OSG向场景中添加osgParticle粒子效果

目的：

向场景中添加自定义的osgParticle实例，模拟坦克模型在地形上运动时产生的烟尘。

-----------------------------

概述：

添加粒子效果可以有效提高仿真程序的外观和真实性。粒子引擎一般用于模拟烟雾，火焰，尘埃以及其他一些类似的效果。如果要向OSG场景中添加粒子效果，通常可以使用下面的一些类：

粒子系统（osgParticle::ParticleSystem）- 维护并管理一系列粒子的生成，更新，渲染和销毁。粒子系统类继承自Drawable类。粒子的渲染控制因此与其它Drawable对象的渲染类似：控制其渲染属性StateAttribute即可。OSG提供了一个方便的函数以允许用户控制三个常用的渲染状态属性。方法setDefaultAttributes可以用于指定材质（或者指定为NULL以禁用材质），允许/禁止附加的图像融合，允许/禁止光照。

粒子（osgParticle::Particle）- 粒子系统的基本单元。粒子类同时具有物理属性和图像属性。它的形状可以是任意的点（POINT），四边形（QUAD），四边形带（QUAD_TRIPSTRIP），六角形（HEXAGON）或者线（LINE）。每个粒子都有自己的生命周期。生命周期也就是每个粒子可以存活的秒数。（生命周期为负数的粒子可以存活无限长时间）所有的粒子都具有大小（SIZE），ALPHA值和颜色（COLOR）属性。每一组粒子都可以指定其最大和最小值。为了便于粒子生命周期的管理，粒子系统通过改变生命周期的最大和最小值来控制单个粒子的渲染。（根据已经消耗的时间，在最小和最大值之间进行线性插值）
程序员也可以自行指定最小到最大值的插值方法。（参见osgParticle::Interpolator的代码）

放置器（osgParticle::Placer）- 设置粒子的初始位置。用户可以使用预定义的放置器或者定义自己的放置器。已定义的放置器包括：点放置器PointPlacer（所有的粒子从同一点出生），扇面放置器SectorPlacer（所有的粒子从一个指定中心点，半径范围和角度范围的扇面出生），以及多段放置器MultiSegmentPlacer（用户指定一系列的点，粒子沿着这些点定义的线段出生）。

发射器（osgParticle::Shooter）- 指定粒子的初始速度。RadialShooter类允许用户指定一个速度范围（米/秒）以及弧度值表示的方向。方向由两个角度指定：theta角 - 与Z轴夹角，phi角 - 与XY平面夹角。

计数器（osgParticle::Counter）- 控制每一帧产生的粒子数。RandomRateCounter类允许用户指定每帧产生粒子的最大和最小数目。

标准放射极（osgParticle::ModularEmitter）- 一个标准放射极包括一个计数器，一个放置器和一个发射器。它为用户控制粒子系统中多个元素提供了一个标准机制。

粒子系统更新器（osgParticle::ParticleSystemUpdater）- 用于自动更新粒子。将其置于场景中时，它会在拣选遍历中调用所有“存活”粒子的更新方法。

标准编程器（osgParticle::ModularProgram）- 在单个粒子的生命周期中，用户可以使用ModularProgram实例控制粒子的位置。ModularProgram需要与Operator对象组合使用。

计算器（osgParticle::Operator）- 提供了控制粒子在其生命周期中的运动特性的方法。用户可以改变现有Operator类实例的参数，或者定义自己的Operator类。OSG提供的Operator类包括：AccelOperator（应用常加速度），AngularAccelOperator（应用常角加速度），FluidFrictionOperator（基于指定密度和粘性的流体运动进行计算），以及ForceOperator（应用常力）。

代码：
为了使用上面的类创建高度自定义化的粒子系统，我们可以遵循以下的步骤。（括号中的步骤是可选的，如果所建立的粒子系统比较基本，也可以忽略）

• 创建粒子系统实例并将其添加到场景。
• （设置粒子系统的渲染状态属性。）
• 创建粒子对象并将其关联到粒子系统。
• （设置粒子的参数。）
• 创建粒子系统更新器，将其关联到粒子系统实例，并添加到场景中。
• （创建标准放射极，以定义：计数器 - 每帧创建的粒子数，放置器 - 粒子的出生位置，发射器 - 初始速度。）
• （将标准放射极关联到粒子系统。）
• （创建ModularProgram标准编程器实例，以控制粒子在生命周期中的运动：首先创建并定义Operator计算器；然后添加计算器到标准编程器。）

下面的代码将完成上述的步骤。首先，我们需要建立基本的坦克和地形模型。（稍后我们再添加坦克模型到场景中）

osg::Group* rootNode = new osg::Group();

osg::Node* terrainNode = new osg::Node();
osgViewer::Viewer viewer;

terrainNode = osgDB::readNodeFile("//Models//JoeDirt//JoeDirt.flt");
if (! terrainNode)
{
   std::cout << "Couldn't load models, quitting." << std::endl;
   return -1;
}
rootNode->addChild(terrainNode);

osg::Node* tankNode = osgDB::readNodeFile("//Models//T72-Tank//T72-tank_des.flt");
if ( ! tankNode)
{
   std::cout << "no tank" << std::endl;
   return -1;
}

 

建立粒子系统的基本步骤是：创建一个粒子系统对象，一个更新器对象，以及一个粒子对象，同时设置场景。

// 创建并初始化粒子系统。
osgParticle::ParticleSystem *dustParticleSystem = new osgParticle::ParticleSystem;

// 设置材质，是否放射粒子，以及是否使用光照。
dustParticleSystem->setDefaultAttributes(dust2.rgb", false, false);

// 由于粒子系统类继承自Drawable类，因此我们可以将其作为Geode的子节点加入场景。
osg::Geode *geode = new osg::Geode;

rootNode->addChild(geode);
geode->addDrawable(dustParticleSystem);

// 添加更新器，以实现每帧的粒子管理。
osgParticle::ParticleSystemUpdater *dustSystemUpdater = new osgParticle::ParticleSystemUpdater;

// 将更新器与粒子系统对象关联。
dustSystemUpdater->addParticleSystem(dustParticleSystem);
// 将更新器节点添加到场景中。
rootNode->addChild(dustSystemUpdater);

// 创建粒子对象，设置其属性并交由粒子系统使用。
osgParticle::Particle smokeParticle;
smokeParticle.setSizeRange(osgParticle::rangef(0.01,20.0)); // 单位：米
smokeParticle.setLifeTime(4); // 单位：秒
smokeParticle.setMass(0.01); // 单位：千克
// 设置为粒子系统的缺省粒子对象。
dustParticleSystem->setDefaultParticleTemplate(smokeParticle);

下面的代码将使用标准放射极对象来设置粒子的一些基本参数：例如每帧创建的粒子数，新生粒子的产生位置，以及新生粒子的速度。

// 创建标准放射极对象。（包括缺省的计数器，放置器和发射器）
osgParticle::ModularEmitter *emitter = new osgParticle::ModularEmitter;

// 将放射极对象与粒子系统关联。
emitter->setParticleSystem(dustParticleSystem);

// 获取放射极中缺省计数器的句柄，调整每帧增加的新粒子数目。
osgParticle::RandomRateCounter *dustRate =
   static_cast<osgParticle::RandomRateCounter *>(emitter->getCounter());
dustRate->setRateRange(5, 10); // 每秒新生成5到10个新粒子。

// 自定义一个放置器，这里我们创建并初始化一个多段放置器。
osgParticle::MultiSegmentPlacer* lineSegment = new osgParticle::MultiSegmentPlacer();

// 向放置器添加顶点，也就是定义粒子产生时所处的线段位置。
// （如果将坦克和标准放射极定义与同一位置，那么我们可以实现一种
// 灰尘粒子从坦克模型后下方的延长线上产生的效果。）
lineSegment->addVertex(0,0,-2);
lineSegment->addVertex(0,-2,-2);
lineSegment->addVertex(0,-16,0);

// 为标准放射极设置放置器。
emitter->setPlacer(lineSegment);

// 自定义一个发射器，这里我们创建并初始化一个RadialShooter弧度发射器。
osgParticle::RadialShooter* smokeShooter = new osgParticle::RadialShooter();

// 设置发射器的属性。
smokeShooter->setThetaRange(0.0, 3.14159/2); // 弧度值，与Z轴夹角。
smokeShooter->setInitialSpeedRange(50,100); // 单位：米/秒

// 为标准放射极设置发射器。
emitter->setShooter(smokeShooter);

现在我们将把放射极和坦克模型作为Transform变换节点的子节点添加到场景中。放射极和坦克均由变换节点决定其位置。刚才定义的放置器将会根据变换的参量安排粒子的位置。

osg::MatrixTransform * tankTransform = new osg::MatrixTransform();
tankTransform->setUpdateCallback( new orbit() ); // 回调函数，使节点环向运动。

// 把放射极和坦克模型添加为变换节点的子节点。
tankTransform->addChild(emitter);
tankTransform->addChild(tankNode);
rootNode->addChild(tankTransform);

下面的代码将创建一个标准编程器ModularProgram实例，用于控制粒子在生命周期中的更新情况。标准编程器对象使用Operator计算器来实现对粒子的控制。

// 创建标准编程器对象并与粒子系统相关联。
osgParticle::ModularProgram *moveDustInAir = new osgParticle::ModularProgram;
moveDustInAir->setParticleSystem(dustParticleSystem);

// 创建计算器对象，用于模拟重力的作用，调整其参数并添加给编程器对象。
osgParticle::AccelOperator *accelUp = new osgParticle::AccelOperator;
accelUp->setToGravity(-1); // 设置重力加速度的放缩因子。
moveDustInAir->addOperator(accelUp);

// 向编程器再添加一个计算器对象，用于计算空气阻力。
osgParticle::FluidFrictionOperator *airFriction = new osgParticle::FluidFrictionOperator;
airFriction->setFluidToAir();
moveDustInAir->addOperator(airFriction);

// 最后，将编程器添加到场景中。
rootNode->addChild(moveDustInAir);

下面的代码就是仿真循环的内容了。

viewer.setCameraManipulator(new osgGA::TrackballManipulator());
viewer.setSceneData(rootNode);
viewer.realize();

while( !viewer.done() )
{
   viewer.frame();
}
return 0;