Niagara实现procedural浪花

8,829 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：

8,829 thoughts on “Niagara实现procedural浪花”

  1. mejdynarodnie plateji_zest

    Кстати, недавно наткнулся на обсуждение актуальной темы. Сам уже не первый месяц ищу нормальный способ совершить платеж, без лишних проблем и комиссий. В общем, если вас тоже интересуют детали — узнайте подробности тут. Детальный разбор ситуации по международным транзакциям: перевод денег за границу https://mezhdunarodnye-platezhi-lor.ru Кстати, имейте в виду, что без адекватных тарифов любые операции с валютой превращаются в головную боль. Ещё такой момент — лучше перепроверять несколько площадок, прежде чем переводить.

    Reply ↓
  4. mejdynarodnie plateji_dlmn

    Знаете, — где лучше всего организовать платежей за рубежом. В одном блоге вычитал вот этот разбор: переводы для юридических лиц https://mezhdunarodnye-platezhi-nar.ru Главное, что нужно понять — не все способы одинаково выгодны. Потому что очередной международный перевод — это лотерея с банковскими комиссиями. И ещё момент, — прежде чем платить проверьте несколько вариантов. В противном случае легко остаться в минусе. Короче, — лучше один раз изучить тему.

    Reply ↓
  15. mejdynarodnie plateji_nrsn

    Честно, задолбался искать нормальный вариант — какой сервис не сдирает три шкуры для платежей за рубежом. Товарищ скинул ссылку на нормальный разбор: международные системы перевода денег международные системы перевода денег Самое главное, что я вынес — не все способы одинаково прозрачны. Согласитесь, абсурд любой очередной международный перевод — это головная боль с отслеживанием статуса. И да, кстати — перед финальным подтверждением проверьте все комиссии до копейки. Иначе легко потерять приличную сумму. Короче — не ленитесь проверять информацию перед любой отправкой.

    Reply ↓
  19. 1xbet app_ropn

    J’ai essayé plusieurs sites mais rien n’y faisait. Je n’arrivais pas à trouver la bonne version sur le Play Store. J’ai vérifié les dernières mises à jour pour lancer le processus sans erreur. J’ai finalement trouvé la bonne source et je voulais vous partager tous les détails, vous pouvez consulter les informations à jour ici: 1xbet 1xbet. En résumé, laissez-moi vous expliquer — après l’avoir installée sur mon téléphone, j’ai été agréablement surpris.

    l’installation était simple et rapide, pas de souci à vous faire. Je vous parle de mon expérience personnelle — croyez-moi, vous ne serez pas déçus, essayez-la. Je vous souhaite bonne chance et beaucoup de gains…

    Reply ↓
  23. mejdynarodnie plateji_iqsi

    Долго откладывал, но созрел — какой вариант реально рабочий для перевода денег за границу онлайн. Скинули ссылку в телеграме — обязательно гляньте этот источник: трансграничные платежи в условиях санкций трансграничные платежи в условиях санкций Если по делу, то — не все способы одинаково безопасны. Согласитесь любой очередной международный перевод — это риск потерять на конвертации. Обратите внимание — перед финальным кликом обязательно сравните хотя бы пару вариантов. В противном случае легко остаться в минусе. Моё мнение — лучше сначала изучить тему.

    Reply ↓
  25. mejdynarodnie plateji_tysi

    В общем, решил поделиться — где брать адекватные тарифы для международных платежей. Пока сидел искал инфу — смотрите, тут годнота: платежи за рубежом платежи за рубежом Самое важное, что я понял — есть реальные подводные камни. Согласитесь любой очередной международный перевод — это лотерея с банковскими процентами. И да, кстати — прежде чем отправлять посчитайте итоговую сумму с комиссиями. В противном случае легко остаться в минусе. Короче — стоит один раз разобраться.

    Reply ↓
  27. mejdynarodnie plateji_srsi

    Постоянно возвращаюсь к одной теме — как нормально отправлять деньги для международных транзакций. Скинули ссылку в телеграме — смотрите, тут годнота: платежи за рубежом платежи за рубежом Если по делу, то — не все способы одинаково безопасны. Согласитесь любой перевод за границу онлайн — это лотерея с банковскими процентами. И да, кстати — до любой операции проверьте актуальные отзывы. Иначе легко остаться в минусе. Короче — стоит один раз разобраться.

    Reply ↓
  29. mejdynarodnie plateji_syka

    Долгое время искал нормальный источник — как правильно организовать процесс для перевода денег за границу онлайн. В одном обсуждении попался дельный обзор: переводы за рубеж https://mezhdunarodnye-platezhi-fra.ru Суть в следующем — курс конвертации может существенно отличаться. Важно понимать любой перевод за границу онлайн — связан с разными типами комиссий. И ещё один момент — прежде чем отправлять средства имеет смысл изучить актуальные тарифы. В противном случае можно получить менее выгодные условия. В итоге — необходимо проверять информацию перед любой отправкой средств.

    Reply ↓
  30. mejdynarodnie plateji_fhmn

    Знаете, — какой сервис выбрать для международных транзакций. В одном блоге вычитал вот этот обзор: денежные переводы за границу https://mezhdunarodnye-platezhi-nar.ru Если коротко, — не все способы одинаково выгодны. Да и сами понимаете перевод за границу онлайн — это лотерея с банковскими комиссиями. Кстати, — перед тем как отправлять сравните условия. Иначе легко попасть на лишние траты. Резюмируя, — лучше один раз изучить тему.

    Reply ↓
  31. mejdynarodnie plateji_jtmn

    Постоянно возвращаюсь к этой теме — как найти адекватный способ международных транзакций. В одном блоге вычитал вот этот обзор: оплата за границу оплата за границу Если коротко, — есть скрытые подводные камни. Согласитесь, очередной международный перевод — это риск переплатить в два раза. Обратите внимание — до любой операции сравните условия. Иначе легко пролететь с курсом. Резюмируя, — не поленитесь проверить информацию.

    Reply ↓
  32. mejdynarodnie plateji_cumn

    Постоянно возвращаюсь к этой теме — где лучше всего организовать международных платежей. В одном блоге вычитал вот этот источник: переводы денег за границу https://mezhdunarodnye-platezhi-nar.ru Если коротко, — не все способы одинаково выгодны. Да и сами понимаете перевод за границу онлайн — это всегда стресс. Кстати, — до любой операции сравните условия. В противном случае легко пролететь с курсом. Как по мне — лучше один раз изучить тему.

    Reply ↓
  33. mejdynarodnie plateji_sfsn

    Честно, задолбался искать нормальный вариант — какой сервис не сдирает три шкуры для международных транзакций. Вот здесь всё по полочкам расписано: отправка денег за рубеж отправка денег за рубеж Суть вот в чём — скрытые платежи всплывают в последний момент. Потому что любой очередной международный перевод — это постоянный риск переплатить. Обратите внимание, многие не в курсе — до любой операции с валютой проверьте все комиссии до копейки. Без этого легко попасть на лишние траты. Моё мнение — стоит разобраться заранее перед любой отправкой.

    Reply ↓
  38. mejdynarodnie plateji_tesn

    Решил проблему только когда наткнулся — как выбрать реально работающий способ для международных платежей. Товарищ скинул ссылку на нормальный разбор: трансграничные платежи в условиях санкций трансграничные платежи в условиях санкций Самое главное, что я вынес — не все способы одинаково прозрачны. Ну сами подумайте любой перевод за границу онлайн — это головная боль с отслеживанием статуса. Обратите внимание, многие не в курсе — прежде чем отправлять деньги сравните эффективный курс. Без этого легко потерять приличную сумму. Как итог — не ленитесь проверять информацию перед любой отправкой.

    Reply ↓
  39. mejdynarodnie plateji_bhsn

    Долго не мог понять, в чем подвох — как выбрать реально работающий способ для платежей за рубежом. В одном обсуждении попался дельный совет: международные транзакции международные транзакции Суть вот в чём — курс конвертации часто занижают. Потому что любой очередной международный перевод — это реальная финансовая лотерея. Обратите внимание, многие не в курсе — перед финальным подтверждением обязательно сверьте итоговую сумму. Без этого легко остаться в минусе только на конвертации. Как итог — лучше один раз изучить тему перед любой отправкой.

    Reply ↓
  40. 1xbet app_zlpn

    Ça fait longtemps que je voulais tester cette plateforme. Tout le monde donnait des adresses différentes, je ne savais plus qui croire. Finalement, j’ai pris le temps d’analyser tous les détails techniques. J’ai finalement trouvé la bonne source et je voulais vous partager tous les détails, vous pouvez consulter les informations à jour ici: 1xbet inscription 1xbet inscription. Bref, ce que je voulais dire — l’application mobile fonctionne parfaitement bien.

    les mises à jour se font automatiquement. Pour être honnête, c’est la plus fiable que j’ai trouvée — ne perdez plus votre temps ailleurs. Bon courage à tous…

    Reply ↓
  41. 1xbet app_cspn

    Ça fait longtemps que je voulais tester cette plateforme. Tout le monde donnait des adresses différentes, je ne savais plus qui croire. Après avoir suivi les étapes dans le bon ordre, tout a fonctionné. J’ai finalement trouvé la bonne source et je voulais vous partager tous les détails, vous pouvez consulter les informations à jour ici: 1xbet telechargement application android 1xbet telechargement application android. Bref, ce que je voulais dire — l’application mobile fonctionne parfaitement bien.

    Je n’ai rencontré aucun problème lors du téléchargement. Pour être honnête, c’est la plus fiable que j’ai trouvée — croyez-moi, vous ne serez pas déçus, essayez-la. Bon courage à tous…

    Reply ↓
  42. 1xbet app_dhpn

    Je cherchais une application fiable pour mon téléphone. Télécharger un fichier sûr était devenu un vrai casse-tête. Finalement, j’ai pris le temps d’analyser tous les détails techniques. J’ai finalement trouvé la bonne source et je voulais vous partager tous les détails, vous pouvez consulter les informations à jour ici: xbet apk xbet apk. Bref, ce que je voulais dire — la dernière version est vraiment bien conçue.

    Je n’ai rencontré aucun problème lors du téléchargement. Je vous parle de mon expérience personnelle — ne perdez plus votre temps ailleurs. J’espère que vous serez aussi satisfaits que moi…

    Reply ↓
  43. mejdynarodnie plateji_lvka

    Столкнулся с ситуацией и начал разбираться — как правильно организовать процесс для международных транзакций. Вот здесь всё по полочкам расписано: переводы для юридических лиц https://mezhdunarodnye-platezhi-fra.ru Ключевой момент, на который стоит обратить внимание — курс конвертации может существенно отличаться. Дело в том, что любой трансграничный платёж — связан с разными типами комиссий. Также стоит отметить — до проведения операции стоит проверить итоговую сумму. Без этого можно переплатить из-за невыгодного курса. Резюмируя — стоит потратить время на анализ перед любой отправкой средств.

    Reply ↓
  44. mejdynarodnie plateji_xkka

    Долгое время искал нормальный источник — где предлагают адекватные условия для международных транзакций. Товарищ скинул ссылку на качественный разбор: перевод за границу онлайн перевод за границу онлайн Суть в следующем — не все сервисы одинаково прозрачны. Дело в том, что любой перевод за границу онлайн — связан с разными типами комиссий. Также стоит отметить — прежде чем отправлять средства стоит проверить итоговую сумму. В противном случае можно получить менее выгодные условия. В итоге — стоит потратить время на анализ перед любой отправкой средств.

    Reply ↓
  45. mejdynarodnie plateji_obka

    Нашёл интересный материал по этому вопросу — какой способ действительно работает для международных платежей. Нашёл подробный анализ ситуации: международные переводы международные переводы Основной вывод, который я сделал — курс конвертации может существенно отличаться. Важно понимать любой международный перевод — требует предварительного сравнения условий. Также стоит отметить — прежде чем отправлять средства рекомендуется сравнить несколько вариантов. В противном случае можно столкнуться с неожиданными расходами. В итоге — лучше заранее разобраться в вопросе перед любой отправкой средств.

    Reply ↓
  46. mejdynarodnie plateji_fwsi

    Долго откладывал, но созрел — где брать адекватные тарифы для международных переводов. Пока сидел искал инфу — смотрите, тут годнота: перевод денег за границу перевод денег за границу Если по делу, то — комиссии у всех разные как с неба. Согласитесь любой очередной международный перевод — это риск потерять на конвертации. Обратите внимание — прежде чем отправлять посчитайте итоговую сумму с комиссиями. В противном случае легко остаться в минусе. Как итог — стоит один раз разобраться.

    Reply ↓
  47. mejdynarodnie plateji_zksn

    Слушайте, вот уже который раз убеждаюсь — где условия адекватные, а не грабёж для платежей за рубежом. Вот здесь всё по полочкам расписано: международные переводы международные переводы Короче, если по факту — не все способы одинаково прозрачны. Ну сами подумайте любой подобный трансграничный платёж — это реальная финансовая лотерея. Обратите внимание, многие не в курсе — перед финальным подтверждением обязательно сверьте итоговую сумму. В противном случае легко попасть на лишние траты. Короче — лучше один раз изучить тему перед любой отправкой.

    Reply ↓
  48. mejdynarodnie plateji_pdsi

    Наболело уже, честно говоря — какой вариант реально рабочий для международных платежей. Порылся в интернете — держите, вот нормальный разбор: перевод денег за границу онлайн перевод денег за границу онлайн Самое важное, что я понял — комиссии у всех разные как с неба. Ну сами понимаете любой перевод за границу онлайн — это риск потерять на конвертации. И да, кстати — перед финальным кликом обязательно сравните хотя бы пару вариантов. Без этого легко попасть на лишние траты. Короче — стоит один раз разобраться.

    Reply ↓
  49. mejdynarodnie plateji_oymn

    Честно говоря, — какой сервис выбрать для платежей за рубежом. Наткнулся случайно в обсуждении вот этот обзор: переводы для юридических лиц https://mezhdunarodnye-platezhi-nar.ru Если коротко, — комиссии могут сильно отличаться. Потому что такая транзакция — это лотерея с банковскими комиссиями. Обратите внимание — прежде чем платить сравните условия. В противном случае легко остаться в минусе. Резюмируя, — не поленитесь проверить информацию.

    Reply ↓

Leave a Reply

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