虚幻引擎学习之路：新粒子系统Niagara

在前期关于Unreal 4 引擎的技术推文中，UWA重点介绍了粒子系统的重点模块和高级功能。本文将进行介绍Unreal 4引擎中的新粒子系统：Niagara。需要说明的是，目前的Niagara粒子系统仍处于测试阶段，并非最终完成版。

这是UWA发布的第10篇Unreal 4技术文章，之前我们已经详细介绍过渲染系统、动画系统以及部分粒子系统的功能介绍，详情请转至UWA博客（blog.uwa4d.com）。同时，特别感谢Unreal中国团队对于本篇文章中Unreal引擎相关内容的审核，并在UWA团队学习其引擎的道路上提供的大力支持。

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一、Niagara使用

1.1 开启功能
在最新的Unreal 4引擎中，Niagara模块已经被加入到引擎的插件中。需要使用时，只需通过菜单Edit->Plugin打开Plugin窗口，搜索”Niagara”并选择Enabled即可，如下图所示：

然后，在Content Browser中点击鼠标右键会出现新的菜单选项FX，该子菜单中包含了Niagara的各种资源选项，如下图所示：

其中，上图红色框中显示了Niagara中包含的各种资源：Niagara System为粒子系统资源，Niagara Emitter为发射器资源，Niagara Script为粒子系统逻辑脚本资源，Niagara Parameter Collection为参数集合资源。接下来，本文将分别对其进行介绍。

1.2 Niagara System
Niagara System资源类似于Cascade中的Particle System资源。其创建方式可以通过右键菜单”FX->Niagara System”创建，将其拖入场景中时，引擎会自动创建Niagara Actor，并在其Niagara Component中引用该Niagara System资源：

其中，上图红色框显示了Niagara System资源，红色箭头表示将其拖入场景，蓝色框表示引擎生成的Niagara Actor，绿色框表示在其Niagara Component中引用拖入的Niagara System资源。

双击Niagara System资源可打开编辑器，如下图所示：

其中，上图红色框显示了Niagara System包含两个Niagara Emitter，在其区域内通过右键菜单可添加更多Niagara Emitter。Niagara System与Cascade的Particle System类似，可以包含多个Niagara Emitter，其执行顺序是从上至下。上图中绿色框显示了Niagara System的脚本节点图，其中包含两部分：Spawn和Update。Spawn只在该Niagara System初始化时执行一次，Update则会在每一帧都执行。从Niagara System的节点图中可知，其执行过程是顺序执行其包含的所有Niagara Emitter的Spawn和Update节点。

1.3 Niagara Emitter
Niagara Emitter类似于Cascade中的Emitter。只是在Cascade中，Emitter的创建和编辑都在Particle System资源中，而在Niagara中它成为一个独立的资源。通过右键菜单”FX->Niagara Emitter”可创建该资源，双击该资源可打开其编辑器，如下图所示：

在目前最新的4.18.3版本中，新创建的Niagara Emitter会出现一系列报错信息。上图红色框显示了错误信息。同时打开Selected Emitter Graph窗口会发现Emitter的节点图默认情况下为空。此时可先点击上图中的一系列Fix Error按钮，引擎会自动添加相应的Module，并生成相应的节点图。添加完成后如果发现还有错误提示，可先关闭Emitter编辑器界面，重新打开，错误提示便会消失，如下图所示：

其中，上图中Emitter的Module设置界面中显示了6种不同类型的Module。设计者在这6种类型中添加不同的Module可以实现不同的粒子效果，其操作方式与Cascade中的Emitter添加Module非常相似。但与Cascade最大的不同点在于，Niagara中的这些Module除了可以使用引擎内置的之外，还可以使用设计者通过节点图编辑的自定义Module。而用户自定义节点图即为Niagara Script，本文将在后续内容中进行说明。

Niagara Emitter中不同块的Module执行时机也不相同：

• Emitter Spawn 表示Emitter Spawn时执行的Module，并且只执行一次
• Emitter Update 表示Emitter Update时执行的Module，每帧都执行
• Particle Spawn 表示Particle Spawn时执行的Module，并且只执行一次
• Particle Update 表示Particle Update时执行的Module，每帧都执行
• Add Event Handler 表示Emitter事件相关的Module
• Render 表示Emitter渲染相关的Module

打开Selected Emitter Graph窗口可以看到此时引擎已经自动生成了节点图，并且节点图分为上述不同类型，如下图所示：

其中，上图红色框显示了Set Particle Position节点，绿色框显示了该节点是用于在Particle Spawn时执行并输出结果。

而Emitter节点图正好对应了添加的Module，如下图所示：

其中，上图红色框显示了Emitter Module设置界面中Set Particle Position Module，绿色框显示了其属于Particle Spawn类型。

由此可见，Niagara的总体结构与Cascade十分相似，都是分为两层：单个Particle System可包含多个不同的Emitter，通过设置不同Emitter以及参数可实现不同效果。但Niagara比Cascade更为强大的是，它能让设计者自定义Module，其编辑方式为节点图。

1.4 Niagara Script
Niagara Script在目前4.18.3版本中直接通过右键菜单创建会导致编辑器崩溃。绕开该问题的一个方式是先打开一个引擎内置的Script，然后将其另存为新的脚本，再进行编辑。为了使Emitter每帧都发射粒子，我们可以在Emitter Update中添加Spawn Rate Module，如下图所示：

其中，红色框显示了Spawn Rate Module，绿色框显示了目前发射的粒子数、Emitter的耗时以及所占用内存，通过该数据，设计者可以控制粒子的性能。双击红色框内的Spawn Rate即可打开该Script，如下图所示：

然后，将其另存为新的名字，即可创建出一个Niagara Script。在Niagara Script详细信息界面中可选择不用Usage来实现不同用途，其中包括：Module、Function以及Dynamic Input。分别表示该Script是用作Module，函数以及输入参数，如下图所示：

Module Usage Bitmask参数表示如果该Script是当作Module使用，其使用的类型是哪些。该设置能够在Module设置时根据归类进行提示，并提供快速选择。Category参数方便对Script进行分类，在设置时可根据分类快速查找。

其中，上图红色框宣示了Module Usage Bitmask的选项。在上图中Emitter Spawn Script和Emitter Update Script被选中，因此在Module编辑界面添加Module时，在Emitter Spawn和Emitter Update两类中会出现该Script。

此时，我们虽然添加了Spawn Rate Module，使得场景中出现了粒子，但是默认情况下粒子为灰色，难以分辨。因此，我们将Render中的材质修改一下，便可看到预览场景中出现了该材质的粒子，如下图所示：

其中，上图红色方框显示了修改粒子材质为M_Spark。于是可在左图预览界面中看到粒子。为了让粒子动起来，我们还需在Particle Update类型中添加Update Velocity Module：

并且，修改Particle Spawn中的Set Particles Velocity Module的Velocity参数z为10.0：

即可看到粒子向z方向移动：

我们用上述方法实现了简单的粒子移动，但Niagara提供的功能和节点远不止如此。通过编辑节点图，设计者可以控制粒子发射以及运动的整个过程，从而可以实现任意想要的粒子效果。

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二、Niagara与Cascade比较

总体来说，UWA认为Niagara粒子系统在功能方面的优势主要有以下两种：

（1） Niagara提供了类似于BluePrint的编辑方式，从而使粒子系统的制作更加方便、更加灵活；

（2） 不光对粒子发射器可以进行控制，同时让用户可以对粒子也可以进行控制，从而可以让用户自定义粒子的运动状态，进而制作出更为复杂的粒子特效。

当然，老版本Cascade粒子系统已经包含了大量常用的粒子系统效果。UWA认为，如果Cascade能够满足您的需求，则直接使用Cascade进行编辑即可，毕竟使用已有功能可以节省开发时间。而当Cascade中提供的功能无法满足需求时，则可考虑使用Niagara。设计者可以通过Niagara实现更加符合项目需求的、特殊的粒子效果。