OpenGL笔记十六：CAEmitterLayer粒子效果

前言

期待您移步上篇：OpenGL笔记十五：GLSL光照计算

简述

核心动画Core Animation 中的粒子效果所用到的特殊图层就是CAEmitterLayer。
CAEmitterLayer是CALayer的一个常用子类，CALayer的子类有很多，CAEmitterLayer就是其中之一，CAEmitterLayer是用于实现基于Core Animation的高性能粒子引擎系统。
粒子系统使用到两个类CAEmitterLayer与CAEmitterCell，CAEmitterLayer是粒子发射源，用来发射粒子的，它所发射的粒子就是CAEmitterCell(当然粒子也可以发射粒子，也就是CAEmitterCell也可以发射CAEmitterCell)。可以认为CAEmitterLayer是CAEmitterCell的发射源，通过不同的参数设置就会不断的产生不同的粒子。

CALayer.png

CAEmitterLayer属性

@property(nullable, copy) NSArray *emitterCells; // 用来装粒子种类的数组, 通过给数组赋值，来支持多个cell
@property float birthRate; //粒子产生系数（倍数），默认1.0
@property float lifetime; // 粒子的生命周期系数, 默认1.0
@property CGPoint emitterPosition; // 决定粒子发射位置的中心点
@property CGFloat emitterZPosition; //立体中 Z轴 位置
@property CGSize emitterSize; // 发射源的尺寸大小
@property CGFloat emitterDepth; // 立体中 发射源的深度
@property(copy) NSString *emitterShape; // 发射源的形状，默认是点point，（还有line,rectangle,circle,cuboid,sphere）.
@property(copy) NSString *emitterMode; // 发射模式,默认是volume，（还有points,outline,surface）.
@property(copy) NSString *renderMode; // 渲染模式,默认是unordered,还有oldestFirst,oldestLast,backToFront,additive
@property BOOL preservesDepth; //是否需要深度
@property float velocity; // 粒子基本速度系数, 默认1.0
@property float scale; // 粒子缩放比例系数, 默认1.0
@property float spin; // 粒子自旋转速度系数, 默认1.0
@property unsigned int seed; // 随机数发生器

• 常用属性
• emitterPosition ：发射源的中心点
• emitterSize：发射源的尺寸大小
• emitterShape：发射源的形状

• kCAEmitterLayerPoint 点形状，发射源的形状就是一个点
• kCAEmitterLayerLine 线形状，发射源的形状是一条线
• kCAEmitterLayerRectangle 矩形状，发射源的形状是一个矩形
• kCAEmitterLayerCuboid 立体矩形形状(3D)，发射源是一个立体矩形，这里要生效的话需要设置z方向的数据，如果不设置就同矩形状
• kCAEmitterLayerCircle 圆形形状，发射源是一个圆形
• kCAEmitterLayerSphere 立体圆形(3D)，三维的圆形，同样需要设置z方向数据，不设置则如同二维的圆

• emitterMode：发射粒子的模式

• kCAEmitterLayerPoints 点模式，发射器以点模式发射粒子。发射点就是发射形状的某个特殊的点，如shap是kCAEmitterLayerPoint，发射点就是中心点，如是kCAEmitterLayerLine，发射点就是线的中心点，如是kCAEmitterLayerRectangle，那发射点就是四个顶点，如是kCAEmitterLayerCircle，那发射点就是圆心
• kCAEmitterLayerOutline 轮廓模式，从形状的边界上发射粒子
• kCAEmitterLayerSurface 表面模式，从形状的表面上发射粒子
• kCAEmitterLayerVolume 是相对于3D形状的物体内部发射

• renderMode：渲染模式

粒子是以怎么一种形式进行渲染的:

• kCAEmitterLayerUnordered 粒子是无序出现的
• kCAEmitterLayerOldestFirst 声明时间长的粒子会被渲染在最上层
• kCAEmitterLayerOldestLast 声明时间短的粒子会被渲染在最上层
• kCAEmitterLayerBackToFront 粒子的渲染按照Z轴的前后顺序进行
• kCAEmitterLayerAdditive 进行粒子混合

CAEmitterCell属性

@property(nullable, copy) NSString *name; // 粒子名字， 默认为nil,有了名字才能找到对应的粒子
@property(getter=isEnabled) BOOL enabled; 
@property float birthRate; // 粒子的产生率，默认0
@property float lifetime; // 粒子的生命周期,默认0，以秒为单位。
@property float lifetimeRange; // 粒子的生命周期的范围，默认0，以秒为单位。
@property CGFloat emissionLatitude;// 指定纬度,纬度角代表了在x-z轴平面坐标系中与x轴与z轴之间的夹角，默认0
@property CGFloat emissionLongitude; // 指定经度,经度角代表了在x-y轴平面坐标系中与x轴与y轴之间的夹角，默认0
@property CGFloat emissionRange; //发射角度范围,默认0
@property CGFloat velocity; // 速度，默认是0
@property CGFloat velocityRange; //速度范围，默认是0
@property CGFloat xAcceleration; // 在x方向上的重力加速度分量,默认是0
@property CGFloat yAcceleration;// 在y方向上的重力加速度分量,默认是0
@property CGFloat zAcceleration;// 在z方向上的重力加速度分量,默认是0
@property CGFloat scale; // 粒子在生命周期范围内的缩放比例, 默认是1
@property CGFloat scaleRange; // 缩放比例范围,默认是0
@property CGFloat scaleSpeed; // 在生命周期内的缩放速度,默认是0,负数缩小，正数放大;
@property CGFloat spin; // 粒子的平均旋转速度，默认是0
@property CGFloat spinRange; // 自旋转角度范围，弧度制,默认是0
@property(nullable) CGColorRef color; // 粒子的颜色,默认白色
@property float redRange; // 粒子的颜色red,green,blue,alpha能改变的范围,默认0
@property float greenRange;
@property float blueRange;
@property float alphaRange;
@property float redSpeed; // 粒子速度red,green,blue,alpha在生命周期内的改变的速度,默认都是0
@property float greenSpeed;
@property float blueSpeed;
@property float alphaSpeed;
@property(nullable, strong) id contents; // 粒子的内容，设置为CGImageRef的对象
@property CGRect contentsRect;//粒子内容的位置
@property CGFloat contentsScale; //粒子内容的缩放比例
@property(copy) NSString *minificationFilter;//缩小的过滤器（基本不用）
@property(copy) NSString *magnificationFilter;//放大的过滤器（基本不用）
@property float minificationFilterBias;
@property(nullable, copy) NSArray *emitterCells; // 粒子里面的粒子
@property(nullable, copy) NSDictionary *style;

• 粒子生命周期属性

• lifetime：粒子在系统上的生命周期，即存活时间，单位是秒
• lifetimeRange：让粒子生命周期均匀变化，以便可以让粒子的出现和消失显得更加离散
• birthRate：粒子产生数量的决定参数,它表示CAEmitterLayer上每秒产生的粒子数量，是浮点数。对于这个数量为浮点数，在测试的时候可以灵活使用它。比如你想看粒子的运动状态，但是太多了可能会很迷糊，这时候你把birthRate 设置成0.1f，把lifetime设置时间较长，就能看到单个粒子的运动状态

• 粒子内容属性

• contents：为CGImageRef的对象。关于contents会联想到CALayer了，在CALayer中展示静态的图片是需要用到这个属性。在CAEmitterCell上它的意义也是一样的。但是因为粒子系统可以给粒子上色，为了做出好的颜色变换效果，通常提供的图片为白色的纯色的图片
• name：粒子的名字，当CAEmitterLayer里面有很多个cell的时候，可以给每个cell设置好名字，要修改一些属性以达到动画效果的改变等，就可以通过KVC拿到这个cell的某个属性

• 粒子颜色状态属性

• color：是粒子的颜色属性，这个属性的作用是给粒子上色，color 会结合contents内容来改变我们的CAEmitterCell，它的实现原理很简单，就是将contents自身的颜色的RGBA值 * color的RGBA值，得到最终的粒子颜色。如果想完全通过color属性来控制CAEmitterCell 粒子的颜色，那就选用一张(255.0,255.0,255.0)的白色图片作为CAEmitterCell 的contents，就可以了。
• redRange、greenRange、blueRange、alphaRange：这些是对应的color的RGBA的取值范围，默认为0，取值范围为0~1。
  假如：colorBallCell.color = [[UIColor colorWithRed:0.5 green:0.f blue:0.5 alpha:0.4.f] CGColor];
  colorBallCell.redRange = 0.8f;
  colorBallCell.greenRange = 0.1f;
  colorBallCell.alphaRange = 1.0f;
  则在产生粒子时，粒子的颜色对。应的取值范围是：R(0.5, 0.8),G(0.1, 0.5),B(0.0, 0.5),A(0.4, 1.0)。
• redSpeed、greenSpeed、blueSpeed、alphaSpeed:这些是对应的是粒子的RGBA的变化速度，默认为0，取值范围为0~1。粒子颜色R，G，B，A在生命周期内，在上面的取值范围内，每秒钟改变速度(此值*255)。

• 运行轨迹属性

• emissionLongitude：表示粒子飞行方向跟水平坐标轴（x轴）之间的夹角，默认是0，顺时针方向是正向。默认为0，为弧度值，粒子顺着x轴飞行。
• emissionLatitude：表示粒子飞行方向，在x-z轴平面坐标系中与x轴之间的夹角，默认是0，为弧度值。
• emissionRange：粒子的发射角度范围，为弧度值。以粒子飞行的经纬度，为顶点的扇形范围。
• velocity、velocityRange：粒子的初速度和初速度的范围。
• xAcceleration 、yAcceleration、zAcceleration：分别是在x、y、z轴方向的加速度。
• spin、spinRange：粒子的自转属性，表示每秒钟粒子自转的弧度数。粒子的自转是以弧度制来计算的，表示每秒钟粒子自转的弧度数。spin为正数代表粒子是顺时针旋转的，为负数的话就是逆时针旋转。spinRange为自转弧度数的范围。

CAEmitterCell子粒子的属性

emitterCells：CAEmitterCell的emitterCells跟CAEmitterLayer的一样，也是一个CAEmitterCell的数组。我们基本可以按照操作CAEmitterLayer的emitterCells一样来设置我们粒子的emitterCells。

• CAEmitterCell是服从CAMediatiming协议的，我们通过控制子CAEmitterCell的beginTime来控制子CAEmitterCell的出现时机。当子CAEmitterCell的beginTime为0时，表示你的粒子从CAEmitterLayer上发射出来后就会立即开始发射子CAEmitterCell，而且子CAEmitterCell的beginTime是不能大于你的粒子的lifetime的。
• 无论粒子是从什么样的形状上发射出来的，当它要发射子CAEmitterCell的时候，子CAEmitterCell总是从kCAEmitterLayerPoint形状上由父粒子的中心发射出来的。

案例

• 主代码

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) CAEmitterLayer * colorBallLayer;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    self.view.backgroundColor = [UIColor blackColor];
    [self setupEmitter];
    
}
- (void)setupEmitter{
    
    UILabel * label = [[UILabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 100, self.view.bounds.size.width, 50)];
    [self.view addSubview:label];
    label.textColor = [UIColor whiteColor];
    label.text = @"轻点或拖动来改变发射源位置";
    label.textAlignment = NSTextAlignmentCenter;
    
    // 1. 设置CAEmitterLayer
    CAEmitterLayer * colorBallLayer = [CAEmitterLayer layer];
    [self.view.layer addSublayer:colorBallLayer];
    self.colorBallLayer = colorBallLayer;
    
    //发射源的尺寸大小
    colorBallLayer.emitterSize = CGSizeMake(self.view.frame.size.width * 0.5, self.view.frame.size.height * 0.5);
    //发射源的形状
    colorBallLayer.emitterShape = kCAEmitterLayerRectangle;
    //发射模式
    colorBallLayer.emitterMode = kCAEmitterLayerPoints;
    //粒子发射形状的中心点
    colorBallLayer.emitterPosition = CGPointMake(self.view.layer.bounds.size.width * 0.5, self.view.frame.size.height * 0.5);
    
    // 2. 配置CAEmitterCell
    CAEmitterCell * colorBallCell = [CAEmitterCell emitterCell];
    //粒子名称
    colorBallCell.name = @"colorBallCell";
    //粒子产生率,默认为0
    colorBallCell.birthRate = 20.f;
    //粒子生命周期
    colorBallCell.lifetime = 10.f;
    //粒子速度,默认为0
    colorBallCell.velocity = 0.f;
    //粒子速度平均量
    colorBallCell.velocityRange = 00.f;
    //x,y,z方向上的加速度分量,三者默认都是0
    colorBallCell.yAcceleration = 15.f;
    //指定纬度,纬度角代表了在x-z轴平面坐标系中与x轴之间的夹角，默认0:
    colorBallCell.emissionLongitude = M_PI_4; // 向左
    //发射角度范围,默认0，以锥形分布开的发射角度。角度用弧度制。粒子均匀分布在这个锥形范围内;
    colorBallCell.emissionRange = M_PI_4; // 围绕X轴向左90度
    // 缩放比例, 默认是1
    colorBallCell.scale = 0.2;
    // 缩放比例范围,默认是0
    colorBallCell.scaleRange = 0.1;
    // 在生命周期内的缩放速度,默认是0
    colorBallCell.scaleSpeed = 0.02;
    // 粒子的内容，为CGImageRef的对象
    colorBallCell.contents = (id)[[UIImage imageNamed:@"circle_white"] CGImage];
    //颜色
    colorBallCell.color = [[UIColor colorWithRed:0.5 green:0.f blue:0.5 alpha:1.f] CGColor];
    // 粒子颜色red,green,blue,alpha能改变的范围,默认0
    colorBallCell.redRange = 1.f;
    colorBallCell.greenRange = 1.f;
    colorBallCell.alphaRange = 0.8;
    // 粒子颜色red,green,blue,alpha在生命周期内的改变速度,默认都是0
    colorBallCell.blueSpeed = 1.f;
    colorBallCell.alphaSpeed = -0.1f;
    
    // 添加
    colorBallLayer.emitterCells = @[colorBallCell];
}

• 手指触摸事件

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    CGPoint point = [self locationFromTouchEvent:event];
    [self setBallInPsition:point];
}

- (void)touchesMoved:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    CGPoint point = [self locationFromTouchEvent:event];
    [self setBallInPsition:point];
}

/**
 * 获取手指所在点
 */
- (CGPoint)locationFromTouchEvent:(UIEvent *)event{
    UITouch * touch = [[event allTouches] anyObject];
    return [touch locationInView:self.view];
}

• 移动动画发射源

- (void)setBallInPsition:(CGPoint)position{
    
    //创建基础动画
    CABasicAnimation * anim = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"emitterCells.colorBallCell.scale"];
    //fromValue
    anim.fromValue = @0.2f;
    //toValue
    anim.toValue = @0.5f;
    //duration
    anim.duration = 1.f;
    //线性起搏，使动画在其持续时间内均匀地发生
    anim.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionLinear];
    
    // 用事务包装隐式动画
    [CATransaction begin];
    //设置是否禁止由于该事务组内的属性更改而触发的操作。
    [CATransaction setDisableActions:YES];
    //为colorBallLayer 添加动画
    [self.colorBallLayer addAnimation:anim forKey:nil];
    //为colorBallLayer 指定位置添加动画效果
    [self.colorBallLayer setValue:[NSValue valueWithCGPoint:position] forKeyPath:@"emitterPosition"];
    //提交动画
    [CATransaction commit];
}