第二十四讲粒子系统
大学物理第二十四讲 热力学第一定律、摩尔热容PPT课件
U
CV ,mT
i 2
RT
3104 J
2. Qp Cp,mT Cp,m (T2 T1) Cp,m (t2 t1)
t2
t1
Qp
Cp,m
t1
2Qp
(i 2)R
36C
t1 0C
19
例：热力学系统经历如图所示过程后回到初态a。设过 程 abc 中吸热600 J；过程 cda 向外放热450J，对外做 功-150J，求系统在 abc 过程中内能的增量及对外做功。
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
R(T2
T1)
o
VV
●等容过程中系统从外界吸收的热量全部转化为
系统的内能。
10
三、等压过程
dp 0
pV RT U i RT
2 Q U A
U
i 2
R(T2T1)ppA V2 V1
pdV
p(V2
V1 )
A
R(T2 T1)
o
V1
V2 V
Qp
U
A
i 2
R(T2
T1)
R(T2
T1)
Tb 2Ta Tc , Td Ta , Vc V3 4V1
所以
U
i 2
R(Td
Ta )
0
p
p2 a
Aab p2 (V2 V1) 2 p1V1 2 RTa
Abc
RTb
ln
Vc Vb
2 RTa
ln 2
p1
o V1
Acd p1(V2 V3 ) 2 p1V1 2 RTa
b 等温线
粒子系统PPT
粒子系统建模方法
以主流的建模工具3DS Max为例。
单击“粒子系统”创建面板的 “喷射”按钮，然后在视图中 单击并拖动鼠标，到适当位置 后释放鼠标左键即可
粒子系统建模的需求
粒子系统表达的物体越真实,粒子的数量就 越多,其代价就越大。 寻求效果与技术平衡的方法。
谢谢大家的聆听！
粒子系统的实现
通常粒子系统在三维空间中的位置与运 动是由发射器控制的。 粒子拥有自己的属性，包括位置、速度、 颜色和生命期等。 使用大概值而不是绝对值的模糊参数内部就可以创建、 修改粒子系统，如 3DS Max、Maya以 及 Blender 等。这些编辑程序使艺术家能 够立即看到他们设定的特性或者规则下粒子 系统的表现。 另外还有一些插件能够提供增强的粒子系统 效果，例如 AfterBurn 以及用于流体 的 RealFlow。
三维真实物理建模技术 ——粒子系统
讲授人：
什么是粒子系统
物理建模指的是虚拟对象的质量、重量、惯 性、表面纹理(光滑或粗糙)、硬度、变形模 式(弹性或可塑性)等特征的建模，形成更具 有真实感的虚拟环境。 粒子系统是一种典型的物理建模系统。 粒子系统由大量称为粒子的简单体素构成。
粒子系统的作用
在虚拟现实中，粒子系统常用于描述火 焰、水流、雨雪、旋风、喷泉等现象。
粒子系统概述
Particle System Overview [粒子系统概述]最早认识Particle System还是从OverClock的主页上（当时叫DirectX Guide，现在已改名为Fractal3D，），当时上面介绍了一个老外研究出来的水波算法。
如果你是搞图形编程的，你就会知道如果用常规的精确算法在电脑上实时模拟水波的形态，几乎可以说是不可能，但是运用这个算法却能在一台配置极差的电脑上实现这一景象，的确是让我感到非常惊讶。
但要知道，越是效率高的代码越是难于理解，一开始，我简直搞不明白为什么简单的几行代码就可以实现这种效果，研究了好几天，这才恍然大悟、茅塞顿开（用释加摩尼的话说是大彻大悟，用马克思的话说是量变引起质变），使我对Particle System有了最初之体验。
其实，老外在80年代初就提出了Particle System的方法（时间？人物？待查...），主要用来解决由大量按一定规则运动（变化）的微小物质组成的大物质在计算机上的生成与显示的问题。
Particle System 的应用相当广泛，大的可以模拟原子弹爆炸，星云演化，小的则可以模拟水波、火焰、烟火、云雾等等，而这些自然现象用常规的图象算法（如调色板动画、动画贴图、基于多边形的渲染、光线跟踪渲染）是很难逼真再现的。
Particle System可以说是一种基于物理模型来解决问题的方法，Imagic认为它的核心不是在于如何显示，而是在于对微小物质模型的规则提取。
比如在水波算法中，能够总结出X0'=(X1+X2+X3+X4)/2-X0这个公式（参见Ripple一文），才是整个算法的精华所在。
只有基于物理模型的方法，才能模拟出随机而逼真的自然景象。
粒子运动（变化）的规则可以很简单也可以很复杂，这取决你所模拟的对象。
举例来说，在对FireWorks （烟火）的模拟中，我们可以让烟火由上百个小的粒子组成，每个粒子都具有以下一些属性及其规则（对各个属性施加不同的规则，就可以获得不同形态的烟火）：∙Coordinate（坐标）在烟火爆炸的时刻，每个粒子都有一个相同的初始坐标，随着时间的推移，粒子的新坐标将由它的旧坐标和加速度来求得∙Velocity（速度）每个粒子都有一个随机产生的初始速度，粒子的新速度由加速度和空气阻尼来求得∙Acceleration（加速度）在烟火中，每个粒子的加速度都等于重力加速度∙Color（颜色）粒子颜色取决于粒子的速度或生命值的大小∙Life（生命值）每个粒子都有一个初始的随机生命值，这个值将随着时间的推移而逐渐减小，直到等于0你会发现，Particle System中的粒子与C++中类的概念有些类似，实际上你完全可以将它当成类来处理，一个粒子就是一个类的实例对象，只不过有时在涉及程序优化的具体细节上，你需要放弃使用类，而使用简单而快速的紧凑代码。
粒子系统
渲染阶段
在更新完成之后，通常每个例子用经过纹理映射的四边形sprite进行渲染，也就是说四边形总是面向观察者。 但是，这个过程不是必须的，在一些低分辨率或者处理能力有限的场合，粒子可能仅仅渲染成一个像素，在离线 渲染中甚至渲染成一个元球，从粒子元球计算出的等值面可以得到相当好的液体表面。另外，也可以统：有分子、原子、离子、电子、原子核、质子、中子、介子、中微子等组成的粒子系统。 物理学微观世界粒子系统： ▪光子 ▪胶子 ▪ W玻色子 ▪ Z玻色子 强子重子/核子/超子 ▪质子 ▪反质子 ▪中子 ▪反中子 ▪ Δ粒子 ▪ Λ粒子 ▪ Σ粒子 ▪ Ξ粒子 ▪ Ω 粒子 介子/夸克偶素 ▪ π介子 ▪ K介子 ▪ ρ介子 ▪ D介子 ▪ J/ψ介子 ▪ Υ介子 原子核/原子/奇异原子 ▪电子偶素 ▪渺子偶素 ▪介子原子 ▪超子原子 ▪介子核 ▪超核 ▪重味超核 ▪分 子 ▪上夸克 ▪反上夸克 ▪下夸克 ▪反下夸克 ▪粲夸克 ▪反粲夸克 ▪奇夸克 ▪反奇夸克 ▪顶夸克 ▪反顶夸克 ▪底夸克 ▪反底夸克 粒子系统(2张)轻子 ▪电子 ▪正电子 ▪ μ子 ▪反μ子 ▪ τ子 ▪反τ子 ▪电子中微子 ▪反电子中微子 ▪ μ子中微子 ▪反μ子中微子 ▪ τ子中微子 ▪反τ子中微子等等
3DStudioMAX3通过专门的空间变形来控制一个粒子系统和场景之间的交互作用，还可以控制粒子本身的可繁 殖特性，这些特性允许粒子在碰撞时发生变异、繁殖或者死亡。简单地说，粒子系统是一些粒子的集合，通过指 定发射源在发射粒子流的同时创建各种动画效果。在3DStudioMAX中，粒子系统是一个对象，而发射的粒子是子 对象。将粒子系统作为一个整体来设置动画，并且随时调整粒子系统的属性，以控制每一个粒子的行为。在 3DStudioMAX1.0版本中，粒子系统只有Spray（喷射）和Snow（雪）两种，虽然它们是最简单的粒子系统但是效 果很好，在制作流水、喷泉、灰尘时依然适用。并且高级粒子系统的创建思想也基于Spray和Snow的创建原则， 只是加强了动画设计师控制粒子行为的功能。
粒子系统原理范文
粒子系统原理范文粒子系统是计算机图形学中一项重要的技术，用于模拟粒子的行为和效果。
它可以创建出各种各样的特效，如烟雾、火焰、爆炸物、雨水等，并在电影、游戏和其他视觉场景中广泛应用。
粒子系统的原理基于粒子的属性和行为。
每个粒子由其位置、速度、加速度、寿命、大小、颜色等属性来描述。
通过引入力、透明度、大小变化等效果，可以模拟出各种粒子的行为。
粒子的位置和速度是通过数值积分来计算的。
数值积分是一种数值方法，可以通过当前的位置和速度来预测下一时刻的位置和速度。
一些常用的数值积分方法包括欧拉法、改进的欧拉法和四阶龙格-库塔法。
这些方法可以根据物体的质量、力和它们之间的关系来计算粒子的加速度。
例如，通过引入重力，可以模拟粒子下落的行为。
粒子的寿命和大小常常与时间变化相关。
通过为每个粒子设置一个初始寿命，并在每个时间步长内减小寿命的方式，可以模拟出粒子的衰减效果。
类似地，可以通过改变粒子的大小和颜色来增强粒子的逼真度。
例如，在一片烟雾中，粒子的大小可以随着时间的推移而增大，透明度也逐渐降低，以模拟出真实的烟雾效果。
粒子系统还可以实现一些高级效果，如碰撞检测和相互作用。
通过检测粒子之间的距离和相对速度，可以在它们之间引入碰撞效果。
这可以用于模拟出物体之间的碰撞和弹开的效果。
此外，还可以通过考虑粒子之间的相互作用来模拟场景中的互动行为。
例如，在一个下雨的场景中，粒子之间的相互作用可以导致一些粒子在落地前与其他粒子发生碰撞，从而产生溅起的水花。
为了增加粒子系统的表现力，人们还发展了一些高级技术。
例如，通过引入图像纹理，可以将真实的图片应用到粒子上，以获得更加逼真的效果。
还可以使用物理模拟算法来模拟流体的行为，例如烟雾和火焰。
此外，在游戏开发中，还可以将粒子系统与其他技术结合使用，如光线追踪和阴影计算，以获得更加逼真的视觉效果。
总之，粒子系统是一种通过模拟粒子的行为和效果来生成视觉特效的技术。
它基于粒子的属性和行为，并利用数值积分、寿命变化、碰撞检测和相互作用等原理来实现。
粒子系统原理
粒子系统原理一、引言粒子系统是计算机图形学中一种常见的技术，用于模拟和渲染许多自然现象，如火焰、烟雾、雨滴等。
本文将介绍粒子系统的原理及其在计算机图形学中的应用。
二、粒子系统的定义粒子系统是一种基于粒子的模拟技术，通过在三维空间中创建和控制大量的小粒子来模拟自然现象。
每个粒子具有一些属性，如位置、速度、质量等，并且可以根据一定的规则进行更新和交互。
三、粒子系统的组成1. 粒子的属性：每个粒子都有一些属性，如位置、速度、质量、颜色等。
这些属性可以根据需要进行调整和修改，以实现不同的效果。
2. 发射器：发射器是用于产生粒子的对象，可以控制粒子的生成位置、速度、方向等。
通过调整发射器的属性，可以改变粒子的发射方式和效果。
3. 力场：力场是粒子系统中的一个重要概念，通过施加力场可以改变粒子的运动轨迹和行为。
常见的力场包括重力、风力、引力等，可以根据需要进行调整。
4. 碰撞检测：粒子系统中的粒子可能会发生碰撞，需要进行碰撞检测和相应的处理。
碰撞检测可以用于模拟粒子之间的相互作用，如碰撞后的反弹、粒子之间的碰撞效果等。
四、粒子系统的原理1. 粒子的更新：粒子系统通过不断更新粒子的属性来模拟粒子的运动。
更新可以根据粒子的当前状态和外部影响进行计算，如根据粒子的速度和时间推导出粒子的位置。
2. 粒子的渲染：粒子系统通常会将粒子渲染成可见的图像，以显示其效果。
渲染可以使用点、线、面等不同的图元来表示粒子，并根据粒子的属性进行着色和光照处理。
3. 粒子的交互：粒子系统中的粒子可以通过各种方式进行交互，如碰撞、吸引、排斥等。
这些交互可以通过力场、碰撞检测等机制来实现，以增加系统的真实感和动态效果。
五、粒子系统的应用粒子系统在计算机图形学中有广泛的应用，常见的应用场景包括：1. 火焰和爆炸效果：通过粒子系统可以模拟火焰和爆炸的效果，包括火花、烟雾、火球等。
2. 水面和海浪效果：通过粒子系统可以模拟水面和海浪的效果，包括波纹、浪花、涌浪等。
粒子系统
课后总结: 本讲主要学习了基本粒子系统 的应用，及掌握粒子的参数 上机任务： 1.雨、雪的制作 2ort Cont: 视口显示 Render Count:渲染显示 Flake Size:雪片大小 Speed:速度 Variation:变化,影响粒子 初速度和方向 Tumble:翻滚 Flakes:雪花状 Dots:圆点 Ticks:十字叉
Render:渲染 Six point:六角形 Triangle:三角形 Facing:四边形 Emitter:发射器 Width:宽度 Length:长度
Blizzard（暴风雪）
Blizzard（暴风雪）粒子从一个平面向外发射粒 子流，与Snow（雪景）粒子系统相似，但功能 更为复杂，暴风雪的名称并非强调它的猛烈， 而是指它的功能强大，不仅用于普通雪景的制 作，还可以表现火花迸射、气泡上升、开水沸 腾、满天飞花、烟雾升腾等特殊效果。
PCloud(粒子云)
PCloud（粒子云）命令能够限制一个空间， 在空间内部产生粒子效果。可以做水流的效 果。
Super Spray（超级喷射）
Super Spray（超级喷射）与Spray（喷射）粒 子系统相似，从一个点向外发射粒子流，但功 能更为复杂。
Spray（喷射）
Spray（喷射）发射垂直的粒子流，粒子可以是 四面体尖锥，也可以是四方形面片，用来表示 下雨、水管喷水、喷泉等效果，也可以表现彗 星拖尾效果。这种粒子系统参数较少，易于控 制，使用起来很方便，所有数值均可制作动画 效果。它的优点就在于它能创建带有长度的粒 子系统，这是它的一个很好的地方，也是它与 其它的粒子系统的一个区别。
粒子系统 （上）
教学目标： 本讲主要学习粒子系统动画，加强粒 子的使用，提高学生对动画的认识 学习重点： 粒子的基本参数 粒子的类型 学习难点： 粒了系统的动画
粒子系统
粒子系统是衡量一个三维动画软件强弱的重要标准。
Maya 2.5拥有目前世界上最强大的Maya F/X特效软件包，能精确模拟真实世界中存在的各种作用力，比如重力、风力、摩擦等。
而Softimage Extreme 3D 3.8的粒子系统是独立的程序组，有占用系统资源少、渲染效果好等特点，最新的Softimage的超强进阶版本Sumatar更是将粒子系统合并进统一的软件中，更加方便操作。
而3DS Max 3.0的粒子系统基本上和上一个版本（2.5版）没有多大区别，只是加入了粒子系统可以参加动力学计算的功能。
但即便如此，3DS Max 3.0的粒子系统也是足够的强大了。
下面，就笔者认为的最有价值的功能专题介绍。
1．爆炸效果和气泡效果的模拟——PArray。
PArray能够指定一个场景中的物体作为发射器，并能将粒子设为该发射器物体的碎片而且数量可调，这样，就能轻而易举的模拟爆炸效果，其真实程度远远高于其他方法。
用3DS Max 3.0打开光盘目录下的Tut\Tut03下的Blast.max文件，播放动画可以看到爆炸效果，如图1所示。
场景中的PArray指定了火箭物体作为发射器（Emitter），在Particle Type下的Particle Types下选择Object Fragments，并在Object Fragments Controls下选择Number of Chunks，设参数值为100。
这样，爆炸便产生了。
如果将PArray的Particle Type设为普通物体（Standart Particles），也能产生千变万化的效果。
用3DS Max 3.0打开光盘目录下的Tut\Tut03下的Bubbles.max文件，播放动画，如图2所示。
场景中的PArray 指定了Cylinder02物体作为发射器（Emitter），在Particle Type下的Particle Types下选择Standart Particles 并设Standart Particles为Sphere，于是便产生了气泡上升的效果。
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Particle spawn粒子生成
particle spawning effects: die after collision:粒子碰到偏离器时消失。 persist:决定粒子发生碰撞后存活的时间。 spawn on collision:碰撞后再生 spawn on death：消亡后再生 spawn trails:沿轨迹再生 spawn trails: 每帧都存在粒子再生 spawn :每次再生粒子的数目 affects:设置粒子的百分比 multiplier：粒子倍增数
该值越大，粒子喷射越强，范围就越广。
drop:水滴状
dots :圆点状
ticks:十字交叉壮
这个只能控制粒子系统在视图中的显示，
不能控制渲染输出的粒子形状，渲染输出
的形状有：
tetrahedro: 四面体
facing:方形面
Spray
Timming选项组 Start：粒子开始发射的所在帧数位置 Life ：粒子从开始到消亡的时间，粒子寿命 Birth rate ：每一帧粒子产生的数量，
Snow
Render 选项组：可以设置渲染输出时雪 花的形状。
six point:六角形 triangle：三角形 facing ：方形面
Snow
Super spray
超级粒子喷射系统： Basic parameters:
Off axis轴偏离：粒子偏离Z轴的角度 Spread发散：控制粒子流偏离图标箭头的发散角度 Off plane平面偏离：影响关于Z轴的发射角度，即粒
空间扭曲物体：
force力 deflectors偏离 geometric/deformable几何变形 modifier-based基于编辑修改器
Gravity重力
strength:重力场的大小 decay:力场的衰减 planar和spherical:力场的形状
Deflector和udeflector偏转器和通用偏转器
use rate : 指定每一帧粒子发射的数目， 得到稳定的粒子流。
use total: 指定粒子在生命期内，形成的 粒子总的数目。适合制作爆炸效果。
Superticle motion 粒子运动状态
speed:粒子生成速度。 variation:可以使粒子拥有不同的速度。
standard particle标准粒子
Triangle三角形 Cube立方体 Special交叉面 Facing方形面 Constant恒定面 Tetra棱锥形 Sixpoint六角形面 Sphere球体
Super spray
Super spray
Meta particles parameters metaball 一种粘性球体 tension 张力：定义了对象融合的难 易程度该值越大粒子越难融合。 variation 改变张力值
conatant关闭时这一项才可用 Emitter：定义的粒子在场景中出现的区域。
可以设置发射器的宽度和长度， hide可以控制是否隐藏发射器
Spray
Snow粒子系统主要用来模拟飘雪、乱飞的纸屑等。
参数面板除了几个特殊的与spray有所不同， 其他基本类似。
可以设置粒子的翻滚： Tumble: 翻滚值为0时没有翻滚， 值为1时翻滚最大。 Tumble rate：翻滚速率，值越大越快。
Bounce: 控制粒子在偏转器上的反弹速度， 值为１时表示反弹后的速度与原速 度相同。
Variation:指定粒子反弹变化范围。 Chaos:控制反弹后方向的变化。 Friction:指定粒子在偏转器上所收摩擦力 Inherit vel:速度继承 Pick object:可以将场景中的对象作为偏转器。
第二十四讲粒子系统
3DSMAX 提供了两种不同类型的粒子系统，
一种是事件驱动，
另一种是非事件驱动。
作为非事件驱动粒子系统有六种分类： Spray粒子系统 Snow粒子系统 Super Spray粒子系统 Blizzard粒子系统 PArray粒子系统 Pcloud粒子系统
Spray粒子系统主要用来模拟雨滴、 喷泉、水龙头等的流水效果。
子从XZ平面开始，绕Z轴旋转的 角度。 Spread发散：影响粒子流关于OFF PLANE 轴的发散角 度。 Percentage of particles粒子比例：设置视图中粒子显
示数目与渲染数目的百分比。
Super spray
Particle generation粒子生成 Particle quantity选项组：
主要参数： Particle 选项组： Viewport Count:通过降低显示数目，可以使
视图的更新速度更快。 Render Count:粒子在实际渲染中每帧可达
到的实际渲染数目。
Spray
Drop size:粒子在渲染输出时的大小
Speed：决定粒子在离开发射器时最初速度
Variation：可以控制粒子的初始速度和方向，
grow for:控制粒子 从非常小变到指定大 小所用的帧数。
fade for: 指定粒子在消亡之前收缩到原 来1/10大小所用的帧数。
Super spray
Particle type粒子的类型： standard particle标准粒子 metaparticles超密粒子 instanced geometry实例化几何体
Instancing parameters选项组 pick object:可以在场景中选取一个对 象作为粒子。
Super spray
Rotation and collision spin time自旋时间： 控制粒子旋转一周的帧数。 random随机； direction of trave/mblur沿粒子运动的方向发生旋转； user defined 可以自定义旋转轴。
Super spray
Particle generation粒子生成 Particle timing 粒子 发射和结束的时间
display until:控制粒子全部消失的时间。 life 寿命：设定粒子产生到消亡的时间。 variation:可以使粒子的寿命发生变化。
Super spray
Particle generation粒子生成 Particle size粒子大小