作者：精鹰公司编著
出版社：人民邮电出版社
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3dsMax印象影视粒子特效全解析试读：
前言
随着CG行业的不断发展，越来越多的人加入这个行业，同时伴随多年来中国影视产业的不断改革升级，影视产业的专业化已得到纵深发展。从电影特效到游戏动画，再到电视传媒等，对专业化人才的需求也越来越大，对CG领域的专业化人才也就有了更高的要求。而现实是，这类专业化人才并不能满足行业现状的需求。很大一部分进入这个行业的设计师，因为缺乏完整而系统的学习，导致理论与实践相距甚远，各种已掌握的技术不能随心所用，或者不能很好地将艺术设计与软件技术汇通融合，导致很多设计师的潜力得不到充分发挥。
2012年伊始，精鹰开始筹划编写系统的、针对性强的、亲和性好的系列图书教材。这套教材集中了公司多年来的创作成果，可以说是精鹰多年来的实践精华和心血所在。经过一年的精心编写，《精鹰课堂》之“影视包装材质与特效”和“电视频道整体包装”已率先与大家见面，其他关于电视栏目、大型活动等内容的图书也将陆续出版。
在图书的编写过程中，我们立足于呈现完整的实战操作流程，搭建系统清晰的教学体系，包括技术的研发、理论和制作的融合、项目完整流程的介绍和创作思路的完整分析等内容。虽然本书配套光盘中有完整的工程文件，但我们还是建议读者不要脱离教材文本，因为文本中有关于创作思路和技术技法的详尽解读，这些内容都是我们多年积累的宝贵经验。另外，也希望读者不要满足于对案例的简单模仿，而忽略对整个创作过程的领会与思考。
本书得以顺利出版，首先这里得感谢和我一起经历风雨、见证精鹰成长的精鹰总裁阿虎，正是因为和他的支持与协作才会有这套精鹰公司的系列图书。
书中难免会有一些纰漏不足之处，在此也恳请读者批评指正，我们一定虚心领教从善如流。同时，精鹰公司的网站（www.4006018300.com）上开设了本书的图书专版，我们会对读者提出的有关阅读学习问题提供帮助与支持。
我们会坚持一直为客户做“对”的事，提供“好”的服务，协助客户建立品牌永久价值，使之成为行业的佼佼者。这就是我们矢志不渝的使命。精鹰艺术总监：莫立2014年1月第1章3ds Max粒子系统概述
本章内容
Spawn【繁殖】测试
烟花群舞和烟花绽放效果的制作
Collision Spawn【碰撞繁殖】
粒子材质的设置1.1 粒子系统的发展
1983年有人提出：一个粒子系统由大量的粒子构成，如果赋予每个粒子一组属性，如生命期、大小 、位置、形状等，粒子就会不断地运动从而改变外部形状，以此来表现出景物的形状特征和其动态变化。这被看作是粒子系统的起源。
粒子系统主要用于模拟火、烟、焰的动态效果，光、影、闪电特效，雨雪降落过程，液体或气体的流动过程等，所以它被广泛应用于虚拟现实、三维仿真、游戏开发、电影特效和可视化等领域。
如今，粒子系统不断地被改进和完善，其应用领域也在不断地得到拓展。很多三维软件和后期合成软件中都有粒子特效，粒子特效可以模拟现实世界中物体间的相互作用，可以帮助我们在影视中实现现实生活中不可能完成或是很难完成的拍摄镜头，能够给人耳目一新的感觉和强烈的视觉震撼效果。粒子系统在未来影视中的作用和前景占有不可替代的地位。1.2 3ds Max粒子系统的发展
3ds Max粒子系统从1994年3ds Max 1.0版本中就已经有了Spray（喷射）和Snow（雪景）粒子系统，伴随3ds Max R2版本的诞生，性能成倍地增强，又增加了Super Spray（超级喷射）、Blizzard （暴风雪）、P array （粒子阵列）和P cloud（粒子云）4种新型粒子系统。到了3ds Max 3.0版本，又加入了粒子系统可以参加动力学计算的功能。随着3ds Max的不断发展，以及粒子系统功能的不断加强和完善，目前在3ds Max 6.0以后的版本中加入了节点式粒子工具——PF Source粒子流系统。
新一代的粒子流系统可以将任何造型作为粒子，表现能力大大加强，比如可以制作成群的蚂蚁、飞鸟、飘落的树叶等。它更像是一种可视化编程工具，如今粒子流建模、动画已经广泛应用于影视、广告、视频包装等可视化项 目中。1.3 粒子系统的概念
粒子系统是由总体具有相同的表现规律、个体却随机表现出不同特征的大量显示元素构成的集合，如图1-1所示。图1-1
界定粒子系统有以下3个要素。（1）群体性：粒子系统是由“大量显示元素”构成的。因此，粒子系统相当于是一群蜜蜂，而不是一只蜜蜂。（2）统一性：粒子系统中的每个元素具有相同的表现规律。比如组成火堆的每一个火苗，都是红色、发亮、向上跳动，并且会在上升过程中逐渐变小以至消失。（3）随机性：粒子系统中的每个元素随机表现出不同特征。比如飞行的蜂群中的每一只蜜蜂，它的飞行路线可能会弯弯曲曲，就像布郎运动一般无规则可寻，但整个蜂群，却是向同一个方向运动（这就是上一点所说的统一性）。1.4 3ds Max内置粒子系统介绍
3ds Max内置粒子系统是一个相对独立的造型系统，它主要用来创建雨、雪、灰尘、泡沫、火花、爆炸、气流等特效。3ds Max共内置了7种粒子系统，其中喷射和雪为基本粒子系统；暴风雪、粒子阵列、粒子云、超级喷射和粒子流源则属于高级粒子系统。下面是对这7种粒子系统的简单介绍。（1）喷射。它主要用于发射垂直的粒子流，产生的粒子可以是四面体尖锥或四方形平面几何，这种粒子系统可用来模拟水流、喷泉、导火索上的火花和爆竹等效果，也可以用来表现彗星拖尾效果，如图1-2所示。图1-2（2）雪。雪粒子系统主要用来模拟下雪的效果，还可以将多维材质指定给它，从而产生五彩缤纷的碎片下落，如图1-3所示。图1-3（3）暴风雪。暴风雪粒子系统与雪粒子系统相似，它主要从一个平面向外发射粒子流。从发射平面上产生的粒子在落下时将不断旋转、翻滚。它们可以是标准几何体、变形球粒子或替身几何体，可以用于表现火花迸射、气泡上升、开水沸腾、漫天飞花和烟雾升腾等特殊效果，如图1-4所示。（4）粒子阵列。首先选择一个三维目标对象作为粒子的发射器，从它的表面向外扩散出粒子阵列以产生喷射的效果；也可以从场景中拾取目标对象作为粒子阵列的替身物体，将它自身崩裂发射出去以形成爆裂的效果，如图1-5所示。图1-4图1-5（5）粒子云。利用它可以指定一个空间范围，并在空间的内部产生粒子效果。通常空间的形状可以是一些标准的几何体如球形、柱体或长方体，也可以是用户任意指定的目标对象；而向空间发射的粒子类型可以是标准几何体、变形球粒子或实例几何体。此功能常用来制作堆积得不规则的群体如成群的鸟儿、蚂蚁、蜜蜂，人群，天空中的星星等，如图1-6所示。（6）超级喷射。它与喷射粒子系统相似，但功能更为复杂。它主要从一个点向外发射粒子流来产生线型或锥形的粒子群形态，可以实现喷射效果，常用来制作飞机喷火、潜艇喷水、机枪扫射、水管喷水、喷泉和瀑布等特技，如图1-7所示。（7）粒子流源是事件驱动性粒子系统，是每个流的视口图标。在视口中选择一个源图标，粒子源图标大致等同于粒子视口中的全局事件，此时，粒子流发射器层的卷展栏显示在修改器面板中，如图1-8所示。图1-6图1-7图1-8
在本书中，将重点介绍3ds Max中7种内置粒子系统中的第7种—粒子流源粒子系统。1.5 3ds Max的粒子特效插件的介绍
在本节中，将简要介绍3ds Max粒子特效的5种插件，它们分别是：AfterBurn、Fume FX、Thinking Particles、Krakatoa和Particle Flow Tools。本书采用实操案例的形式对这5种粒子特效插件进行讲解，详细地介绍它们的参数功能。每种粒子特效插件都结合了其他粒子系统（内置的粒子系统、PF）一起使用。下面是对这5种粒子特效插件的简单介绍。1.5.1 AfterBurn
AfterBurn是基于粒子系统的气体效果的3ds Max插件，可为3ds Max 用户提供云、烟、尘埃、爆炸及液体金属等特效，它在气体特效上的应用很强大且齐全，有几个比较突出的地方，一个是浓烟滚滚的爆炸，一个是流动的云朵。AfterBurn在制作这些特效时都能够很轻易地达到仿真的效果，通常使用它的目的就是制作烟火和云团的特效。1.5.2 Fume FX
Fume FX是基于真实的物理流体力学原理而设计的一款粒子流特效插件，可为3ds Max 用户提供火焰、浓烟、爆炸及其他流体效果，Fume FX最大的特点就是它不仅能很好地模拟出复杂流体气体的运动行为，同时还能考虑到物理学中温度、重力、燃料、能量等因素对模拟效果的影响，其强大的功能和真实的效果给人以耳目一新的感觉。1.5.3 Thinking Particles
Thinking Particles是一款高级的粒子特效插件，其强大之处主要体现在：条件和操作项的无限结合可以定义粒子系统中每个独立粒子的行为。Thinking Particles通过编程方法提供粒子系统功能，编程语言使得用户可以自由地进行编程，但与编程不同的是：用户不需要编写单行的代码，任何3ds Max 用户都可以定义规则并且控制粒子行为。1.5.4 Krakatoa
Krakatoa是Thinkbox Software公司开发的一款经过验证的体积粒子渲染、处理和管理工具包。它提供了一个获取、缓存、转换、修改、变形、剔除、着色和渲染巨大数量粒子的功能，并且可以以空前的速度来仿真自然现象，例如灰尘、烟、泥沙、海洋表面泡沫等。Krakatoa集成了粒子流和灵活的3ds Max内置事件驱动粒子系统，同时还提供了数据转换能力，来和其他的3D和仿真应用程序分享粒子数据。Krakatoa还提供了高质量的预设和历史记录系统，能够对任何运行在Krakatoa用户界面的渲染和保存操作进行自动化记录，并允许浏览任何设置和渲染结果，这样使得用户可以在以后的项目中对比和恢复部分或完整的相同视觉外观效果。1.5.5 Particle Flow Tools Box#2
Particle Flow Tools Box#2插件是被设计用来增强3ds Max中Particle Flow系统的物理性能的。它利用强大的PhysX模拟引擎，以及Box#2提供的操作符和测试来产生真实世界的自然效果和人工产生的力学效果。它打破原始的束缚，将粒子绑定在一起，在粒子和其他物体之间产生碰撞等。其中还包括了几个新的出生控制器，可以用来优化动力学模拟。更不可思议的是， Box#2给使用者提供了3个使用起来非常简单的修改器，让粒子对标准网格物体产生影响，其方法绝对会让人兴奋不已。1.6 粒子系统的基本原理
粒子系统基本原理是将大量相似的微小的基本粒子图元按照一定的规律组合起来，以描述和模拟一些不规则的模糊物体。属于粒子系统的每个粒子图元具有确定的生命值和各种状态属性，如大小、形状、位置、颜色、透明度、运动速度、运动方向等。在粒子系统中，粒子都要经过“产生”、“运动变化”和“消亡”这么3个生命历程，所有存活下来的粒子的生命值、形状大小等属性一直都随着时间的推移而变化，其他属性则在其限定的变化范围内随机变化，这些粒子的各种属性变化组成一幅连续变化的动态画面，模拟出了模糊物体的随机性和动态性。1.7 粒子系统在影视特效中的特性
粒子特效是建立在影视艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对独立的新型艺术形式。随着电脑软硬件的进一步发展，粒子特效技术的应用得到了空前的发展，粒子特效作为一个独立学科真正走上了迅猛发展 之路。1.7.1 影视制作离不开粒子特效
在现实生活中，有许多镜头是我们不可能获得的或具有危险性的，这就需要通过电脑和特效软件来实现。例如现场爆炸涉及大量的装备，对演员和摄制人员来说也构成不小的威胁，常常只有一次拍摄机会。粒子特效恰恰在这方面有着自己的独特优势，通过粒子特效可以完成真实感很强的爆炸、枪炮口的闪光、烟雾和子弹击中后目标脱落散开产生的碎屑效果，如图1-9所示。图1-91.7.2 不受天气、季节等因素的影响
在拍摄的过程中，如果我们需要一个暴风雪、暴雨的场景，但天气的变化不是我们可以掌握的，事实上，气候条件很少符合现场的要求，拍摄更不可能去等待完美的气候条件。但利用粒子特效，暴风雪、冰雹、暴雨这一系列的极端的天气状况我们都可以不受现实天气的影响来实现，而且制作出来的效果还会很显著。1.7.3 粒子特效的应用可降低制作成本
粒子特效的利用在一定程度上减少了影视作品上的成本输出。粒子系统特效不需要复杂的制作环境，有时候仅仅需要几个工作人员和几台电脑。在影视作品中我们经常会需要用到花火的场景，如果要拍摄这些场景我们往往要花费大量的金钱并且要一次就成功。这样的场景特效我们完全可以通过粒子系统特效来模拟完成。这样不仅可以减少成本输出，而且粒子系统特效所带来的强悍的视觉效果也可以使影片更具魅力，如图1-10所示。图1-10第2章Particle Flow的概述
Particle Flow【粒子流】（后面缩写为PF）系统是3ds Max中一个全新的事件驱动型粒子系统，它由高速运动的粒子所形成，用于创建各种复杂的粒子动画，其功能非常强大，而且它能和Maxscript脚本语言紧密结合，能够制作出更多复杂的、神奇的效果。本书通过小实例的形式对PF【粒子流】进行介绍，因为动作是构成PF【粒子流】的主要元素，因此重点对PF【粒子流】的各种动作进行详细的讲解。另外在本书的最后几章中也将讲解3ds Max的其他几种外置的粒子系统插件。2.1 PF【粒子流】的发展
3ds Max是一款插件式软件，其实用性强，但灵活性稍差。PF系统是在3ds Max 6.0版本以后加入的节点式粒子工具，它更像是一种可视化编程工具，可以让用户容易地制作出令人眩目的特效，其中的事件/判断更加要求使用者要有很强的逻辑思维能力。如今粒子流建模、动画已被广泛应用于影视、广告、视频包装等可视化项目中。2.2 PF【粒子流】的功能
Particle Flow【粒子流】系统可以自定义粒子的行为，测试粒子的属性，并根据测试结果将其发送给不同的事件。在Particle View【粒子视图】中可以可视化地创建和编辑能为粒子指定不同的属性和行为的事件。粒子系统就像一个能够产生出粒子并让其具有生命的程序，它能够影响粒子的运动、属性，测试粒子与场景中其他对象的相互作用，并且可以定义每个时间点上粒子的状态和行为。粒子生命周期可用来描述粒子从产生到消亡整个过程所产生的变化，期间粒子所受的外力和各种触发器可以决定粒子在下一个时刻的状态，通过观察粒子的生命周期更有利于我们理解粒子的工作方式。2.3 PF【粒子流】的基本工作流程
Particle Flow【粒子流】的工作方式可以理解为：首先由发射器图标发射出粒子，粒子将一直保持某一状态，直到一个事件产生；再选择一些Actions【动作】来定义这个事件中的粒子的特殊状态，通过这一组动作组合成一个完整的Event【事件】；然后使用Tests【测试】将粒子从一个事件发送到下一个事件。事件测试能改变粒子的当前状态。当一个事件产生时，就必须做出一个决定，让粒子进入一个新的发射状态。在这个新的发射状态中，可以改变粒子的某些属性如：速度、形状、尺寸、旋转等，或者使旧粒子产生新的粒子。这样，连续的一连串事件就组成了Particle Flow【粒子流】，它们之间的关系如图2-1所示。图2-1
其中，事件驱动型Particle Flow【粒子流】属于Particle System【粒子系统】中的一种，而Particle Flow【粒子流】由一连串Event 【事件】组成，每一个Event【事件】是由一个或多个Actions【动作】组成的。2.4 PF的基本术语
在学习PF【粒子流】前，先了解一下PF【粒子系统】中常用的几个相关术语的概念，这对后面章节的学习会很有帮助。（1）Particle System【粒子系统】：粒子系统是一个相对独立的系统集合，它包含了全部的发射装置，定义了场景中的粒子行为规则。粒子系统主要用来创建雨、雪、爆炸、灰尘、泡沫、火花、气流等特效。它还可以以任何造型作为粒子，用来表现成群的蚂蚁、吹散的蒲公英等动画效果。粒子系统主要用于表现动态的效果，与时间速度的关系非常紧密，一般用于动画制作，如图2-2所示。图2-2（2）Event-driven【事件驱动】：3ds Max提供了两种类型的粒子系统，它们分别是 Event-driven【事件驱动】粒子系统和Non-event-driven【非事件驱动】粒子系统。事件驱动型粒子系统也就是本书所讲的Particle Flow【粒子流】系统，它可以自定义粒子的行为，设置寿命、碰撞、速度等测试条件，并根据测试的结果产生相应的粒子效果，其设置具有较强的灵活性和可控性，适合制作较复杂的粒子动画；非事件驱动型粒子系统主要是指随时间生成粒子的动画系统，其设置起来相对较简单且快捷，适合制作简单的粒子动画特效，例如喷泉、雨雪、灰尘等，如图2-3所示。图2-3（3）Particle View【粒子视图】：它主要用来设置事件驱动模型和创建修改粒子系统，是一个可对粒子属性和行为方面的设置进行更改的主要用户界面，如图2-4所示。图2-4（4）Particle Flow【粒子流】：这是一种事件驱动型的粒子系统，它包含有一个特定的发射器，每个粒子系统可以由多个不同的粒子流组成，而这些粒子流都拥有各自不同的发射器。PF【粒子流】会随着事件的发生而不断地计算列表中的每个操作，并相应地更新粒子系统，如图2-5所示。图2-5（5）PF Source【粒子流源】：每个Source【源】在视图窗口中所显示的图标，就是粒子流默认的发射器，如图2-6所示。（6）Emitter【发射器】：这是一个用来发射粒子的对象。默认情况下，粒子流使用 PF Source【粒子流源】图标作为发射器，但也可以选择场景中的其他对象作为发射器，如图2-7所示。图2-6图2-7（7）Event【事件】：它用于定义粒子的状态，同时事件也是组成流的基本单位，不同的事件之间可以互相连接起来组成流。Event【事件】可分为Global【全局】事件和Local【局部】事件。事件由多个Actions【动作】组成，如图2-8所示。图2-8（8）Actions【动作】：这是粒子系统中最小的组成单位，也是粒子系统的核心部分，每个动作都有很多与粒子控制相关的基本设置。粒子流中有很多动作，可分为Operators【操作符】和Tests【测试】两种类型，如图2-9所示。图2-9（9）Operators【操作符】：它也称操作器，用于描述粒子的速度、方向、形状、外观等属性。将Operators【操作符】拖动到某个事件中可以为特定期间内的粒子赋予某种特性，如图2-10所示。（10）Tests【测试】：它可用来确定粒子是否满足一个或多个测试。若粒子不满足条件，测试值为假时，不满足条件的粒子会一直停留在原事件中，反复接受操作符和测试的影响，如图2-10所示。图2-102.5 Particle Flow【粒子流】的界面元素
Particle Flow【粒子流】的界面元素主要包括粒子视图、粒子流源、粒子流辅助对象和MAXScript/CUI-Only工具4个部分，下面分别来介绍这几个部分。2.5.1 粒子视图
粒子视图是用于创建和修改粒子流中的粒子系统的主用户界面，它包括5个部分，分别是①菜单栏、②主窗口（即事件显示的窗口）、③仓库、④参数面板和⑤描述面板，如图2-11所示。图2-11
菜单栏：菜单栏提供了编辑、选择、调整视图以及分析粒子系统的功能，如图2-12所示。图2-12
在编辑菜单中主要是对事件和动作进行选择的命令，在编辑菜单上的前3个命令分别提供了包含所有动作的子菜单，如图2-13所示。
在选择菜单中，选择工具默认为激活状态，可以使用此工具来高亮显示、移动以及复制事件、动作、工具和连线，也可以使用此菜单上的命令来高亮显示所有元素、不高亮显示任何元素或高亮显示按类别划分的元素，如图2-14所示。图2-13图2-14
在显示菜单中，前面的5个命令分别对应粒子视图对话框底部边界右侧的显示工具部分；在菜单中勾选的参数、仓库和描述命令，是用来显示和关闭粒子视图中的这3个面板的，如图2-15所示。
在选项菜单中，包含许多用于分析和调试粒子系统的有用选项，如图2-16所示。图2-15图2-16
在工具菜单中，提供了多个用于管理粒子流的工具，但在具体的操作中，该菜单应用较少，如图2-17所示。图2-17
主窗口：它是对PF【粒子系统】的所有事件进行编辑的窗口，提供了编辑粒子系统的全部直观功能，如图2-18所示。
注意： PF【粒子流】的许多功能可以从主窗口鼠标右键菜单和菜单栏中获得。图2-18
仓库：它包含所有粒子流的动作以及几种默认的粒子系统。要使用仓库中的项目，将其拖到主窗口中即可。仓库的内容可划分为3个类别：操作符、测试和流，如图2-19所示。图2-19
参数面板：它包含多个卷展栏，用于查看和编辑任何选定动作的参数。其基本功能与3ds Max 命令面板上的卷展栏的功能相同，如图2-20所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]