Система частиц (эффекты для вашей игры)

@insideone · Регистрация: 10.01.2010

Итак, не имея опыта в разработке такого решения я попытаюсь сейчас открыть сам процесс разработки с нуля. Начнем с структуры. Что такое эффект? Я немного неверно выразился когда начинал тему, конкретно мне нужно было создать систему частиц чтобы они сделали нужные эффекты. Однако можно рассматривать эффект в приложении к HLSL - это обработка по какому то алгоритму исходных данных что дает новое изображение, например из глади водной получим красивую реалистичную воду http://www.gamedev.ru/code/articles/?id=4361 . Если вас интересует эта тема (HLSL эффекты) то можно почитать
1. http://www.render.ru/books/sho... ook_id=729
2. http://www.intuit.ru/departmen... l/8/1.html
3. http://netlib.narod.ru/library/book0053/toc.htm
Возможно то что мы будем делать будет использовать HLSL а возможно и нет. Но это разные вещи.
Мои же изыскания будут отталкиваться от http://codesampler.com/dx9src/... cle_system т.е. создании системы частиц. Частицы этой системы как раз и создадут сам "эффект". Например эффект дождя или снега - частицы тут капля или снежинка. Для дождя и снега характерны РАЗНЫЕ поведения частиц, но не переписывать же нам кучу кода для разных ситуаций? Нет, следует сделать универсальную систему. Этим мы и попробуем заняться.

Итак как же организовать частицы? Так как мы не знаем сколько частиц будет в нашем эффекте (универсальная система) я предпологаю связать данные списком где будет 1-ая частица которая содержит указатель на следующую а та на следующую и т.д.
Кроме этого чтобы частицы могли вести себя по разному нужно делать это по принципу callback. У каждой частицы есть Update метод который будет выполнять член-callback функцию посылающую в неё себя (this) а данный callback уже изменит СВОЙСТВА (позиция, размер, вес и др.) частицы. В этом плане callback вызов служит как бы ВОЗДЕЙСТВИЕМ на частицу, однако тут есть проблема. Допустим у нас есть воздействие:

C++

1
2
3

void Wind(Particle* _this){
   // что то сделаем с Particle
}

Это замечательно, но ветер может быть разный. Дуть под разным углом, с разной силой и может вообще быть не статичный. Можно писать кучу callback-синонимов WindHeawy WindLow и т.д. однако я предлагаю другое. Т.к. это искуственная среда то не будет зазорным хранить ПАРАМЕТРЫ воздействия в самом Particle как указатель. Конечно это не совсем логично впрочем как и хранение в нем воздействия, однако для решаемой задачи это удобно. Не всегда программирование красиво описывает реальность...
Ограничения с которыми мы сталкиваемся - у всех воздействий есть одинаковые ПАРАМЕТРЫ. Частицы должны иметь одинаковые заранее определенный набор СВОЙСТВ. Я не думаю что это слишком помешает нашей реализации и в конце концов их не так много если подумать.

На сегодня все. Это была теория по самой частице, буду реализовывать её. Критика приветствуется

@insideone · 09.02.2010, 19:24 **[ТС]**

C++

class Particle{
    unsigned long long Age; // возраст частицы
    unsigned long long CriticalAge; // когда частица должа будет исчезнуть
 
    D3DXVECTOR3 Pos; // позиция частицы
    unsigned short Width; // ширина
    unsigned short Height; // высота
    unsigned short Weight; // вес
    unsigned short Size; // маштаб. для более простого изменения Width \ Height
    // и может другое. например
    unsigned short Aerodynamics;
    // ...
    Influence* Infl; // конкретизированное воздействие на частицу
    void Update()
    {
        Infl->Execute(this);
    }
};
 
struct Inf_opt{
    int Power; // сила воздействия
    float Corner; // угол воздействия
    // возможно другие...
};
 
class Influence{
friend class Particle;
    Inf_opt* Settings; // настройки воздействия
    void (*Type)(Particle*, Inf_opt*); // функция реализующее алгоритм базового воздействия
    void Execute(Particle*); // функция выполнения на частице воздействия с параметрами
};

Вот так это выглядит реализованным в коде. В смысле такова структура того что я хотел сказать. Дальше разберемся как можно управлять группой частиц

@insideone · 12.02.2010, 15:11 **[ТС]**

Итак, получилось нечто подобное. Контроль судьбы частицы\матери\группы\эффекта можно задавать через callback однако я решил делать это с помощью графиков как в Magic Particles. Я сам пришёл к тому что это более гибко, однако для этого будет необходимо создавать графики развития для каждой хар-ки частицы\матери\группы\эффекта что проблематично.

@insideone · 08.03.2010, 23:18 **[ТС]**

В ближайшее время планируется выложить работоспособную бета-версию основанную на этой концепции с подробным описанием её частей и принципов работы. Система оказалась настолько удачна (по моему мнению) что возможно будет даже редактор, правда гораздо позднее. Заглядывайте если интересно

@insideone · 09.03.2010, 20:02 **[ТС]**

Итак не откладывая это в долгий ящик решил все таки выпустить это. К сожалению "вырвать" из проекта без лишнего не удалось и пришлось подцепить многое.
dx9_particle_system.rar
Использование:
1. dx9_particle_system.exe - запускать, кнопки F1, F2, F3 - для запуска 3х разных эффектов
2. Изучить папочку data\particles и data\graphs. Можно поменять разные цифры на те что в голову взбредут и посмотреть как это отразится на эффекте.
3. Исходники смотреть, можно помучать

Комментов в нужных местах как правило много, я старался

Система не доделана функционально, однако то что есть уже неплохо работает и показывает главное - структуру. В будущем планирую дать возможность эмиттерам двигаться и многое другое.

А теперь... теория:
В целом систему можно назвать Системой частиц на точечных спрайтах
Система частиц, потому что она управляет частицами включая контроль определенных правил их рождения, жизни и смерти

На точечных спрайтах - означает то что мы используем возможность DirectX'а выводить через буфер в котором на одну частицу будет использоваться одна вершина указывающая на центр частицы
Преимущества подхода:

Простота для восприятия

Недостатки подхода:

Отсутствие произвольного изменения размера частиц, только квадратная частица любого маштаба
Невозможность поворота частицы на определенный угол. Я имею ввиду что частица не может крутиться вокруг своей оси-центра

В целом для меня это пока главные + и -. Насчет быстроты не знаю, врать не буду

Вывод можно посмотреть в файле ParticleSystem.cpp: HRESULT ParticleSystem::Render(ParticleEffect* RenderedEffect, float FrameTime)
Функция прорисовывает эффект, сообщая ему что с предыдущего кадра прошло FrameTime секунд

Разобравшись с системой вывода перейдём к главой по моему мнению части системы частиц - графики.
График - список точек хранящих временное развитие характеристик частицы, эмиттера и при желании - других систем.
График пожалуй не сложен для понимания. Все они лежат в папке data\graphs. Синтаксис заполнения графика таков:

Код

POINT time[type], data[type] [/ interval_data[type]]

[] - писать не надо, это означает лишь что это можно и не писать, т.е. простейшая запись будет

Код

POINT 0, 1

Это означает что в начальной точке график имеет значение 1.
Ещё пример:

Код

POINT 0%, 10dg
POINT 50%, 10dg / 20dg

В этом графике уже две точки... вернее будет даже сказать это не точки а пределы выбора значения. Проще показать на графике

Представим что это график показывает под каким углом будет лететь частица. Ответ на вопрос "под каким она будет лететь в 25% своей жизни" поможет вам понять эту систему. Посмотрите на "срез" в 25% - частица выберет себе угол полета из заштрихованной области. Видно что она будет выбирать от 10 градусов (dg - градусы) до 15 градусов. Но чем ближе она к POINT 50% тем шире её выбор. Вот что дает interval_data

И графиками управляются характеристики частицы, а именно

Угол полета
Скорость полета
Вес (хехе, пожалуй неудачное название. Частица может иметь и отрицательный вес, при этом она будет воспорять вверх в небеса )
Цвет частицы (пока только её альфа канал - т.е. прозрачность)
Размер частицы ( N x N пикселей)

В коде это конечно же Particle.h и Particle.cpp. В Particle.h так же определен формат вершин для частиц.
В самой частице есть переменная позиции частицы, однако позиция получается исключительно из характеристик угла полета, скорости полета, веса. Кроме этого нужно учитывать что частица появится не в нулевой координате а в эмиттере (прямоугольная область откуда рождаются частицы) определенным в матери частицы. Это все можно смотреть в ParticleMother.h и ParticleMother.cpp
Кроме того у каждой частицы есть "родоначальные" значения для угла и скорости (можно бы и для размера, и др. характеристик сделать при надобности). Эти значения корректируют (сдвигают) графики частицы. Поясню на примере. Допустим у графика угла полета частицы сказано что она летит на 270 градусов (на юга собралась), а мать выпустила эту частицу с "родоначальной" характеристикой угла 180 градусов. Получим что она уже летит на север, бедняга... Родоначальные характеристики задаются уже в переменных ParticleMother и управляются... да да, теми же графиками. Т.е. наши частицы могут рождаться летя то туда то туда - как зададим в графике матери.

Итак в целом опишу систему:
В ParticleSystem хранятся объекты ParticleEffect'ов загруженных из файлов data\particles. При надобности копируются методом ParticleSystem::GetCopyOf который возвращает копию эффекта готовую для отображения. ParticleSystem так же имеет метод Render отображающий эффект переданный в качестве параметра. Но как же живет система и развивается? Все объекты более низкого уровня имеют методы Update которые вызываются и обновляют свои графики перехода на новые значения если прошло достаточное количество времени. ParticleEffect состоит из ParticleGroup. ParticleGroup - это частицы объединенные одной текстурой (иначе нельзя выводить сразу много в цикле рендера), т.е. если в эффекте (ParticleEffect) нужно использовать 3 разные текстуры придется заводить 3 разных группы

НО если текстуры одни, но вы хотите сделать частицы которые двигаются по разному - это возможно, для этого в ParticleGroup нужно создать разных матерей (ParticleMother). ParticleMother управляет выпуском частицы - местом где частица родиться, какие характеристики получит при рождении. Внутри ParticleMother хранится эталонная частица которую копируют все частицы рождаемой этой матерью, но не нужно забывать что "родовые" характеристики уникальны и выдаются при рождении частицы - это можно наблюдать в методе void ParticleMother::Birthday(ParticleGroup* Society). Где Society - куда попадет рожденная частица (в какую группу - ParticleGroup). Вот и все

На этом пока закончу, расчитываю на вопросы, что где непонятно - с удовольствием отвечу.

@galileopro · 20.03.2010, 22:10

insideone, а эта технология реализут только аппаратные шейдры или программные тоже?
Кстати, можно ли сделать эту задачу при помощи GLSL-шейдеров?
И, если кому поможет, вот проектик с примером шейдеров небо_шейдры.rar

@insideone · 21.03.2010, 01:01 **[ТС]**

galileopro, да нет.. шейдеры здесь не используются и это не технология, а мм... прослойка позволяющая создавать эффекты в плане который понимает обычный человек а не в том плане который делают шейдеры

ну спец-эффекты всякие, взрывы, брызги и т.п. Я уже писал об этом в

одном из сообщений

Я немного неверно выразился когда начинал тему, конкретно мне нужно было создать систему частиц чтобы они сделали нужные эффекты. <...>
Возможно то что мы будем делать будет использовать HLSL а возможно и нет. Но это разные вещи.

Собстенно это система частиц - так её называют разработчики игр...

@galileopro · 21.03.2010, 10:17

А как оно их реализует? Аппаратно или программно? Просто от этого сильно зависит скорость работы. И если аппаратно - то нужно знать, каак протестировать свою видеокарту на возможности.
Вообще если это эффекты, то тут, наверное, и аппаратно и программно. Разный эффект по-разному. Если кому поможет, скоро выложу эффект огня на поверхности воды.

Добавлено через 11 минут
Да, я зря спросил, Render Monkey позволяет узнать какие эффекты она может рализовать аппаратно, а какие - только эмулировать. Вопрос снят.

@insideone · 21.03.2010, 17:33 **[ТС]**

А как оно их реализует? Аппаратно или программно? Просто от этого сильно зависит скорость работы. И если аппаратно - то нужно знать, каак протестировать свою видеокарту на возможности.

Суть в том что мы допустим хотим чтобы на экране шёл снег - система эффектов позволит с помощью пары текстовых файлов без изменения кода и перекомпиляции создать его. Делается все это программно, т.е. в цикле идет заполнение буфера порциями (заполняем снежинками) а потом они отрисовываются, система просто контролирует их жизнь, как они себя ведут, сколько живут и т.д. И... никакого HLSL

Вообще я где то встречал HLSL файлы с заманчивыми названиями ParticleSystem однако так и не понял как это все делается, я пока плохо разбираюсь с шейдерами

Единственное что должна поддерживать видеокарта в вышеизложенном примере - точечные спрайты, это проверяется

так

C++

    // Check and see if we can change the size of point sprites 
    // in hardware by sending D3DFVF_PSIZE with the FVF.
    bool m_bDeviceSupportsPSIZE = false;
    if( d3dCaps.FVFCaps & D3DFVFCAPS_PSIZE )
        m_bDeviceSupportsPSIZE = true;
    else
        m_bDeviceSupportsPSIZE = false;

. Эта проверка лежит в D3DX.cpp в конструкторе

@insideone 3682 / 959 / 114 Регистрация: 10.01.2010 Сообщений: 2,550
	12.02.2010, 15:11 [ТС]	3
	Итак, получилось нечто подобное. Контроль судьбы частицы\матери\группы\эффекта можно задавать через callback однако я решил делать это с помощью графиков как в Magic Particles. Я сам пришёл к тому что это более гибко, однако для этого будет необходимо создавать графики развития для каждой хар-ки частицы\матери\группы\эффекта что проблематично. 1 Миниатюры

@insideone 3682 / 959 / 114 Регистрация: 10.01.2010 Сообщений: 2,550
	08.03.2010, 23:18 [ТС]	4
	В ближайшее время планируется выложить работоспособную бета-версию основанную на этой концепции с подробным описанием её частей и принципов работы. Система оказалась настолько удачна (по моему мнению) что возможно будет даже редактор, правда гораздо позднее. Заглядывайте если интересно 1

@insideone 3682 / 959 / 114 Регистрация: 10.01.2010 Сообщений: 2,550
	09.03.2010, 20:02 [ТС]	5
	Итак не откладывая это в долгий ящик решил все таки выпустить это. К сожалению "вырвать" из проекта без лишнего не удалось и пришлось подцепить многое. dx9_particle_system.rar Использование: 1. dx9_particle_system.exe - запускать, кнопки F1, F2, F3 - для запуска 3х разных эффектов 2. Изучить папочку data\particles и data\graphs. Можно поменять разные цифры на те что в голову взбредут и посмотреть как это отразится на эффекте. 3. Исходники смотреть, можно помучать Комментов в нужных местах как правило много, я старался Система не доделана функционально, однако то что есть уже неплохо работает и показывает главное - структуру. В будущем планирую дать возможность эмиттерам двигаться и многое другое. А теперь... теория: В целом систему можно назвать Системой частиц на точечных спрайтах Система частиц, потому что она управляет частицами включая контроль определенных правил их рождения, жизни и смерти На точечных спрайтах - означает то что мы используем возможность DirectX'а выводить через буфер в котором на одну частицу будет использоваться одна вершина указывающая на центр частицы Преимущества подхода: Простота для восприятия Недостатки подхода: Отсутствие произвольного изменения размера частиц, только квадратная частица любого маштаба Невозможность поворота частицы на определенный угол. Я имею ввиду что частица не может крутиться вокруг своей оси-центра В целом для меня это пока главные + и -. Насчет быстроты не знаю, врать не буду Вывод можно посмотреть в файле ParticleSystem.cpp: HRESULT ParticleSystem::Render(ParticleEffect* RenderedEffect, float FrameTime) Функция прорисовывает эффект, сообщая ему что с предыдущего кадра прошло FrameTime секунд Разобравшись с системой вывода перейдём к главой по моему мнению части системы частиц - графики. График - список точек хранящих временное развитие характеристик частицы, эмиттера и при желании - других систем. График пожалуй не сложен для понимания. Все они лежат в папке data\graphs. Синтаксис заполнения графика таков: Код POINT time[type], data[type] [/ interval_data[type]] [] - писать не надо, это означает лишь что это можно и не писать, т.е. простейшая запись будет Код POINT 0, 1 Это означает что в начальной точке график имеет значение 1. Ещё пример: Код POINT 0%, 10dg POINT 50%, 10dg / 20dg В этом графике уже две точки... вернее будет даже сказать это не точки а пределы выбора значения. Проще показать на графике Представим что это график показывает под каким углом будет лететь частица. Ответ на вопрос "под каким она будет лететь в 25% своей жизни" поможет вам понять эту систему. Посмотрите на "срез" в 25% - частица выберет себе угол полета из заштрихованной области. Видно что она будет выбирать от 10 градусов (dg - градусы) до 15 градусов. Но чем ближе она к POINT 50% тем шире её выбор. Вот что дает interval_data И графиками управляются характеристики частицы, а именно Угол полета Скорость полета Вес (хехе, пожалуй неудачное название. Частица может иметь и отрицательный вес, при этом она будет воспорять вверх в небеса ) Цвет частицы (пока только её альфа канал - т.е. прозрачность) Размер частицы ( N x N пикселей) В коде это конечно же Particle.h и Particle.cpp. В Particle.h так же определен формат вершин для частиц. В самой частице есть переменная позиции частицы, однако позиция получается исключительно из характеристик угла полета, скорости полета, веса. Кроме этого нужно учитывать что частица появится не в нулевой координате а в эмиттере (прямоугольная область откуда рождаются частицы) определенным в матери частицы. Это все можно смотреть в ParticleMother.h и ParticleMother.cpp Кроме того у каждой частицы есть "родоначальные" значения для угла и скорости (можно бы и для размера, и др. характеристик сделать при надобности). Эти значения корректируют (сдвигают) графики частицы. Поясню на примере. Допустим у графика угла полета частицы сказано что она летит на 270 градусов (на юга собралась), а мать выпустила эту частицу с "родоначальной" характеристикой угла 180 градусов. Получим что она уже летит на север, бедняга... Родоначальные характеристики задаются уже в переменных ParticleMother и управляются... да да, теми же графиками. Т.е. наши частицы могут рождаться летя то туда то туда - как зададим в графике матери. Итак в целом опишу систему: В ParticleSystem хранятся объекты ParticleEffect'ов загруженных из файлов data\particles. При надобности копируются методом ParticleSystem::GetCopyOf который возвращает копию эффекта готовую для отображения. ParticleSystem так же имеет метод Render отображающий эффект переданный в качестве параметра. Но как же живет система и развивается? Все объекты более низкого уровня имеют методы Update которые вызываются и обновляют свои графики перехода на новые значения если прошло достаточное количество времени. ParticleEffect состоит из ParticleGroup. ParticleGroup - это частицы объединенные одной текстурой (иначе нельзя выводить сразу много в цикле рендера), т.е. если в эффекте (ParticleEffect) нужно использовать 3 разные текстуры придется заводить 3 разных группы НО если текстуры одни, но вы хотите сделать частицы которые двигаются по разному - это возможно, для этого в ParticleGroup нужно создать разных матерей (ParticleMother). ParticleMother управляет выпуском частицы - местом где частица родиться, какие характеристики получит при рождении. Внутри ParticleMother хранится эталонная частица которую копируют все частицы рождаемой этой матерью, но не нужно забывать что "родовые" характеристики уникальны и выдаются при рождении частицы - это можно наблюдать в методе void ParticleMother::Birthday(ParticleGroup Society)*. Где Society - куда попадет рожденная частица (в какую группу - ParticleGroup). Вот и все На этом пока закончу, расчитываю на вопросы, что где непонятно - с удовольствием отвечу. 4

@galileopro Пробующий 185 / 98 / 10 Регистрация: 28.04.2009 Сообщений: 1,104
	20.03.2010, 22:10	6
	insideone, а эта технология реализут только аппаратные шейдры или программные тоже? Кстати, можно ли сделать эту задачу при помощи GLSL-шейдеров? И, если кому поможет, вот проектик с примером шейдеров небо_шейдры.rar 1

@insideone 3682 / 959 / 114 Регистрация: 10.01.2010 Сообщений: 2,550
	21.03.2010, 01:01 [ТС]	7
	galileopro, да нет.. шейдеры здесь не используются и это не технология, а мм... прослойка позволяющая создавать эффекты в плане который понимает обычный человек а не в том плане который делают шейдеры ну спец-эффекты всякие, взрывы, брызги и т.п. Я уже писал об этом в одном из сообщений Я немного неверно выразился когда начинал тему, конкретно мне нужно было создать систему частиц чтобы они сделали нужные эффекты. <...> Возможно то что мы будем делать будет использовать HLSL а возможно и нет. Но это разные вещи. Собстенно это система частиц - так её называют разработчики игр... 2

@galileopro Пробующий 185 / 98 / 10 Регистрация: 28.04.2009 Сообщений: 1,104
	21.03.2010, 10:17	8
	А как оно их реализует? Аппаратно или программно? Просто от этого сильно зависит скорость работы. И если аппаратно - то нужно знать, каак протестировать свою видеокарту на возможности. Вообще если это эффекты, то тут, наверное, и аппаратно и программно. Разный эффект по-разному. Если кому поможет, скоро выложу эффект огня на поверхности воды. Добавлено через 11 минут Да, я зря спросил, Render Monkey позволяет узнать какие эффекты она может рализовать аппаратно, а какие - только эмулировать. Вопрос снят. 0

Опции темы