許多自然現(xiàn)象是由很多小的小顆粒組成的，它們有相似的行為。（例如，雪花落下，閃爍的火焰，沖出槍管的“子彈”），粒子系統(tǒng)用來模擬這種現(xiàn)象。

14.1 粒子和點精靈（Point Sprite）

粒子是一個很小的對象，它通常用來模擬數(shù)學(xué)中的一個點。點元是用來顯示粒子的很好的方案，可是點元被光柵化成一個簡單的像素。這沒給我們多少靈活性，因為我們想有各種大小不同的粒子，并且把整個紋理平滑映射到這些粒子上。在Direct3D 8.0以前，因為點元方法的局限性而完全不使用他們。代替的方法是程序員將使用公告板去顯示粒子，一個板是一個方格，世界矩陣用它來確定方向，使它總是朝向照相機。

Direct3D 8.0引入一個特殊的點元叫點精靈，多數(shù)時候被應(yīng)用在粒子系統(tǒng)中。與一般的點元不同的是，點精靈有紋理映射并能改變大小。與公告板不同的是，能用一個簡單的點描述一個點精靈，節(jié)省內(nèi)存和處理時間，因為我們只是必須保存和處理一個點，而公告板則是四個。

14.1.1 結(jié)構(gòu)的格式

我們使用下面的頂點結(jié)構(gòu)來描述粒子的位置和顏色：

這個結(jié)構(gòu)只保存粒子的位置和顏色，這取決于你程序的需要，你能夠用同樣的結(jié)構(gòu)去保存一套紋理坐標(biāo)。

增加一個浮點變量給Particle結(jié)構(gòu)去指定粒子的大小是可能的。我們必須增加一個D3DFVF_PSIZE標(biāo)記給我們的靈活的頂點格式，以反映這個變化。每個粒子維護自己的大小很有用，因為它允許我們以具體情況指定并改變粒子的大小。可是，大多數(shù)的圖形卡不支持控制粒子的大小，因此我們不使用它。（檢查D3DFVFCAPS_PSIZE在D3 DCAPS9結(jié)構(gòu)的FVFCaps成員）代替的方法是用渲染狀態(tài)（render states）去控制粒子的大小，就像你很快看到的，有尺寸成員的頂點結(jié)構(gòu)的例子：

注意：通過vertex shader，能夠獲取每個粒子的大小，即使你的硬件不支持D3DFVFCAPS_PSIZE。

14.1.2點精靈（Point Sprite）渲染狀態(tài)

點精靈的行為大部分由渲染狀態(tài)（render states）來控制，現(xiàn)在讓我們來看一下這些渲染狀態(tài)：

D3DRS_POINTSPRITEENABLE—A Boolean value. The default value is false.

True表示將當(dāng)前的紋理全部映射到點精靈上。

False 表示用指定的紋理坐標(biāo)映射到點精靈的點（圖素）上。

_device->SetRenderState(D3DRS_POINTSPRITEENABLE, true);

D3DRS_POINTSPRITEENABLE

bool value. When TRUE, texture coordinates of point primitives are set so that full textures are mapped on each point. When FALSE, the vertex texture coordinates are used for the entire point. The default value is FALSE. You can achieve DirectX 7 style single-pixel points by setting D3DRS_POINTSCALEENABLE to FALSE and D3DRS_POINTSIZE to 1.0, which are the default values.

D3DRS_POINTSCALEENABLE—A Boolean value. The default value is false.

True表示用視圖空間單位來解釋點的大小。視圖空間單位的3D空間點在照相機中，點精靈將會自動縮放，這取決到它有多遠(yuǎn), 像其他對象一樣，離照相機近的粒子比離照相機遠(yuǎn)的粒子要大。

False 表示點的大小將用屏幕空間單位來解釋。屏幕空間單位是屏幕上的像素單位。. 因此如果你指定false, 例如, 設(shè)置點精靈的尺寸為3, 則點精靈在屏幕區(qū)域中的尺寸為3×3像素。.

_device->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALEENABLE, true);

D3DRS_POINTSCALEENABLE

bool value that controls computation of size for point primitives. When TRUE, the point size is interpreted as a camera space value and is scaled by the distance function and the frustum to viewport y-axis scaling to compute the final screen-space.

D3DRS_POINTSIZE—表示點精靈的尺寸. 這個值可以任意指定視圖空間或屏幕空間的點精靈的尺寸, 取決于D3DRS_POINTSCALEENABLE狀態(tài)如何設(shè)置. 下面的代碼段設(shè)置點的尺寸為2.5個單位。:

_device->SetRenderState( D3DRS_POINTSIZE, float_to_dword(2.5f) );

D3DRS_POINTSIZE

A float value that specifies the size to use for point size computation in cases where point size is not specified for each vertex. This value is not used when the vertex contains point size. This value is in screen space units if D3DRS_POINTSCALEENABLE is FALSE; otherwise this value is in world space units. The default value is the value a driver returns. If a driver returns 0 or 1, the default value is 64, which allows software point size emulation. Because the IDirect3DDevice9::SetRenderState method accepts DWORD values, your application must cast a variable that contains the value, as shown in the following code example.

m_pDevice9->SetRenderState(D3DRS_POINTSIZE, *((DWORD*)&pointSize));

D3DRS_POINTSIZE_MIN—表示點精靈的最小尺寸。例子，將設(shè)置最小值為0.2：

_device->SetRenderState(D3DRS_POINTSIZE_MIN, float_to_dword(0.2f));

D3DRS_POINTSIZE_MIN

A float value that specifies the minimum size of point primitives. Point primitives are clamped to this size during rendering. Setting this to values smaller than 1.0 results in points dropping out when the point does not cover a pixel center and antialiasing is disabled or being rendered with reduced intensity when antialiasing is enabled. The default value is 1.0f. The range for this value is greater than or equal to 0.0f. Because the IDirect3DDevice9::SetRenderState method accepts DWORD values, your application must cast a variable that contains the value, as shown in the following code example.

m_pDevice9->SetRenderState(D3DRS_POINTSIZE_MIN, *((DWORD*)&pointSizeMin));

D3DRS_POINTSIZE_MAX—表示點精靈的最大尺寸。例子，將設(shè)置最大值為5.0:

_device->SetRenderState(D3DRS_POINTSIZE_MAX, float_to_dword(5.0f));

D3DRS_POINTSIZE_MAX

A float value that specifies the maximum size to which point sprites will be clamped. The value must be less than or equal to the MaxPointSize member of D3DCAPS9 and greater than or equal to D3DRS_POINTSIZE_MIN. The default value is 64.0. Because the IDirect3DDevice9::SetRenderState method accepts DWORD values, your application must cast a variable that contains the value, as shown in the following code example.

m_pDevice9->SetRenderState(D3DRS_PONTSIZE_MAX, *((DWORD*)&pointSizeMax));

D3DRS_POINTSCALE_A, D3DRS_POINTSCALE_B, D3DRS_POINTSCALE_C—這3個常量表示如何根據(jù)距離控制點精靈的尺寸—這個距離是點精靈到照相機的距離。

D3DRS_POINTSCALE_A

A float value that controls for distance-based size attenuation for point primitives. Active only when D3DRS_POINTSCALEENABLE is TRUE. The default value is 1.0f. The range for this value is greater than or equal to 0.0f. Because the IDirect3DDevice9::SetRenderState method accepts DWORD values, your application must cast a variable that contains the value, as shown in the following code example.

m_pDevice9->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_A, *((DWORD*)&pointScaleA));

D3DRS_POINTSCALE_B

A float value that controls for distance-based size attenuation for point primitives. Active only when D3DRS_POINTSCALEENABLE is TRUE. The default value is 0.0f. The range for this value is greater than or equal to 0.0f. Because the IDirect3DDevice9::SetRenderState method accepts DWORD values, your application must cast a variable that contains the value, as shown in the following code example.

m_pDevice9->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_B, *((DWORD*)&pointScaleB));

D3DRS_POINTSCALE_C

A float value that controls for distance-based size attenuation for point primitives. Active only when D3DRS_POINTSCALEENABLE is TRUE. The default value is 0.0f. The range for this value is greater than or equal to 0.0f. Because the IDirect3DDevice9::SetRenderState method accepts DWORD values, your application must cast a variable that contains the value, as shown in the following code example.

m_pDevice9->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_C, *((DWORD*)&pointScaleC));

D3D用以下的公式去計算點精靈的最終尺寸，這取決于距離和這3個常量。

其中：

FinalSize：距離計算后，點精靈的最后尺寸。

ViewportHeight：視口的高度。

Size：分別為D3DRS_POINTSCALE_A, D3DRS_POINTSCALE_B, and D3DRS_POINTSCALE_C值。

D：在視圖空間中點精靈與照相機的距離。因為照相機被放置在視圖空間中的原點，這個值是：，也是點精靈所在的位置。

下面代碼設(shè)置點精靈的距離常量，因此遠(yuǎn)處的點精靈將變小。

_device->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_A, float_to_dword(0.0f)); _device->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_B, float_to_dword(0.0f)); _device->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_C, float_to_dword(1.0f));

 

14.1.3 粒子和他們的屬性

 一個粒子系統(tǒng)是由除了位置、顏色以外的更多的屬性組成，例如，一個粒子有速度。然而，這些額外的屬性對于渲染粒子來說不是必須的。因此，我們在單獨的結(jié)構(gòu)中保存渲染粒子所必須的數(shù)據(jù)和屬性。當(dāng)我們創(chuàng)建、顯示或更新粒子時，我們使用屬性來工作。當(dāng)我們準(zhǔn)備渲染時，我們從sParticle（粒子）結(jié)構(gòu)中COPY位置和顏色。

對于我們模擬的具體粒子系統(tǒng)，粒子的屬性也是不同的。因此我們能夠歸納一些通用的屬性，大多數(shù)系統(tǒng)用不上這么多，一些系統(tǒng)需要的屬性這里可能還沒有。

position—粒子在世界空間中的位置

velocity—粒子的速度，每秒多少個單位。

acceleration—粒子的加速度, 每秒多少個單位。

life_time—粒子的生命周期. 例如,當(dāng)一個時間段后，我們可以殺死一個激光柱的粒子.

age—粒子的當(dāng)前年齡。

color—粒子的顏色。

color_fade—粒子隨時間的變化而褪去的顏色。

is_alive—True 表示粒子活著;false 表示粒子死了。