パーティクル入門 (5) GPU スプライト エミッタを作る

ビデオの内容紹介 
GPU によるパーティクルをエミットする (放出する) スプライト エミッタを作ります。前回の標準的なスプライト エミッタと多くの部分が重なりますが、2 つほど注意しなければならない点もあります。

原題  Introduction Particles 5 – Creating a GPU Sprite Emitter

[1] GPU パーティクルはなぜ必要か

まず、GPU スプライト エミッタのためのフォルダを作っておきます。名前は GPUSprite とします。
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次に、前回作成したスプライト エミッタのフォルダ Sprite を開き、その中に入っている P_Sparks というファイル (パーティクル システム) を先ほどの GPUSprite にコピーします。
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コピーした P_Sparks に P_Sparks_GPU という名前を付けます。
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これを メインエディタのビューポート内の GPU Sprite Emitter という展示台にドラッグアンドドロップします。
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P_Sparks_GPU をダブルクリックしてエディタ (カスケード) を開き、少し下準備をしておきます。Particle Emitter の左端 (ピンク色の部分=この色がビューポート内右下のパーティクルの数を示す数字の色となっています) をクリックしてカラーピッカーを表示させます。
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カラーピッカーで、なるべく見やすい色にします。たとえば、白や黄色などに。
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さて、ここで Spawn (発生) の Rate を 1000 にしてみます。すると、下の画像にあるように (CPU による) 処理が追いつかず、パーティクルが途切れ途切れに放出されるようになります。
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そこで、Particle Emitter の下のスペースを右クリックして、TypeData から New GPU Sprites を選択してみます。
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Collision と Light の機能 (モジュール) にバッテンがついて、使えなくなります (GPU パーティクルを使用すると、このように制約も生じます)。
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それぞれのモジュールを右クリックして、Delete Module (モジュールを削除する) をクリックします。
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ここで、Spawn Rate を 2000 にしてみると、途切れることなくちゃんと表示されます。
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このように GPU は並列処理が得意であるため、パーティクルのように多数のものを表示することに向いています。(GPU は元来、描画処理をサポートするために生まれたものです。)

[2] パーティクルの色を調節してみる
チュートリアルでは、まず、色を調節しています。Color Over Life (パーティクルの一生の色) モジュールを選択して、Details パネルで Distribution Vector Constant を選択します。これは、ベクター (色の 3 要素の値をベクターに入れています) を一定の値として分布 (配置) させるためのものです。つまり、パーティクルが生きている間、色の値が一定で変化しないということになります。(Distiribution については、前回の記事をご覧ください。)
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ここでは、R、G、B に値を入れて緑っぽい感じにしています。
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パーティクルの流れる向きをメインエディタのビューポートに合わせて、更に、G の値を少し落とします。
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メインエディタの Lit をクリックして Exposure → Fixed at Log 0 を選択します。これは、光の露出を固定 (fixed) するものです。目の慣れをシミュレーションする機能を停止して見やすくしています。ここでは 0 として明るさを調整することなく表示されます。
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メインエディタでは次のように表示されます。
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[3] Bounds (領域) を設定する
このパーティクルには問題があります。カメラを少し回転させると、表示されなくなってしまうのです。
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カスケードのビューポートには、WARNING: This particle system has no fixed bounding box and contains a GPU emitter. と書いています。つまり、「このパーティクル システムには、GPU エミッタが含まれていながら、固定したバウンディング ボックスがない」と警告が表示されています。そこで、メニューバーの Bounds の右横をクリックして、Set Fixed Bounds (固定した境界を設定する) を選択します。
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バウンディング (境界) ボックスは、負荷を限定的なものにするために必要となるものです。通常、陰に隠れたものは CPU が判断して描画しないようにしますが (カリング)、GPU パーティクルについては GPU 上で実行されていため処理できません。そのため、バウンディング ボックスを使って、描画すべきか否かを決定しています。つまり、視錐台 (frustum つまりカメラの見えている範囲) にこのバウンディング ボックスが一部でも入っていれば描画されることになるのです。

さらに、Bounds をクリックして、バウンディング ボックスを表示してみます。また、Restart Level (レベルを再起動) をクリックします。
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これでカメラが回転しても、パーティクルが非表示になることはなくなりました。
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[3] コリジョンを設定する
先に見たように、GPU パーティクルでは、通常のコリジョンのモジュールは使用できないので、今は次のようにフロアをパーティクルが抜けてしまいます。
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その代わりに、Collision (Scene Depth シーン深度) というモジュールが使えます。
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これは、奥行きのデータを保存した Z 深度を利用してコリジョンを実現するものです。下のようにフロアとコリジョンするようになりました。
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フロアを抜けることもなくなりました。
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Resilience (弾力) を低目にして、パーティクルがあまり跳ね返らないようにしました。
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さらにパーティクルの寿命も延ばしてみます。
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すると、さらにフロアにダラーっとパーティクルが流れるようになります。
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Collision (Scene Depth) を使うと、あらゆるものと低負荷でコリジョンさせることができます。試しに、UE4 のマークのスタティックメッシュを配置してみると、ちゃんとコリジョンします。
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[4] ベクターフィールドを設定する
ベクターフィールドとは、格子状になっている平面や立体があって、その格子 (グリッド) に 1 個ずつベクターを置いていきます。このベクターは、そのグリッドに入ったパーティクルの進む方向に影響を与えるものです。イメージとしては次のような感じです。
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この矢印 (ベクター) によって、パーティクルが力を受けることになります。

チュートリアルでは、vel_219 (Vector Field) という既に用意されているベクターフィールドを使用していますが、UE4-8 には見当たらなかったので、VelocityGrid60 というベクターフィールドを使うことにします。(どのような力を受けるのかまったく不明です。)
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例によって、スペースをクリックして、Vector Field → Local Vector Field を選択します。(Local とは、この場合、「パーティクル システム内に置く」という意味です。)
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メインエディタで VelocityGrid60 を選択状態にしておき、
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カスケードに戻って、Details パネルの Vector Field の右側についている矢印をクリックすると、先ほど選んでおいた VelocityGrid60 が自動的に指定されます。(ついでに Bounds をクリックして、バウンディング ボックスが表示されないようにしておきます。)
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色々と調整していきますが、まず、ベクターフィールドを表示するようにします。ビューポート内の View (表示) メニューで Vector Field をチェックします。
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かなり小さいので大きさを変更します。操作しやすいようにかなり大きめにしてみました。
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エミッタがベクターフィールドからはみ出しているので、小さなウィジェットをつかんで上下左右に動かします。
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次に Intensity (強さ) と Tightness (結びつき) を調整します。Intensity を大きくすると、それだけパーティクルが影響を受けます。つまり、速く動くことになります。Tightness を大きくすると、そのベクトルの影響度が増します。つまり、この値を 0 にすると、影響度はなくなりますが、1 にすると、パーティクルの固有のベロシティ (速度と方向) が無効になり、ベクターのそれが取って代わることになります。次のようにします。
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以上の設定でメインエディタのビューポートで表示すると、次のようになります。
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かなり、暴れています。さらに、次のようにも調節してみます。
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次のようになります。
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更に、パーティクルの寿命を延ばします。
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パーティクルの速度によってその大きさも変えてみます。
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何か不気味なものができました。ロールシャッハテストにでも使えそうです。
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更には、ベクターフィールド自体を回転させてみます。例によって、スペースを右クリックしてから Vector Field → VT Rotation Rate (ベクターフィールドの回転速度) を選択します。
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X、Y、Z に数値を入れます。
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ベクターフィールドの大きさや Intensity / Tightness をさらに調整します。(任意)
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次のように表示されました。
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[5] まとめ
チュートリアルでは最後に重要なポイントを 2 点述べられています。
1. 必ずバウンディング ボックスを設定すること。
2. 使えないモジュール (たとえば、Light) を使うには、別途そのためのエミッタを作ること。(同じパーティクル システムに)
ということでした。

今回もかなりの長編になりました。お疲れ様でした!







About なつのや

アンリアル・エンジン 4 を基礎から勉強するためのサイト「UE4 の学び部屋」を開いています。どうぞよろしくお願いいたします。
UE4チュートリアル, パーティクル

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