боятся заходить в дом Платная клиника — бешеные счета Короче, спасла только госпитализация — вывод из запоя санкт-петербург стационар с палатой Врачи и медсёстры 24/7 В общем, вся инфа по ссылке — вывод из запоя стационарно спб https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-nhy.ru Стационар — единственное решение Перешлите тем кто в такой же беде

    Reply ↓
  24. Vivod iz zapoya v stacionare_grpn

    Слушайте кто знает Жесть полная Дети боятся заходить в дом Скорая не приезжает на такие вызовы Короче, спасла только госпитализация — наркология вывод из запоя в стационаре с психологом Провели полное очищение организма В общем, жмите чтобы сохранить — прокапаться от алкоголя в стационаре https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-nhy.ru Стационар — единственное решение Перешлите тем кто в такой же беде

    Reply ↓
  25. Narkologicheskii stacionar_xcel

    Здорова, народ Отец не встаёт с кровати Дети боятся заходить в комнату Скорая не приедет на такой вызов Короче, спасла только госпитализация — наркологическая больница стационар с капельницами Положили в палату В общем, жмите чтобы сохранить — лечение наркомании стационар https://narkologicheskij-staczionar-moskva-bny.ru Звоните прямо сейчас Это может спасти жизнь

    Reply ↓
  27. Christiantar

    Took a chance on the headline and was rewarded, and a stop at progressdriver kept the rewards coming as I clicked through, the kind of place where every link leads somewhere worth the click is a small luxury on the modern web where so many sites are mostly empty calories disguised as content.

    Reply ↓
  28. crazy time_tuMn

    Il gioco si svolge con un conduttore in carne e ossa e streaming in tempo reale.

    Prima di ogni giro la Top Slot abbina in modo casuale un moltiplicatore a un segmento della ruota.

    Il bonus principale Crazy Time è quello che offre le vincite potenziali più elevate.

    L’RTP varia in base al segmento scelto e si aggira intorno al 95%.

    Si consiglia di giocare in modo responsabile e di fissare limiti di spesa.

    crazytime crazytime

    Reply ↓
  29. MarlonIngem

    Definitely returning here, that is decided, and a look at clarityactivator only made the case stronger, this is one of those rare websites that rewards regular visits rather than feeling stale after the first read which is something I cannot say about most of the places I bookmark today across all my topics.

    Reply ↓
  30. 20 super hot_prpn

    20 Super Hot is a classic fruit slot from EGT that brings a retro Vegas feel to players in the UK and the US.
    The flaming seven sits at the top of the paytable and pays the most.
    20 super hot 20 super hot
    The Jackpot Cards mystery bonus can award one of four levels tied to card suits.
    Top line wins pay generously when several sevens land together on an active line.
    Players can enjoy 20 Super Hot on desktop and mobile, including in free-play mode.

    Reply ↓
  35. Vivod iz zapoya v stacionare_crpn

    Здорова, народ Мой друг уже 9 дней в запое Дети боятся заходить в дом Платная клиника — бешеные счета Короче, единственное что сработало — лечение запоя в стационаре комплексно Положили в палату В общем, не потеряйте контакты — выведение из запоя в стационаре выведение из запоя в стационаре Стационар — единственное решение Это может спасти жизнь близкого

    Reply ↓
  36. Narkologicheskii stacionar_whpr

    Москва, всем привет Брат потерял человеческий облик Дети боятся заходить в комнату Платная клиника просит бешеные деньги Короче, единственные кто взялся за безнадёжный случай — лечение в наркологическом стационаре с психологом Провели полную детоксикацию В общем, жмите чтобы сохранить — стоимость лечения в наркологической клинике москва https://narkologicheskij-staczionar-moskva-jmw.ru Стационар — это единственный выход Перешлите тем кто в беде

    Reply ↓
  37. Vivod iz zapoya v stacionare_kqpn

    Всем привет из Питера Жесть полная Соседи уже вызвали полицию Платная клиника — бешеные счета Короче, врачи стационара реально помогли — лечение запоя в стационаре комплексно Капельницы и уколы по назначению В общем, телефон и цены тут — вывод из запоя в стационаре санкт петербург https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-nhy.ru Не ждите чуда Перешлите тем кто в такой же беде

    Reply ↓
  38. crazy time_czMn

    Crazy Time è un game show in diretta di Evolution che ruota attorno a una grande ruota da 54 segmenti.

    Prima di ogni giro la Top Slot abbina in modo casuale un moltiplicatore a un segmento della ruota.

    Coin Flip lancia una moneta a due facce, ciascuna con un moltiplicatore diverso.

    L’RTP varia in base al segmento scelto e si aggira intorno al 95%.

    Il gioco è riservato ai maggiorenni e va praticato con consapevolezza.

    demo crazytime demo crazytime

    Reply ↓
  39. Hermanhoino

    Reading this prompted me to dig out an old reference book related to the topic, and a stop at qarnexo extended that connection to other sources, content that connects me back to my own existing knowledge rather than asking me to forget it is content with continuity and this site has that continuous quality.

    Reply ↓
  40. 888starz_xqmi

    يجمع 888starz.bet بين ألعاب الكازينو والمراهنات الرياضية في موقع واحد مخصص لمستخدمي مصر.
    888starz 888starz
    يتيح الموقع أكثر من مئتين وخمسين طاولة روليت وبلاك جاك مباشرة في أي وقت.
    يشمل الموقع أكثر من 35 فئة رياضية تتابع أبرز الأحداث العالمية والمحلية.
    ينتظر اللاعبين النشطين برنامج أسبوعي من كاش باك وجوائز.
    يمكن فتح حساب جديد عبر الهاتف أو البريد في دقائق قليلة.

    Reply ↓
  41. OrlandoVaf

    Appreciated that the writer trusted the reader to follow along without constant restating of earlier points, and a look at professionalalliancebond continued that respect for the reader, treating an audience as capable adults rather than as people to be hand held through every paragraph is something I notice and value highly across the open internet today.

    Reply ↓
  44. 20 super hot_cbpn

    Its bright fruit symbols and glowing sevens appeal to fans of retro slots in Britain and America.
    The reels are filled with cherries, lemons, oranges, plums, grapes and watermelons.
    super hot 20 slot super hot 20 slot
    After a win, players can use the gamble feature to guess the colour of a hidden card.
    Top line wins pay generously when several sevens land together on an active line.
    The mobile-friendly build runs smoothly on both Android and iOS devices.

    Reply ↓
  45. 888starz_nmKn

    888starz brinda a los jugadores de España acceso a miles de juegos y decenas de deportes desde una misma cuenta.

    Las salas en vivo funcionan con más de 250 mesas gestionadas por crupieres reales en cualquier momento.

    888starz ofrece cobertura de las ligas europeas y las competiciones nacionales.
    888starz uz 888starz uz
    888starz ofrece en el casino un bono de bienvenida de hasta 1500 euros más 150 tiradas gratis.

    Crear una cuenta nueva requiere apenas unos minutos en el sitio oficial.

    Reply ↓
  50. Narkologicheskii stacionar_sdel

    Люди подскажите Близкий человек уже 10 дней в запое Соседи уже вызвали участкового Платная клиника просит бешеные деньги Короче, врачи стационара реально вытащили — наркологическая больница стационар с капельницами Капельницы и уколы по схеме В общем, жмите чтобы сохранить — платный наркологический стационар платный наркологический стационар Стационар — это единственный выход Это может спасти жизнь

    Reply ↓

Leave a Reply

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