Niagara关键概念

Niagara设计理念

为何要重新塑造虚幻引擎的视觉效果系统？

虚幻引擎的用户群体在不断扩大，虚幻引擎广泛应于游戏开发领域以外的众多行业。例如：

• 建筑视觉表现
• 工业设计（如汽车设计）
• 虚拟影视制作

用户更加多样化——有设计专业的学生、独立开发者、大型专业工作室团队，以及非游戏领域的个人和公司。随着不断发展，Epic开发人员无法全面了解虚幻引擎介入的所有行业。因此我们希望创建适用于各行业所有用户的视觉效果（VFX）系统。

Cascade的利弊

Cascade是虚幻引擎使用多年的VFX系统。Cascade优点如下：

• Cascade可快速添加行为，Cascade模块层、堆栈和交互之间配合极佳。
• 非技术类的美术师也能灵活控制，并使用一套通用行为。
• 堆栈范式则提供了大量信息，且一目了然。

但Cascade也存在一些缺陷：

• Cascade功能固定。只有程序员才能更改、添加或移除功能。
• 向系统添加内容会使粒子有效荷载飙升。
• 粒子系统和引擎其余部分之间几乎无法实现数据共享。
• 事件有限且较为繁琐。
• CPU模拟和GPU模拟差异很大。

新VFX系统的目标

我们要创建新系统，取Cascade之精华，去其糟粕。因此，新VFX系统的目标是：

• 美术师可全权掌控效果。
• 各轴均可编程、可自定义。
• 提供更好的调试、显示和性能工具。
• 支持来自虚幻引擎4其他部分或外部源的数据。
• 不妨碍用户操作。

Niagara如何实现目标

数据共享

实现用户全面控制，从数据访问开始。我们希望用户能够使用虚幻引擎的所有部分的数据，以及来自其他应用程序的数据。因此，我们决定向用户公开一切数据。

粒子负载

为向用户公开所有此类数据，必须确定用户使用数据的方式。命名空间可容纳层级数据。比如，Emitter.Age包含发射器数据；Particle.Position包含粒子数据。参数映射是携带粒子所有属性的粒子负载。因此，一切都是可选项。

可添加许多数据类型

任何数据类型均可添加为粒子参数。可添加复杂结构体、变换矩阵或布尔标记。可添加任何数据类型，并应用于效果模拟。

将图表范式和堆栈范式结合

堆栈范式（例如Cascade中所用范式）和图表范式（例如蓝图中所用范式）各有优势。堆栈提供模块化行为和可读性。图表增强用户对行为的控制。新效果系统兼具两者之长。

Niagara混合结构的层级

模块

模块可用于图表范式 - 可使用可视节点图表在脚本编辑器中创建带HLSL的模块。模块相当于Cascade的行为。模块与公共数据通信、封装行为，并堆叠在一起。

发射器

发射器用于堆栈范式 - 作为模块容器，可堆叠在一起创建各种效果。发射器用途单一，但可重复使用。参数可从模块传输到发射器级别，但用户可在发射器中修改模块和参数。

系统

发射器、系统用于堆栈范式，也与Sequencer时间轴配合用于控制发射器在系统中的行为。系统是发射器的容器。系统将此类发射器组合成一种效果。在Niagara编辑器中编辑系统时，可以修改和覆盖系统中的参数、模块或发射器。

Niagara选择堆栈和堆栈组

从概念上讲，Niagara中的粒子模拟作为堆栈运行，模拟从堆栈顶部流向底部，依次执行各模块。关键点是，每个模块都指定到组，以确定模块执行时间。例如，初始化粒子的模块或粒子生成时起作用的模块位于 粒子生成 组中。

每个组中都有多个 阶段，会在一个系统的生命周期内的特定时间点上调用它们。 发射器、系统和粒子都默认具有 生成 和 更新 阶段。生成阶段会在组存在的第一帧内被触发。例如，系统会在关卡内首次实例化并被激活时触发其生成阶段。粒子会在发射器发射粒子时触发其生成阶段，在每个新粒子被创建出来时将执行生成指令。更新阶段会在系统、发射器或粒子被激活的每一帧中触发。

此外还有其他高级阶段，如 事件 和 模拟阶段。它们可以被添加到生成和更新流程中。每当粒子生成一个新事件，并设置一个发射器去处理该事件时，就会触发 事件。如果有可能，事件句柄阶段会发生在同一帧中，但位于发起事件之后。模拟阶段 是一个高级GPU功能。该功能可让一个序列中发生多个生成和更新阶段，对于构建流体模拟之类的复杂结构非常有用。

模块是项目，但项目并不是模块。模块 是用户可创建的可编辑资源。项目 指的是系统或发射器中用户无法创建的部分。举例而言，系统属性、发射器属性和渲染器都是项目。

阶段、组、命名空间及数据封装

通过将各个模块添加到 组（系统、发射器或粒子）的 阶段（更新、生成、事件或模拟），可控制模块执行时间及模块处理的数据。堆栈组关联 命名空间；此类命名空间将定义该组中的模块可读取或写入的数据。

例如，系统 组中执行的模块可读写系统命名空间的参数，但只能读取引擎或用户命名空间中的参数。沿堆栈从系统组向下执行至发射器组时，发射器 组中执行的模块可读写发射器命名空间中的参数，但只能读取系统、引擎和用户命名空间中的参数。粒子 组中的模块只能读取系统和发射器命名空间的参数。

由于发射器组中的模块可读取系统命名空间中的参数，因此系统组中的模块可执行一次与所有发射器相关的模拟，并由各个发射器中的发射器组模块读取模拟结果（存储在系统命名空间中）。这也适用于粒子组中的模块，其可读取系统和发射器命名空间中的参数。下表清楚地列出了它们之间的关系。