Unreal Engine 4 系列教程 Part 8：粒子系统教程

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原文：Unreal Engine 4 Particle Systems Tutorial
作者：Tommy Tran
译者：Shuchang Liu

在本篇教程中，你将学习如何创建粒子特效并使用蓝图进行更新。

粒子特效是构成视觉效果的关键组件。它能让开发者创造如爆炸，烟雾和雨水等特效。

Unreal Engine 4有一个非常壮健，易于使用的粒子特效系统——Cascade。这个系统允许用户创建模块化特效，并能随意地控制粒子行为。

在本篇教程中，你将学习：

创建粒子系统
设置粒子的速度和体积
调整粒子的生成速度
使用曲线调整其生成周期的粒子体积
使用Cascade设置粒子颜色
使用蓝图激活/反激活粒子系统
使用蓝图设置粒子颜色

注意：本篇教程只是Unreal Engine 4系列教程的其中一篇：

Part 1：入门

Part 2：蓝图

Part 3：材质

Part 4：UI

Part 5：制作简单游戏

Part 6：动画

Part 7：音频

Part 8：粒子系统

Part 9：AI

Part 10：制作简单FPS游戏

起步入门

下载示例项目并解压。进入项目文件夹，双击SpaceshipBattle.uproject打开项目。

按下Play运行游戏，长按左键射击，使用W，A，S和D键进行移动。

在本篇教程中，我们将创建两个粒子特效，分别用于飞船推进喷射和飞船爆炸。我们将使用粒子系统来创建特效。

什么是粒子系统？

顾名思义，粒子系统是用于创建并管理粒子的系统。一个粒子本质只是游戏世界里的一个点。通过粒子系统，我们可以控制粒子的出现和表现。

粒子系统包含一个或多个所谓发射器的组件，它们负责生成粒子。

发射器同样包含所谓模块的组件，模块控制发射器粒子的一组参数。比如，一个粒子的材质和初始速度。如下面动图，是用了两个模块定义了红色圆形材质和随机速度做出了粒子效果。

我们也可以在粒子的生命周期里修改其颜色。比如下面动图，粒子的颜色会从红色渐变成蓝色：

现在你已了解什么是粒子系统了，我们先来创建飞船的推进喷射效果。

创建粒子系统

打开ParticleSystems文件夹，点击Add New\Particle System，将新建资源命名为PS_Thruster并双击打开编辑器。

Cascade：粒子系统编辑器

Cascade编辑器由四个主要面板组成：

1.Viewport：该面板用于展示粒子特效的预览效果。我们可以通过长按右键移动鼠标转动视角，长按右键并配合WASD键移动镜头。
2.Details：显示你选中的任何组件（发射器，模块等）的参数。如果没有任何组件选中，则显示粒子系统的参数。
3.Emitters：该面板会从左至右的显示一组发射器列表。每个发射器都会显示它的模块列表。
4.Curve Editor：曲线编辑器允许我们可视化地调整模块曲线数值，不过不是所有模块参数都支持曲线调节的。

现在，粒子系统正在使用默认粒子材质。

第一步，我们先将粒子材质替换为球形材质。

应用粒子材质

在Emitters面板选中Required模块。

Required模块包含如粒子材质和发射器时长等必要参数。每个发射器都有一个Required模块。

为了修改材质，在Details面板将Material修改成M_Particle。可以看到，粒子的外观已经变成了橙色圆形。

接着，我们要将粒子系统应用到玩家飞船上。

关联粒子系统

回到主编辑器并打开Blueprints文件夹，打开BP_Player并找到Components面板。

我们可以使用Particle System组件来使用粒子系统，创建组件并将其命名为ThrusterParticles。确保将其放在Collision组件下。

为了指定具体粒子系统，在Details面板展开Particles设置，将Template设置为PS_Thruster。

接着，设置ThrusterParticles的Location为(-80, 0, 0)。将组件放在飞船的后面。

最后，将Rotation设置为(0, 90, 0)，旋转粒子系统，让粒子朝远离飞船的方向喷射。

点击Compile并回到主编辑器，按下Play运行游戏看看粒子特效的实际效果。

粒子特效已经生效了，但粒子喷射得有点缓慢，也比较小型。我们可以通过设置粒子的初始速度和体积来调整。

设置粒子的速度和体积

首先，我们先设置粒子的初始速度。打开PS_Thruster并选中Initial Velocity模块。随后，展开Start Velocity\Distribution。

默认情况下，粒子的初始速度范围是从(-10, -10, 50)到(10, 10, 100)。

为了粒子以更高的速度朝飞船相反方向喷射，我们所要做的是增加Z轴速度。将Min Z设为300，Max Z设为400。

以下是原始速度跟修改后速度的粒子对比图：

接着，我们需要设置粒子的初始体积。

设置粒子体积

选中Initial Size模块，在Details面板展开Start Size\Distribution。

一如Initial Velocity模块，Initial Size也有最大值最小值随机范围。然而，在本例中，我们要将体积设定为常量值。将Distribution字段设置成Distribution Vector Constant。

注意： Distributions字段允许我们指定常量值，范围值或曲线值。我们也可以通过蓝图来设值。要了解更多，前往查阅Unreal引擎文档的数据分布(Distributions)部分内容。

随后，将Constant设置为(70, 70, 70)。以下是体积对比图：

回到主编辑器并按下Play查看效果。

粒子效果看起来好多了，但粒子间距显得比较大。这是因为粒子间的生成时间间隔太长了。要解决这个问题，就要增加粒子生成速率。

增加粒子生成速率

为了增加生成速率，我们需要使用Spawn模块，这个模块决定了生成器生成粒子的速率。跟Required模块一样，每个发射器都有一个Spawn模块。

打开PS_Thruster并选中Spawn，在Details面板展开Spawn\Rate设置。

将Constant调成50，使得粒子器每秒生成50个粒子。

回到主编辑器并点击Play。

如你所见，粒子特效现在看起来更像喷气拖尾了。为了让效果看起来更加逼真，我们还可以让粒子随时间缩小。

随时间缩小粒子效果

打开PS_Thruster并找到Emitters面板。

要缩小粒子效果，我们可以使用Size By Life模块。这个模块使用了一个乘数来控制粒子体积。在面板空白处右键点击弹出选中菜单并选中Size\Size By Life。

添加完后，粒子效果体积不会有任何变化。因为乘数默认设置为1。为了缩小粒子体积，我们需要调整模块的曲线来逐渐减小体积乘数。不过首先第一点疑问，什么是曲线？

什么是曲线？

曲线是一系列点的集合。每个点包含两个信息：位置和值。

当你拥有多于两个点时，你就拥有了一条线段。下面是一条简单线性的曲线。点A是个坐标点，其数值为0。点B也是个坐标点，其数值为1。

如果你在线段的任意位置取点采样，效果跟线性插值是一样的。比如，如果你在采样在图中坐标1处取点采样，你就会得到0.5的数值。

如果你创建了一条递增下降的曲线，所获得的返回值就会逐渐变小。Size By Life模块所需要的就是这样一条曲线。

现在，我们就要在Cascade系统里创建一条这样的曲线。

修改模块曲线

选中Size By Life并观察Details面板，随后，展开Life Multiplier\Distribution\Constant Curve\Points。在这里可以看到Life Multiplier曲线的坐标点列表。

In Val代表曲线点的位置，对于Size By Life来说，数值0代表粒子生命周期的开始，数值1代表粒子生命周期的结尾。

为了逐步减小体积乘数，我们需要减小第二个点的Out Val值。将point 1的Out Val改为(0,0,0)。这样就能将粒子的体积逐渐改为0.

你可以使用曲线编辑器可视化查看Life Multiplier。具体做法是点击Size By Lift模块的图表图标.

这样我们就能在曲线编辑器里添加Life Multiplier了，为了调整视图画面到适合大小，点击编辑器里的Fix按钮。

如你所见，在粒子生存周期里，体积乘数从1降低到0.

回到主编辑器，按下Play。

这个粒子效果现在看起来就非常像喷射烟火了！我们最后还要做一件事就是增加粒子的颜色变化。

增加颜色变化

要用Casade设置粒子的颜色，我们需要正确地设置粒子材质，在Materials文件夹打开M_Particle。

现在，可以看到材质已经设置了颜色。为了使用粒子系统的颜色设置，我们需要用上ParticleColor节点。

首先，删除连接Emissive Color的节点。接着，添加ParticleColor节点并进入如下连接：

如果你还想控制粒子的可见性，如下图一样添加Multiply节点：

点击Apply并关闭M_Particle。

为了设置粒子颜色，我们要使用Initial Color模块。

Initial Color模块

打开PS_Thruster并添加Initial Color模块。我们可以看到如下的Color二级列表。

要增加颜色变化，我们需要指定颜色范围，要实现这点，就要用上Distribution设置。

选中Initial Color并打开Details面板，展开Start Color设置并将Distribution改为Distribution Vector Uniform。这样我们就可以可视化指定颜色范围了。

在本例中，颜色范围应由橙色过渡到红色，因此我们将Max设置为(1.0, 0.0, 0.0)，将Min设置为(1.0, 0.35, 0.0)。

如果我们观察Viewport，会发现颜色变化非常异样。

这是由于Color Over Life模块恒定地把颜色设置为白色。为了解决这个问题，选中Color Over Life并按下Delete键。粒子模块列表现在看起来应该是这样的：

关闭PS_Thruster并在主编辑器按下Play运行游戏，看看这些喷射焰火！

接下来，我们要学习如何根据飞船移动与否来切换激活粒子系统。

切换激活粒子系统

要判读飞船是否处于移动状态，我们可以取而判断玩家有没有按下任何移动按键。

打开BP_Player并找到Event Tick节点，在节点末端做如下设置：

让我们看看这些节点做了什么事情：

检查了MoveUp和MoveRight轴按键映射情况，如果两者都为0，说明玩家目前没有按任何移动按键。
Branch分支返回true（玩家没有按键），反激活ThrusterParticles。
Branch分支返回false（玩家有按键），激活ThrusterParticles。

点击Compile并关闭BP_Player，按下Play运行游戏在尝试体会静止，移动的特效差别。

现在有趣的部分来了：创建爆炸特效！

创建爆炸特效

与其重新创建新的粒子特效，我们直接复制喷射推进特效。在ParticleSystems文件夹，右键点击PS_Thruster并选中Duplicate，将复制资源重命名为PS_Explosion并双击打开。

对于爆炸特效而言，所有的粒子都应该在同一时间生成，这被称之为（爆破发射）burst-emitting。

创建爆破

首先，我们需要将生成速率设置为0，因为我们不需要使用默认的生成效果，选中Spawn模块并将Spawn\Rate\Distribution\Constant设置为0。

接着，我们需要让发射器知道我们想要一个爆破效果，滑动到Burst部分设置，点击+号图标给Burst List添加新元素。

每组元素都包含三个字段：

Count：要生成的粒子数，将其设置为20。
Count Low：如果该值设置为大于等于0，所生成的粒子数量在Count Low到Count之间，将其保留为-1。
Time：生成粒子的时机。数值为0表示在发射器生命周期的一开始就生成，数值为1表示在生命周期最后生成，将其保留为0.0。

注意：你可以在Required模块找到发射器的时长设置，具体通过Duration部分设置的Emitter Duration字段来设置。

这意味着发射器会在粒子特效伊始就生成20个粒子。

为了使其看起来更像爆炸，我们需要设置粒子的爆炸方向让其四射散开。

粒子四散效果

由于本例是一个垂直视角游戏，我们只需要指定X和Y轴的速度。选中Initial Velocity模块并展开Start Velocity\Distribution设置，将Max设置为(1000, 1000, 0)，将Min设置为(-1000, -1000, 0)。

通过指定一个负数到正数的范围，粒子就会从发射器中间往四周四散飞去。

接着，我们需要设置发射器的播放循环次数。

设置发射器循环

发射器默认上会无限循环播放，这对于火焰或者烟雾效果而言非常适合，但爆炸特效却只应该播放一次。

选中Required模块并找到Duration设置，将Emitter Loops设置为1 。

现在，试试实现敌机死亡时的爆炸特效吧！

敌机死亡生成爆炸特效

回到主编辑器并打开Blueprints文件夹，打开BP_Enemy并找到OnDeath事件。

为了生成粒子特效，我们可以使用Spawn Emitter at Location节点。创建节点并连接Destroy Actor节点。

现在，将Emitter Template设置为PS_Explosion。

最后，创建GetActorLocation节点并将其于Location引脚相连。

现在，当敌机死亡时，它会在敌机位置生成PS_Explosion实例。

点击Compile并返回主编辑器。按下Play运行游戏射杀其他敌机吧。

看看这些爆炸效果！接着，我们要丰富细节，将爆炸特效颜色改成给敌机颜色一样。

修改爆炸颜色为敌机颜色

为了使用敌机颜色，我们需要从蓝图中获取该信息。幸运地是，Cascade有一个Distribution字段类型可以干这件事。

打开PS_Explosion并选中Initial Color模块，将Start Color\Distribution设置为Distribution Vector Particle Parameter。

这样就能设置任何蓝图里有的参数，我们将Parameter Name设置为PrimaryColor。

爆炸特效我们希望能用上敌机上的两种颜色。为了使用第二种颜色，我们需要多一个发射器。右键点击 Emitter面板的空白处，在弹出菜单中选择Emitter\Duplicate and Share Emitter，这样就能复制多一个发射器。

你可以留意到现在每个模块旁边都有一个+号设置。使用Duplicate and Share Emitter而非Duplicate，其效果就是在原有的发射器上进行链接，而非复制。你在一个发射器上做任意改动，都会连带影响另一个发射器。当你想一同修改所有发射器的某个参数，比如说体积时，这个特性非常有用。

我们这个模块唯一想单独修改的属性是Initial Color。然而，如果我们修改了其中一个发射器，另一个发射器也会受到影响。这种情况下，我们不希望某些参数收到链接影响，最简单的实现方法就是删除Initial Color模块，并创建一个新模块。

注意：截至目前，Unreal并没有提供什么正式方法取消模块间的链接。

选中新建的Initial Color并设置Start Color\Distribution为Distribution Vector Particle Parameter。接着，设置Parameter Name为SecondaryColor。

截至目前，粒子特效已经设置好了。关闭PS_Explosion。

接着，我们需要通过蓝图设置这两个变量。

通过蓝图设置粒子特效参数变量

打开BP_Enemy并在Spawn Emitter at Location节点后添加如下高亮节点：

这样就可以设置PS_Explosion里的两个变量了。

现在，我们需要设置下这两个参数名字。将第一个Set Color Parameter节点的Parameter Name字段设为PrimaryColor，将第二个Set Color Parameter节点的Parameter Name字段设为SecondaryColor。

最后，我们需要设置具体的颜色数值。为了简化教程步骤，我以提前将数值存储在PrimaryColor和SecondaryColor这两个变量里了。如下图进行变量连接：

最后我们就得到如下连接：

最后回顾下整个过程：

当敌机死亡时，它会在当前位置生成PS_Explosion实例
设置PS_Explosion的PrimaryColor参数
设置PS_Explosion的SecondaryColor参数

点击Compile并关闭BP_Enemy。按下Play运行游戏开始射杀敌机，享受粒子盛宴吧！

看看这些养眼的粒子。看看你能不能给主角死亡加上爆炸效果吧！

打开BP_Player并找到OnDeath事件

在Sequence节点的Then 1引脚添加Spawn Emitter at Location节点，将Emitter Template设置为PS_Explosion

创建GetActorLocation节点并连接Spawn Emitter at Location节点的Location引脚

创建Set Color Parameter节点并连接Spawn Emitter at Location节点，将Parameter Name设置为PrimaryColor，并将PrimaryColor变量连接到Param引脚

创建Set Color Parameter节点并连接第一个Set Color Parameter节点，将Parameter Name设置为SecondaryColor，并将SecondaryColor变量连接到Param引脚

后续学习

你可以在这里下载完整项目。

你相信到目前为止你对Cascade系统的了解仅仅只是皮毛吗？我们创建了一些有趣的特效，不过仍有很多模块没有尝试过。我建议你学习更多有关TypeData模块的内容。利用这个模块，你可以创建诸如剑影拖尾，闪电甚至倾盆大雨的特效！

如果你还想继续学习引擎其他内容，点击下篇教程，将讲解有如何上手使用AI。