Частицы

Системы частиц в Maya позволяют создавать сложные наборы объектов однотипного вида и сходного поведения. С их помощью можно легко смоделировать такие сложные эффекты, как струя аэрозоля, взрыв, рой пчел или галактика со звездами. Вряд ли кто-то возьмется поочередно моделировать и анимировать каждый из объектов, входящих в перечисленные множества. Кроме того, частицы могут принимать участие в столкновениях с объектами и находиться под влиянием различных полей.

Создание частиц
Частицы можно включить в сцену двумя способами. Во-первых, с помощью инструмента Particle Tool (Создание частиц), во-вторых, поместив в сцену их генератор. Первый способ обычно используется, если требуется изначально распределить частицы заданным образом и сохранить их на протяжении всей анимации. Это бывает нужно, например, при создании галактик. Выбор команды Particle Tool (Создание частиц) в меню Particles (Частицы) включает режим рисования области распространения частиц. В окне диалога Tool Settings (Параметры инструмента) для данного инструмента можно установить флажок Create Particle Grid (Создать сетку частиц), что приведет к появлению прямоугольной области, заполненной частицами. Это может быть полезно для более наглядного представления эффекта действия полей в процессе их создания.
Более традиционным способом создания системы частиц является использование их генератора. Со временем такие частицы исчезают. В Maya возможны генераторы следующих типов:

• Point-omni (Точечный всенаправленный). Частицы распространяются из одной точки во всех направлениях.
• Point-directional (Точечный направленный). Частицы распространяются из одной точки в заданном направлении.
• Volume (Объемный). Частицы возникают в некоторой точке фиксированного объема, который может иметь форму куба, сферы, цилиндра, конуса или тора.
• Surface (Поверхностный). Можно сделать так, чтобы одна из поверхностей объекта сцены, полученного либо на основе NURBS-кривых, либо на основе сеток полигонов, стала источником частиц.
• Curve (Криволинейный). Даже NURBS-кривая может стать источником частиц.

Типы частиц
Частицы в Maya делятся на визуализируемые аппаратно и программно. Большинство частиц относится к первому типу. Они не появляются при обычной программной визуализации и требуют включения системы аппаратной визуализации, которая осуществляется выбором команды Window > Rendering Editors t Hardware Rendering Buffer (Окно > Редакторы визуализации > Буфер аппаратной визуализации). При этом понадобится программа для монтажа изображения, такая как, к примеру, Composer, которая позволит вам настраивать внешний вид частиц независимо от остальных объектов сцены. Кроме того, часто изображения, полученные путем аппаратной визуализации, имеют зубчатые края. Но эту проблему можно решить с помощью редактора атрибутов, вызываемого командой Attributes (Атрибуты) меню Render (Визуализация) окна Hadware Rendering Buffer (Буфер аппаратной визуализации.

В итоге все, что вам нужно сделать, это скомбинировать визуализированную аппаратно последовательность кадров с частицами и полученную программной визуализацией последовательность кадров с остальными объектами сцены. Если анимация занимает длительное время, значит, сцена содержит слишком много частиц или же анимация слишком сложна. Ведь монтаж двух видов изображения происходит за считанные минуты.

Аппаратно визуализируемые частицы
Перечислим типы частиц, визуализируемых аппаратно. Имейте в виду, что они не могут формировать теней и принимать участие в эффектах отражения и преломления.

• Point (Точки). Используемый по умолчанию тип частиц, визуализируемый в виде пятна, которое всегда направлено на камеру и поэтому не имеет видимой толщины. Результат выглядит как квадрат из пикселов. Но если включить многопроходную визуализацию, при которой происходит размывание частиц небольшого размера, то часть из них превратится в круглые точки.
• Multipoint (Множественные точки). Этот тип частиц приводит к появлению скоплений точек.
• Streak (Полосы). Отличается от типа Point (Точки) тем, что вместо точек используются полосы. Частицы этого типа невозможно визуализировать в статичном состоянии. По их ширине укладывается фиксированное число пикселов, поэтому создается впечатление, что частицы, расположенные вдалеке, имеют такую же ширину, как и частицы, расположенные вблизи.
• Muttistreak (Множественные полосы). Формируется скопление полос.
• Sprites (Текстурированные плоскости). Как и частицы типа Point (Точки), эти частицы всегда повернуты лицевой стороной к камере. Этим частицам можно назначить карту текстуры и даже альфа-канал. Кроме того, текстура может представлять собой набор сменяющих друг друга изображений. Например, для создания картины падения горящих обломков можно назначить системе частиц Sprites единственную анимированную текстуру пламени.
• Spheres (Сферы). Трехмерные сферы, радиус которых можно изменять. Этим частицам можно назначать стандартные материалы, так как в окне Hardware Rendering Buffer (Буфер аппаратной визуализации) они имеют раскраску Lambert (По Ламберту).
• Numeric (Числа). Тестовый режим, в котором все частицы пронумерованы. Это особенно полезно для удаления частиц, отбившихся от основной группы.

Программно визуализируемые частицы
Перечисленные ниже типы частиц визуализируются обычным образом, как часть основной сцены. Поэтому они могут отбрасывать тени, а также принимать участие в эффектах отражения и преломления. Их параметры можно редактировать в окне диалога Attribute Editor (Редактор атрибутов).

• Btobby Surface (Слившиеся сферы). Набор сферических частиц формирует поверхность. Сначала каждая из них имеет форму сферы, но при столкновении друг с другом они сливаются, подобно каплям ртути. Для каждой частицы можно задавать поверхностное натяжение и радиус. Также имеется возможность назначить им карту текстуры, но необходимо воспользоваться тестовой визуализацией, чтобы правильно расположить проекционные координаты.
• Cloud (Облако). Отличаются от частиц предыдущего типа наличием размывания и сглаживания границ, благодаря чему возникает впечатление одного облака. Для этих частиц имеется специальный материал Particle Cloud (Облако частиц). Назначение им обычного материала приводит к тому, что они исчезают после визуализации.
• Tube (Трубки). Как следует из названия данного типа частиц, они имеют форму цилиндров, лишенных оснований. Можно указывать радиус каждого из торцов. Этим частицам автоматически назначается материал Particle Cloud (Облако частиц), а визуализируются они только вместе с материалами объемного типа.
• Instanced Geometry (Заданная геометрия). Для замены произвольного объекта системой частиц служит функция Instancer (Заместитель), позволяющая использовать любой объект или текстуру по вашему выбору. Например, при моделировании стаи бабочек следует сначала создать одну особь, затем настроить движение частиц по определенной траектории и, щелкнув на квадратике, расположенном справа от команды Instancer (Заместитель) меню Particles (Частицы), произвести замену частиц прототипом бабочки.

Материалы и возраст частиц
Материалы для систем частиц можно создать на основе текстуры Gradient Ramp (Линейный градиент). Каждая частица имеет свой возраст, на основе которого программа вычисляет, какую часть текстуры необходимо использовать в данный момент. Это позволяет смоделировать изменение цвета частиц со временем. Данный эффект используется, например, при создании летящих искр. Сначала они имеют белый цвет, потом меняют его на желтый, оранжевый, красный и, наконец, на черный.

Воздействие на частицы
Существует несколько способов взаимодействия частиц с элементами сцены. Например, можно назначить поле, которое будет определять способ их движения. Также можно смоделировать в сцене поверхности, принимающие участие в столкновениях с частицами. Кроме того, существует возможность создания мишени, к которой будут лететь частицы.

Поля
Информация о полях дана в разделе, посвященном описанию динамики твердого тела. Существуют типы полей, ориентированные на работу с системами частиц. Не стоит забывать о том, что практически все поля могут быть настроенытаким образом, чтобы появляться только в ограниченном объеме или затухать с расстоянием, что позволяет локализовать эффект их действия.

Столкновения
Частицы любого типа могут принимать участие в столкновениях с любыми поверхностями объектов сцены, но каждое столкновение необходимо настраивать отдельно. Для этого нужно выделить систему частиц, а затем при нажатой клавише Shift выделить объект и выбрать в меню Particles (Частицы) команду Make Collide (Заставить сталкиваться). Этот прием работает вне зависимости от того, движутся ли система частиц и опорная плоскость. Например, можно смоделировать въезд какого-нибудь объекта в неподвижное облако частиц. Кроме того, можно сделать частицы исчезающими через определенный промежуток времени, делящимися на дополнительные частицы, или исчезающими и вновь появляющимися на том же месте после столкновения. Эти эффекты обычно используются для моделирования эффектов брызг или крушения. В последнем случае частицы распадаются на более мелкие куски при столкновении с объектом.

Мишени
Можно создать для частиц мишень, которая будет представлять собой определенную конфигурацию, форму или место, притягивающее поток частиц. Можно сделать так, чтобы частицы догоняли движущуюся мишень, оставаясь в определенном положении относительно других частиц, а также создать эффекты развевающегося на ветру знамени или водорослей в потоке воды. В этих случаях системы частиц используются до контроля геометрической формы. Об этом мы более подробно поговорим при исследовании динамики упругих тел. Если объект назначен в качестве цели некоторой системе частиц, то частицы притягиваются к вершинам (для полигональных объектов) или к управляющим точкам (для NURBS-объектов).