CN109871663A - 基于游戏引擎的烟火特效仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，包括光剂颗粒模块，光剂颗粒组模块，烟火模块和特效仿真模块，其中光剂颗粒模块用于基于游戏引擎的粒子系统，定义、设置、编辑光剂颗粒属性；烟火模块用于定义、设置、编辑烟火属性；特效仿真模块用于根据所需仿真的烟火类型，使用烟火模块和光剂颗粒模块设置和编辑烟火和光剂颗粒属性，通过喷射光剂颗粒模拟烟火燃爆的过程，生成烟火特效。本发明提出的基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，使用游戏引擎的粒子系统对烟火燃爆过程进行模拟，能够实时的模拟出与现实世界类似的烟火燃放效果。

Description

基于游戏引擎的烟火特效仿真系统

技术领域

本发明涉及一种仿真系统，特别涉及一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统。

背景技术

大型广场文艺表演，通常是指以广场等开放场地为表演背景的大型文艺表演。其表现形式通常包含大规模的演员阵容，同时配合灯光、舞美、焰火等辅助表演形式，突出表演主题，达到震撼的视听效果。

大型广场文艺表演由于参演人数众多，舞台复杂豪华，表演耗时长，为演出的创意和编排带来了巨大的障碍。现阶段已经出现了针对广场文艺表演的仿真编排系统，可以让导演在一个虚拟现实环境中创作表演内容，并且在创意阶段就可以预览到演出的视觉效果。烟火特效作为广场文艺表演的一种辅助形式，是整体演出效果不可缺少的一部分，在仿真编排系统中也应该能够实时并且逼真的显示出实际燃放效果。如果把烟火作为普通的物体来进行建模仿真，无法精确实时的展示出烟火的燃放效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种烟火特效仿真系统，精确实时的模拟出与现实世界类似的烟火燃放效果。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，包括光剂颗粒模块，光剂颗粒组模块，烟火模块和特效仿真模块，其中

光剂颗粒模块用于基于游戏引擎的粒子系统，定义、设置、编辑光剂颗粒属性；

烟火模块用于定义、设置、编辑烟火属性；

特效仿真模块用于根据所需仿真的烟火类型，使用烟火模块和光剂颗粒模块设置和编辑烟火和光剂颗粒属性，通过喷射光剂颗粒模拟烟火燃爆的过程，生成烟火特效。

优选地，所述光剂颗粒属性包括速度、大小、纹理、生命周期、位置、年龄。

优选地，所述烟火属性包括爆炸延迟时间、爆炸初速度、位置、燃放时间、光剂颗粒喷射角度范围。

优选地，所述特效仿真模块包括以下子模块：

初始化子模块，用于初始化烟火的各个属性；

燃爆子模块，用于喷射光剂颗粒，即添加新光剂颗粒并初始化光剂颗粒的各个属性；

更新子模块，用于按照用户设置的时间间隔删除死亡光剂颗粒，更新生存光剂颗粒属性；

显示子模块，用于根据生存光剂颗粒属性显示烟火特效。

优选地，所述光剂颗粒属性还包括重力参数、风力参数、爆炸拖拽力参数。

优选地，所述光剂颗粒属性还包括生命周期方差、大小方差、速度方差。

优选地，所述烟火属性还包括分支属性，喷射光剂颗粒时首先判断该烟火是否有分支，如果没有分支，则令粒子在指定角度范围内进行随机分布，如果有多于1个的分支，则将粒子发射到任意一个分支上。

优选地，初始化光剂颗粒的属性时设置时间相关的大小和纹理关键帧，根据关键帧更新对应各个时间点的光剂颗粒的大小和纹理属性。

优选地，对光剂颗粒进行分组，将每组光剂颗粒共同的属性作为光剂颗粒组的属性进行设置。

有益效果

本发明提出的基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，使用游戏引擎的粒子系统对烟火燃爆过程进行模拟，能够实时的模拟出与现实世界类似的烟火燃放效果。

附图说明

图1为实施例1实现的基于游戏引擎的烟火特效仿真系统的模块结构图；

图2为实施例1实现的基于游戏引擎的烟火特效仿真系统的模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的优选实施方式。

图1所示为本发明所述系统的一个具体实施例。该实施例基于游戏引擎的粒子系统实现。

烟火的视觉效果，是由散布在空中的光剂颗粒燃烧发光形成的。因此，本发明的思想是使用游戏引擎的基本粒子来描述燃烧中的光剂颗粒，使用粒子喷射器的喷射行为来描述烟火释放光剂颗粒的行为，使用粒子的诞生、运动和变化、消亡三个阶段来描述光剂颗粒的燃烧和运动过程。在同一时刻所有存活的粒子的集合就构成了烟火模型。

本实施例实现了一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，包括光剂颗粒模块，光剂颗粒组模块，烟火模块和特效仿真模块，其中

光剂颗粒模块用于基于游戏引擎的粒子系统，定义、设置、编辑光剂颗粒属性；

烟火模块用于定义、设置、编辑烟火属性；

特效仿真模块用于根据所需仿真的烟火类型，使用烟火模块和光剂颗粒模块设置和编辑烟火和光剂颗粒属性，通过喷射光剂颗粒模拟烟火燃爆的过程，生成烟火特效。

现实世界中燃放的烟火，烟火筒中装有引信、火药、炮药。一个烟火筒中还可以装有多个子筒，子筒中还可以嵌套子筒。引信被点燃后，会引燃筒内的火药和炮药，烟火发生爆炸；外筒引信还会点燃子筒的引信，子炮筒利用外筒火药爆炸的推力飞行一段距离后，由于内引信引燃了子筒火药炮药，子筒烟火发生爆炸。在这个过程中，对于烟火特效仿真的视觉效果产生影响的主要是燃放引信的长度与火药爆炸时的推动力。燃放引信的长度与烟火点燃到爆炸的时间间隔成正比，火药爆炸时的推动力会影响光剂颗粒和子筒的运动。在实施例1中，我们将烟火燃爆的过程进行简化，烟火引信长度用爆炸延迟时间进行设置；火药爆炸推力，用爆炸初速度进行设置。

为了在仿真系统中模拟燃放过程，烟火的燃放位置、燃放时间是必要的属性。燃放时间可能可能是极短的几毫秒(爆炸)，也可能长达10-20秒。此外，每个烟火还有一个基本属性就是烟火的形状，烟火的形状对应着光剂颗粒在三维空间中的分布。在实施例1中，通过最小水平角、最大水平角、最小竖直角、最大竖直角这几个属性，定义出了光剂颗粒在三维空间中的分布，也就是喷射光剂颗粒时的喷射角度范围。

本系统的光剂颗粒是通过游戏引擎的粒子系统来实现的。光剂颗粒应该拥有什么样的属性，是根据系统的应用特点来确定的。实施例1针对系统的应用特点，定义了与烟火特效有关的光剂颗粒属性，包括速度、大小、纹理、生命周期、位置、年龄。其中速度、位置属于运动属性，大小、纹理属于视觉属性，运动属性与视觉属性在显示的时候都会逐帧更新。光剂颗粒的年龄如果到达生命周期就会死亡。

实施例1中的烟火属性和光剂颗粒属性如表1所示。

表1

实施例1中的烟火模块和光剂颗粒模块不仅定义了烟火和光剂颗粒的相关属性，而且实现了这些属性的参数化控制，以参数的形式实现对属性的定义、设置和编辑，通过对参数的控制完成烟火的过程式模型的建模工作。

实施例1中的特效仿真模块包括以下子模块：

初始化子模块，用于初始化烟火的属性。在初始化子模块中，根据需要模拟的烟火特点，设置出烟火的爆炸延迟时间、爆炸初速度、爆炸位置、燃放时间以及光剂颗粒喷射角度范围。

燃爆子模块，用于喷射光剂颗粒，即添加新光剂颗粒并初始化光剂颗粒的属性。光剂颗粒初始喷射方向在光剂颗粒喷射角度范围中随机决定。根据烟火的爆炸初速度和光剂颗粒的初始喷射方向计算得到光剂颗粒的初始速度矢量。光剂颗粒的初始位置根据烟火的爆炸位置计算得到。光剂颗粒的大小、纹理、生命周期由用户根据烟火的特点设置。光剂颗粒的年龄记录光剂颗粒产生后的生存时间，初始化时为0，如果到达生命周期就会死亡。

更新子模块，用于按照用户设置的时间间隔删除死亡光剂颗粒，更新生存光剂颗粒属性。

显示子模块，用于根据生存光剂颗粒属性显示烟火特效。

实施例2是本发明所述系统的另一种实施方式，其模块结构如图2所示。在实施例2中，为了更好地模拟烟火的特效，描绘光剂颗粒在三维环境下的各种状态变化，引入“力场”的概念，力场作为一个模块来单独处理，通过控制力场的参数，就可以控制场中粒子的运动轨迹。为此，实施例中的光剂颗粒属性还包括重力参数、风力参数、爆炸拖拽力参数。通过力场的参数，结合当前帧中光剂颗粒的位置和运动速度，就可以计算得到下一帧的光剂颗粒位置。

在真实情况中，烟火的运动过程不可能做到完全的精确。所以仿真系统中的粒子运动也需要有一定的随机性才能显得逼真。为了描述这种随机性，实施例2的光剂颗粒属性还包括生命周期方差、大小方差、速度方差。也就是对每一光剂颗粒确定其变化范围，然后在该范围内随机地确定对应的属性值。

真实情况中，复杂烟火往往可以分为很多分支，每个分支的光剂颗粒在很小的角度范围内进行喷射。为了模拟这种效果，实施例2中的烟火属性还包括分支属性，喷射光剂颗粒时首先判断该烟火是否有分支，如果没有分支，则令粒子在指定角度范围内进行随机分布，如果有多于1个的分支，则将粒子发射到任意一个分支上。

真实情况中，光剂颗粒的大小、纹理往往是随时间变化的。因此，实施例2设置了时间相关的大小和纹理关键帧，根据关键帧更新对应各个时间点的光剂颗粒的大小和纹理属性。在初始化光剂颗粒属性时，设置的光剂颗粒大小和纹理属性是一个时间相关的大小和纹理系列，对于两个关键帧之间的时间点可以通过插值的方法计算得到对应的大小和纹理属性值。

在仿真系统中，由于光剂颗粒的数目非常多，所以需要尽量简化光剂颗粒的属性。此外，烟火的燃放效果是由大量光剂颗粒组成的，这些光剂颗粒并非完全独立的，它们往往可以被分为若干个光剂颗粒组。每组光机颗粒具有相同的化学成分，燃烧时表现出近似的视觉效果。因此，实施例2对光剂颗粒进行分组，将每组光剂颗粒共同的属性作为光剂颗粒组的属性进行设置。分组后的烟火、光剂颗粒组、光剂颗粒属性如表2所示：

表2

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，包括光剂颗粒模块，光剂颗粒组模块，烟火模块和特效仿真模块，其中

光剂颗粒模块用于基于游戏引擎的粒子系统，定义、设置、编辑光剂颗粒属性；

烟火模块用于定义、设置、编辑烟火属性；

特效仿真模块用于根据所需仿真的烟火类型，使用烟火模块和光剂颗粒模块设置和编辑烟火和光剂颗粒属性，通过喷射光剂颗粒模拟烟火燃爆的过程，生成烟火特效。

2.根据权利要求1所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，所述光剂颗粒属性包括速度、大小、纹理、生命周期、位置、年龄。

3.根据权利要求2所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，所述烟火属性包括爆炸延迟时间、爆炸初速度、位置、燃放时间、光剂颗粒喷射角度范围。

4.根据权利要求3所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，所述特效仿真模块包括以下子模块：

初始化子模块，用于初始化烟火的属性；

燃爆子模块，用于喷射光剂颗粒，即添加新光剂颗粒并初始化光剂颗粒的属性；

更新子模块，用于按照用户设置的时间间隔删除死亡光剂颗粒，更新生存光剂颗粒属性；

显示子模块，用于根据生存光剂颗粒属性显示烟火特效。

5.根据权利要求4所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，所述光剂颗粒属性还包括重力参数、风力参数、爆炸拖拽力参数。

6.根据权利要求4所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，所述光剂颗粒属性还包括生命周期方差、大小方差、速度方差。

7.根据权利要求4所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，所述烟火属性还包括分支属性，喷射光剂颗粒时首先判断该烟火是否有分支，如果没有分支，则令粒子在指定角度范围内进行随机分布，如果有多于1个的分支，则将粒子发射到任意一个分支上。

8.根据权利要求4所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，初始化光剂颗粒的属性时设置时间相关的大小和纹理关键帧，根据关键帧更新对应各个时间点的光剂颗粒的大小和纹理属性。

9.根据权利要求4所述的一种基于游戏引擎的烟火特效仿真系统，其特征在于，对光剂颗粒进行分组，将每组光剂颗粒共同的属性作为光剂颗粒组的属性进行设置。