基于 Unity3D 粒子系统的三维影视特效开发研究 熊 耀 （华中师范大学 武汉传媒学院 湖北 武汉 430205） 摘要： 粒子系统可模拟许多现场难以拍摄或实际拍摄成本很高的三维影视特效， 在分析三维影视特效制作需求和粒子系统开发流程的基础上， 运用 Unity3D 引擎的粒子系统模拟扔手榴弹的爆炸效果和动态雨雪场景。 关键词： Unity3D； 粒子系统； 三维影视特效； 爆炸； 动态雨雪 中图分类号： TP373D Special Effect Simulation Based on Particle System of Unity3D Xiong Yao （Wuhan Media and Communication College, Huazhong Normal University, Wuhan 430205) Abstract: Various 3D special effects can be simulated by particle system, which are shot difficultly and costly. Based on analyzing the needs and development process of 3D special effects, the effects of explosion and dynamic rain and snow are simulated by using Unity3D. Keywords: Unity3D; Particle System; 3D Special Effect; Explosion Effect; Dynamic Rain and Snow Effect 1. 引言 三维影视特效科幻类、 武侠类、 动画类等电视剧和数字电影中的应用越来越多， 已逐渐发展成为现代影视作品视觉效果好坏的重要指标之一， 如《变形金刚 3》、《黑衣人 3》、《后天》 等影视作品的制作大量采用例子系统模拟实现爆炸场景、 大楼倒塌、 焰火等三维影视特效场景。
首先， 三维影视特效通过与主体实拍场景的结合，不仅可充分发挥影视制作者的艺术灵感水的特效粒子unity，而且可节约复杂特效的拍摄成本[1]。 其次3D场景， 许多特效镜头在现实场景中的拍摄很困难或者现实生活中根本就不存在这样的真实场景。 例如， 人体细胞的分裂过程、 树木花卉的四季生长变化过程等很难在同一时空内完成拍摄； 巨浪冲击城市、 火山爆发、 大楼爆炸、 烟雾等影视特效的拍摄不仅需要高昂的代价， 而且可能会给剧组拍摄人员带来各种难以预测的安全风险。 粒子是在三维空间内渲染的二维图像， 粒子系统通过一个或两个纹理并多次重复的图形绘制即可创建一个三维影视特效。 为此， 采用粒子系统模拟各种现场拍摄无法完成或根本不存在的特效镜头成为当前影视产品开发的关键技术之一。 Unity3D 是一款支持 Windows、 Mac OS 桌面操作系统平台和 Android、 iOS 等移动操作系统平台的三维游戏引擎， 包含图形、 音频、 物理、 网络、 粒子等功能组件， 采用 C#和 JavaScript 作为脚本开发语言，支持大多数三维模型文件格式， 提供了柔和阴影与烘焙等光影渲染系统和强大的可视化编辑器。 它不仅适用于大型虚拟场景的模拟和 3D 网络游戏的开发， 而且其功能丰富的例子系统可模拟烟雾、 云雾、 火焰、体积云、 闪电、 爆炸等数字三维影视特效。
2. 粒子系统 粒子系统是 Reeves 于 1983 年提出的一种模拟不规则模糊物体对象或自然场景的方法，这些不规则的模糊物体具有不同程度的动态性和随机性水的特效粒子unity， 能够很好地模拟烟雾、 海浪、 水流、 火焰、 雨雪、 云雾、 爆炸、森林等自然场景[2]。 粒子系统中的每个粒子都具有形状、 大小、 颜色、 透明度、 运动速度、 运动方向、 生命周期等属性， 而且这些粒子随时间的推移不断变化， 在时间和空间上具有动态分布特性，从而模拟各种现场拍摄难以实现的具有复杂运动规律的动态影视特效。 粒子系统所模拟的物体或场景复杂多变、 形态各异音乐， 根据粒子形态的不同， 可将粒子系统分为流体粒子、 烟雾粒子、 破碎粒子等。 流体粒子主要用来模拟流水、 海浪、 火焰、 流动的岩浆等特效； 烟雾粒子主要用来模拟随时间发展不断繁殖生长、 消亡的动态粒子特效， 如燃烧或爆炸过程中产生的烟雾、 沙尘暴、龙卷风、 云雾等； 破碎粒子主要用来模拟物体碎裂、 爆炸时的效果， 一般伴有物体爆炸碎片的产生[3]。
