三维粒子系统在FlashAS2中的实现

　　摘要:

　　本文通过粒子系统及三维粒子透视投影变换，运用FlashAS2及其研发环境，实现了基本的三维粒子系统。并结合相关的曲线及运动方式，实现了抛体运动，Fermat螺线上升运动连同龙卷风效果。表现了一定的数字艺术层的美感。

　　关键词:粒子系统，三维，数字艺术

　　1前言:

　　三维粒子系统是一类令人感到激动又十分有趣的动画程式。他的实现方式主要需要用基于粒子系统构建的图像学，动力学连同数字艺术等多方面的知识。[1]介绍了基本的三维视图通过透视投影变换到二维场景的方式。[2]介绍了一个基本的粒子系统的实现。在这两篇文章的基础上，再结合比较简单的运动学方面的知识，在本文中实现了基本的三维粒子系统，并实现了抛体运动，Fermat螺线上升运动连同龙卷风效果。这些作品表现了一定的数字艺术层的美感。

　　另外，研发选用的是基于AS2语言的Flash研发平台，这种研发模式具备以下长处:

　　1)Flash播放器具备极高的普及率，而且swf文档格式是跨平台的。

　　2)Flash的失量图像处理模式极强，适合网络传播图像，动画及各类互动效果。

　　3)Flash平台下的交互动画研发方便，采用了AS2语言能够面向对象的模式来组织程式结构。交互效果能够实现的很到位。能够说，是一种面像图像研发的脚本语言。（正如Matlab能够说是面向科学工程计算的脚本语言相同。）

　　当然，这种模式也是有缺点的，比如Flash播放器在处理一些较大运算时的效果不是很

　　理想。

　　由于这个程式重点在实现相应的图像效果上，主要是测试之用，所以采用Flash的AS2

　　来进行是很合适的。

　　2程式总体思路及关键部分:

　　2.1粒子系统的框架:

　　[2]中已有叙述，这里简要回顾之:

　　2.2三维粒子在二维场景的透视成像:

　　[1]中已有详述，这里简要回顾之:

　　对于一个在三维场景中的点p(x,y,z)

　　其在距离原点距离为d处的位于z轴正半轴上的点(0,0,d)而言，其对应到二维投影面的点p’(x’,y’)有如下计算公式:

　　

　　图1

　　2.3.1抛体运动模式关键:

　　抛体运动在这里的右手坐标系（图1）中，是指以y为竖直运方向作上抛运动，x,z方向以固定速度运动的方式。我们在公园里看到的许多喷泉就是这样的例子。

　　由于初始化后任何粒子统一生成，所以要看到类似喷泉的效果，需要待几个粒子生成周期之后，生成粒子和死亡粒子能够持续交替时，便会呈现出不错的效果。图2展示了300粒子在程式运行过几个粒子生成周期后的效果。

　　相应初始程式、参数及运动函数如下:

　　图2

　　

　　2.3.2Fermat螺线上升运动:

　　Fermat螺线的极坐标表达为:

　　ρ=a*θ^(1/2)

　　这里要做的，就是将θ角在某粒子和xz平面垂直的截平面上对应的Fermat螺线极坐标转换成x及z坐标值。再进行相应的更新即可。和前一种不同的是，这里只有y轴方向需要用到vy，而x,z轴的位置则由于采用了坐标控制模式，所以无需使用vx,vz。为了整体程式设计上的统一，可将vx,vz设定为0。

　　和上一个抛物线型运动不同，这里的Fermat螺线运动假如新生粒子和死亡粒子构成了持续生成关系时，将使画面较为混乱。因此，需要将粒子的初始y值及vy,ay设定的靠近些。

　　能够看到，团状的粒子簇旋转上升后又扩散下降，无序之中体现着一丝韵律，我将这样的效果命名为“银河落九天”，不知诸位为以为如何？(参图3)