Processing粒子系统-用烟雾画出来的世界名画
Processing粒子系统-烟雾画出来的世界名画
目录：
- 效果欣赏
- 参考示例
- 程序思想以及代码实现
- 作者有话说
效果欣赏
注：烟雾的的扩散方向随着鼠标位置的不同而不同，构成烟雾的基础图元可以是普通几何体，也可以是材质贴图。
鼠标位置出现的蓝色或者黄色的圆为录屏软件所添加，程序运行时并不会有显示。
参考示例
注：本程序的参考案例均来自《代码本色》一书的第四章
参考案例一：4-02
ArrayList particles;
void setup() {
size(640, 360);
particles = new ArrayList();
}
void draw() {
background(255);
particles.add(new Particle(new PVector(width/2, 50)));
// Looping through backwards to delete
for (int i = particles.size()-1; i >= 0; i--) {
Particle p = particles.get(i);
p.run();
if (p.isDead()) {
particles.remove(i);
}
}
}
// The Nature of Code
// Daniel Shiffman
// http://natureofcode.com
// Simple Particle System
class Particle {
PVector position;
PVector velocity;
PVector acceleration;
float lifespan;
Particle(PVector l) {
acceleration = new PVector(0, 0.05);
velocity = new PVector(random(-1, 1), random(-2, 0));
position = l.copy();
lifespan = 255.0;
}
void run() {
update();
display();
}
// Method to update position
void update() {
velocity.add(acceleration);
position.add(velocity);
lifespan -= 2.0;
}
// Method to display
void display() {
stroke(0, lifespan);
strokeWeight(2);
fill(127, lifespan);
ellipse(position.x, position.y, 12, 12);
}
// Is the particle still useful?
boolean isDead() {
if (lifespan < 0.0) {
return true;
}
else {
return false;
}
}
}
示例代码的运行效果如下：
示例代码的参考作用主要是熟悉绘制粒子系统的一个完整的流程(出生-更新-死亡)。在该示例中，每个粒子从出生起获得的向下加速度一定，但是初始速度不同，每一帧都在更新粒子的位置（update函数）直至粒子的生命值被消耗完，就移除粒子。
为了维持粒子系统的稳定，在移除粒子的同时不断往粒子系统里添加新的粒子，这就是一个简单粒子系统的思想。
参考示例二：4-08
// The Nature of Code
// Daniel Shiffman
// http://natureofcode.com
// Smoke Particle System
// A basic smoke effect using a particle system
// Each particle is rendered as an alpha masked image
/* @pjs preload="processingjs/chapter04/_4_08_ParticleSystemSmoke/data/texture.png"; */
ParticleSystem ps;
void setup() {
size(640,360);
PImage img = loadImage("texture.png");
ps = new ParticleSystem(0,new PVector(width/2,height-75),img);
}
void draw() {
background(0);
// Calculate a "wind" force based on mouse horizontal position
float dx = map(mouseX,0,width,-0.2,0.2);
PVector wind = new PVector(dx,0);
ps.applyForce(wind);
ps.run();
for (int i = 0; i < 2; i++) {
ps.addParticle();
}
// Draw an arrow representing the wind force
drawVector(wind, new PVector(width/2,50,0),500);
}
// Renders a vector object 'v' as an arrow and a position 'loc'
void drawVector(PVector v, PVector pos, float scayl) {
pushMatrix();
float arrowsize = 4;
// Translate to position to render vector
translate(pos.x,pos.y);
stroke(255);
// Call vector heading function to get direction (note that pointing up is a heading of 0) and rotate
rotate(v.heading2D());
// Calculate length of vector & scale it to be bigger or smaller if necessary
float len = v.mag()*scayl;
// Draw three lines to make an arrow (draw pointing up since we've rotate to the proper direction)
line(0,0,len,0);
line(len,0,len-arrowsize,+arrowsize/2);
line(len,0,len-arrowsize,-arrowsize/2);
popMatrix();
}
// The Nature of Code
// Daniel Shiffman
// http://natureofcode.com
class Particle {
PVector pos;
PVector vel;
PVector acc;
float lifespan;
PImage img;
Particle(PVector l,PImage img_) {
acc = new PVector(0,0);
float vx = randomGaussian()*0.3;
float vy = randomGaussian()*0.3 - 1.0;
vel = new PVector(vx,vy);
pos = l.get();
lifespan = 100.0;
img = img_;
}
void run() {
update();
render();
}
// Method to apply a force vector to the Particle object
// Note we are ignoring "mass" here
void applyForce(PVector f) {
acc.add(f);
}
// Method to update position
void update() {
vel.add(acc);
pos.add(vel);
lifespan -= 2.5;
acc.mult(0); // clear Acceleration
}
// Method to display
void render() {
imageMode(CENTER);
tint(255,lifespan);
image(img,pos.x,pos.y);
// Drawing a circle instead
// fill(255,lifespan);
// noStroke();
// ellipse(pos.x,pos.y,img.width,img.height);
}
// Is the particle still useful?
boolean isDead() {
if (lifespan <= 0.0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
}
// The Nature of Code
// Daniel Shiffman
// http://natureofcode.com
// Smoke Particle System
// A class to describe a group of Particles
// An ArrayList is used to manage the list of Particles
class ParticleSystem {
ArrayList particles; // An arraylist for all the particles
PVector origin; // An origin point for where particles are birthed
PImage img;
ParticleSystem(int num, PVector v, PImage img_) {
particles = new ArrayList(); // Initialize the arraylist
origin = v.get(); // Store the origin point
img = img_;
for (int i = 0; i < num; i++) {
particles.add(new Particle(origin, img)); // Add "num" amount of particles to the arraylist
}
}
void run() {
for (int i = particles.size()-1; i >= 0; i--) {
Particle p = particles.get(i);
p.run();
if (p.isDead()) {
particles.remove(i);
}
}
}
// Method to add a force vector to all particles currently in the system
void applyForce(PVector dir) {
// Enhanced loop!!!
for (Particle p: particles) {
p.applyForce(dir);
}
}
void addParticle() {
particles.add(new Particle(origin, img));
}
}
示例的运行效果如下（鼠标位置的蓝色是录屏软件自动添加的，程序运行不带这个效果）：
该示例中将将多个粒子的管理封装成类，形成粒子系统类，在用这个类可以方便地对添加粒子、更改粒子受力以及销毁粒子，本例子里面粒子的受力除了重力外还有水平方向的力，具体的受力大小和方向由鼠标的位置来决定。
最后程序的运行结果是一个被被风吹动的烟雾。
程序思想以及代码实现
在看到以上两个示例后，我灵感一现：如果把每个烟雾粒子系统当成一个小小的图元，图元的颜色来自给出的名画，烟雾的方向随着鼠标变化，那么就可以得到一幅动态的名画。
换成编程上的思想就是：根据读入的“名画”长宽，每间隔固定像素，生成一个个粒子系统，每个粒子系统的颜色来自对应位置名画的像素颜色。读取鼠标所在的位置，更改粒子系统受力的方向
参考根据上面的示例，我们需要一个粒子类，需要以下这些属性，其中颜色属性是特有的。
PVector pos;//粒子的位置
PVector vel;//速度
PVector acc;//加速度
float lifespan;//生命
PImage img;//图片
color mycolor;//颜色
在初始化粒子的时候应该赋予粒子初始位置、速度、生命以及颜色（如果使用贴图的话还应该有图片）。
Particle(PVector l,PImage img_,color c) {
acc = new PVector(0,0);
float vx = randomGaussian()*0.3; //高斯噪声产生随机数
float vy = randomGaussian()*0.3 - 1.0;
vel = new PVector(vx,vy);
pos = l.get(); //位置
lifespan = 50.0; //生命周期
img = img_;
mycolor=c;
}
在渲染粒子的时候，粒子的颜色应该随着粒子的生命衰减而变浅，这里采用的是降低透明度的方式来体现这一点。本程序中设定的图元为方形，也可以更改为圆形，三角或者用户自定义的图形或材质。
// 展示 选择材质贴图或者直接用简单几何
void render() {
//imageMode(CENTER);
//tint(mycolor,lifespan);//控制颜色以及透明度
//image(img,pos.x,pos.y);
// Drawing a circle instead
fill(mycolor,lifespan);
noStroke();
rect(pos.x,pos.y,5,5);
}
接下来设定粒子系统，粒子系统首先得获取到颜色才能将颜色给粒子，为此有参数mycolor。
class ParticleSystem {
ArrayList particles; // 粒子列表
PVector origin; // 粒子的出生点
PImage img; //材质
color mycolor;
ParticleSystem(int num, PVector v, PImage img_,color c) {
particles = new ArrayList(); // 初始化粒子列表
origin = v.get(); // 保存初始点
img = img_;
mycolor=c;
for (int i = 0; i < num; i++) {
particles.add(new Particle(origin, img,mycolor)); // 为粒子系统添加添加num个粒子
}
}
//管理粒子的活动
void run() {
for (int i = particles.size()-1; i >= 0; i--) {
Particle p = particles.get(i);
p.run();
if (p.isDead()) {
particles.remove(i);//粒子死亡，移除
}
}
}
//为粒子添加力
void applyForce(PVector dir) {
for (Particle p: particles) {
p.applyForce(dir);
}
}
void addParticle() {
particles.add(new Particle(origin, img,mycolor));
}
}
最后集合使用上述的类了。在此之前，我们先读入一张图片，作为目标“名画”，processing里面提供函数loadImage
PImage myImage;
myImage = loadImage("6.jpg");
为了更好的视觉效果，将画布的尺寸调整为图片的大小（也可以再大一点）。
surface.setSize(myImage.width, myImage.height);
用一个for循环遍历图片，初始化粒子系统，这里设置的像素间隔为8。
particlesS = new ArrayList(); // 初始化粒子系统
int temp=8;
for (int i=0;i 捕捉鼠标位置，生成相应的受力，这里将鼠标在画布上的位置映射到一定范围内，防止受力过于夸张。
// 添加受力
float dx = map(mouseX,0,width,-0.2,0.2);
float dy=map(mouseY,0,height,-0.3,0.3);
PVector wind = new PVector(dx,dy);
更新粒子系统：
for (int i=0;i下面给出使用粒子系统的文件的代码：
PImage myImage;
int halfImage;
ArrayList particlesS; // 粒子列表
void setup() {
size(640,360);
PImage img = loadImage("2.png");//如果用材质的话，可以用这个
myImage = loadImage("6.jpg");
surface.setSize(myImage.width, myImage.height);
//myImage.loadPixels();
particlesS = new ArrayList(); // 初始化粒子系统
int temp=8;
for (int i=0;i 到了这一步，程序还是不能运行的，因为找不到图片文件，所以我们需要在源文件pde的同级目录下新建一个data文件夹，文件夹里面装我们的图片。
作者有话说
千万！每次写代码都要注意保存，就在我写这篇博客的过程中，下课了，我去吃饭，我明明按了ctrl+S但是！它并没有保存！后来把代码又写了一遍！我。。。好难啊。
话说回来，虽然本程序并不复杂，但是本人还是十分喜欢最后的效果，而且感觉还可以做出诸多的拓展，比如说鼠标点击画面产生波纹的效果。