粒子系统(Particle System)

粒子系统表示三维计算机图形学中模拟一些特定的模糊现象的技术，而这些现象用其它传统的渲染技术难以实现的真实感的游戏图形。经常使用粒子系统模拟的现象，有火、爆炸、烟、水流、火花、落叶、云、雾、雪、尘、流星尾迹或者象发光轨迹这样的抽象视觉效果等等。

粒子系统的特点

整个现象都是由很多个独立的图像效果组成，这些图像效果都有自己的位置、移动轨迹等特点;
这些独立的图像效果组合或者叠加起来，就形成了要模拟的现象;
独立的图像效果经过一段生命周期之后会从屏幕上消失，进而可以将其状态重置并重新利用;

粒子系统的组成

粒子类：每个单独的粒子是整个粒子特效的一个基本组成部分，每个粒子都具有大量属性，比如粒子图片、生命时长、方向、速度、加速度等，这些属性能够决定粒子的外观及行为表现。
粒子发射器：实际上是所有粒子的管理者，是用来进行粒子生成、粒子控制、回收粒子的管理器类。

属性设置

粒子系统中可以设置的属性如下所示，不同平台可能略有差异，但所遵守的标准相同，所以基本大同小异。

属性设置.png

Cocos使用OpenGL混合原理对图形进行渲染绘制。混合就是指把两种颜色混在一起，具体一点就是把某一像素位置原来的颜色和将要画上去的颜色，通过某种方式混在一起，从而实现特殊的效果。它是一种常用的技巧，通常可以用来实现半透明，你也可以通过不同的设置得到不同的混合结果，产生一些有趣或者奇怪的图象。具体可以参考：
https://www.andersriggelsen.dk/glblendfunc.php，下面是混合的集中模式，可以作用于src,

BlendFactor枚举类型及其作用。

含义	作用
ONE	全部使用
ZERO	全部不用
SRC_ALPHA	使用源颜色的透明度
SRC_COLOR	使用源颜色
DST_ALPHA	使用目标颜色的透明度
DST_COLOR	使用目标颜色
ONE_MINUS_SRC_ALPHA	减去源颜色的透明度
ONE_MINUS_SRC_COLOR	减去源颜色
ONE_MINUS_DST_ALPHA	减去目标颜色的透明度
ONE_MINUS_DST_COLOR	减去目标颜色

关于粒子在cocos中的使用。

cocos create中提供了界面友好的工具供我们使用，粒子的简单使用可以参考： https://docs.cocos.com/creator/manual/zh/asset-workflow/particle.html
我们可以在cocos中编辑这些粒子效果，在编辑的过程中可以预览到粒子的实时效果，粒子相关的特性基本在plist中声明即可。

粒子属性.png

如果我们需要在cocos中通过代码的形式控制到粒子动画的播放和停止的话，可以resetSystem()来控制器展现，利用stopSystem控制其隐藏。示例代码如下：

//mA 表示要控制的粒子 ，即  mA: cc.ParticleSystem;
if(this.mA.active) {  
    this.mA.stopSystem();
} else {
    this.mA.resetSystem();
}

关于颜色计算

关于cocos源码的实现

ParticleTest 测试类入口。
CCParticleExamples 测试主体类，主要在这里实现。

CCParticleSystem 是粒子系统的基类，提供对粒子的创建和更新管理。
ParticleSystemQuad 是CCParticleSystem 的子类，实现不需要批次结点时也能够实现粒子系统的OPENGL顶点和索引缓冲的创建和渲染.
CCParticleBatchNode 粒子系统的批次节点，用于将使用相同纹理的粒子系统进行同批次渲染优化处理。

粒子系统实现类在CCParticleSystem中，其中包含了粒子系统的大部分实现，下面是粒子系统中的几个重要方法实现。

将粒子添加到粒子系统的实现(*)

这个是整个粒子系统运行的必要条件，想要粒子系统运行起来，必须得先将粒子加入到粒子系统中。相关代码也比较复杂，比较多。
这里就不贴出具体的代码，只给出关键的代码：

void ParticleSystem::addParticles(int count)
{
    //life
    //position
    //color
    //size
    // rotation
    // position
    // Mode Gravity: 
    针对上面的属性做赋值处理
}

粒子更新的实现

// ParticleSystem - MainLoop
void ParticleSystem::update(float dt)
{

    // 省略了一些属性的设置调整。

    // 需要被重载的更新粒子的对应矩形顶点缓冲信息块的虚函数,在这里进行界面更新
        updateParticleQuads();
        _transformSystemDirty = false;

    if (_visible && ! _batchNode)
    {
        postStep();
    }
}

粒子的属性的动态设置都会在update中来完成，然后利用updateParticleQuads来更新指定粒子的顶点缓冲中的位置数据，他的具体实现在CCParticleSystemQuad垒中，那么postStep做了什么呢，我们来看他的实现，同样，他的实现也在CCParticleSystemQuad中，

//针对不使用批次结点时的VBO顶点缓冲的更新。
void ParticleSystemQuad::postStep()
{
    //绑定顶点缓冲区对象。 
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[0]);
    
    //用_quads中数据更新绑定的缓冲区数据。
    // Option 1: Sub Data
    glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, 0, sizeof(_quads[0])*_totalParticles, _quads);
    
    // Option 2: Data
    //  glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(quads_[0]) * particleCount, quads_, GL_DYNAMIC_DRAW);
    
    // Option 3: Orphaning + glMapBuffer
    // glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(_quads[0])*_totalParticles, nullptr, GL_STREAM_DRAW);
    // void *buf = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);
    // memcpy(buf, _quads, sizeof(_quads[0])*_totalParticles);
    // glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);
    
    //取消绑定缓冲区对象。
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    CHECK_GL_ERROR_DEBUG();
}

停止粒子系统的实现

这个实现就很简单了，主要把_isActive设置为false即可。把开始到当前的运行秒数_elapsed用_duration赋值，然后把每秒发射的粒子数_elapsed置为0,代码如下：

void ParticleSystem::stopSystem()
{
    _isActive = false;
    _elapsed = _duration;
    _emitCounter = 0;
}

粒子重新启动的实现

粒子系统重新启动的实现也很简单，主要是把所有的粒子的生命值置为0。

void ParticleSystem::resetSystem()
{
    _isActive = true;
    _elapsed = 0;
    for (int i = 0; i < _particleCount; ++i)
    {
        _particleData.timeToLive[i] = 0.0f;
    }
}

关于粒子系统属性的设置

cocos 支持两种方式的属性设置，一种是通过字典，一种是通过plist文件。
通过字典的方式，就是手动去将元素的值赋值给字典，然后通过initWithDictionary方法来实现赋值，这种方式比较麻烦，而且也比较容易遗漏，所以我们一般采用第二种方式，即通过plist文件的形式来赋值。我们可以借助其他工具，生成plist文件，然后通过ParticleSystem::initWithFile来读取这个文件，进行赋值。

术语

混合就是把两种颜色混在一起。
具体一点，就是把某一像素位置原来的颜色和将要画上去的颜色，通过某种方式混在一起，从而实现特殊的效果。

假设我们需要绘制这样一个场景：透过红色的玻璃去看绿色的物体，那么可以先绘制绿色的物体，再绘制红色玻璃。在绘制红色玻璃的时候，利用“混合”功能，把将要绘制上去的红色和原来的绿色进行混合，于是得到一种新的颜色，看上去就好像玻璃是半透明的。

前面我们已经提到，混合需要把原来的颜色和将要画上去的颜色找出来，经过某种方式处理后得到一种新的颜色。这里把将要画上去的颜色称为“源颜色”，如上例中的红色；把原来的颜色称为“目标颜色”，如上例中的绿色。

目的颜色：先画上的颜色（相当于内容）。
源颜色：后画上去的颜色（相当于背景）。

VAO 用于存储顶点数据，包括顶点颜色、坐标、法线，以及顶点的indices。
VBO 用于存储图形处理器将怎么使用VBO里面的数据，及顶点数据中哪些是坐标、哪些是颜色、哪些是法线等信息。

粒子效果研究