构建3D粒子发生器
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点击下载构建3D粒子发生器的基本思想是先制作一个单一粒子图像，将它输入到合成中，然后使它为3D合成。对此粒子应用物理学模拟表达式，设置表达式，使每一粒子（每一层）随机地改变位置（position）、大小（scale）、不透明度（opacity）和旋转（rotation）等属性，然后复制粘贴该层若干次，以得到逼真的效果。
1．3D粒子发生器的构建
从创建一个粒子开始，然后给粒子附上表达式，使粒子的位置、大小、不透明度和旋转随机变化，以产生一个爆炸效果。
1.1制作单个粒子
新建一个项目文件，建立一个640X480、长度为4秒、名为star的合成，将Advanced标签上的Rendering Plug-in设置为Advanced 3D。 输入一张在PhotoShop中之作好的如图1所示的图片（大小128X128，名为star.psd，图片规格以下相同）：
将图片拖到显示窗口中，将其定位在大约（380，80）的位置，它是粒子爆炸的初始位置。
1.2加入粒子控制效果（Effect）
单击选择时间线窗口中star.psd层3D Layer方框，使该层具有3D效果。选择star.psd层，单击鼠标右键，弹出菜单中选择Effect\Expression Controls\Point Control，在star.psd层下加入一个Point Control的特效。选择Point Control，按回车键，将Point Control重新命名“lift”。
在这里用point control代替slider control ，是为了设置“lift”的属性值，因为在以后重复使用粒子时，需要传递“life”和“birth”使用次数，并且，birth和life的计算必须在使它所处层的同一个表达式内完成。
1.3加入一个null层
在时间线窗口中的空白处单击鼠标右键，弹出菜单中选择New\Null Object，即在时间线窗口中加入一个名为Null 1的层。将用Null 1层作为爆炸的中心，在表达式中引用它作为粒子发射器（emitter），然后运动null，以给予发射器粒子速度（emitter velocity）。
选择Null 1层，将显示窗口中的虚线框拖到星形图像上，使爆炸以此处作为中心。
单击Null 1层的3D Layer方框，使该层也具有3D效果。单击Null 1层的Video图标（“眼睛”图标），使虚线框不在显示窗口中出现。 将Null 1层拖到star.psd层下面。
1.4加入Point控制表达式
展开star.psd层下的Effects，选择life下的Point，按Shift+Alt+=快捷键，在表达式输入窗口中输入以下内容：
lmin = 1.5; //最小粒子寿命
lmax = 2.5; //最大粒子寿命
seed_random(1,true);
life=random(lmin,lmax);
birth=0;
[birth,life]
此表达式将为1.5和2.5秒之间的粒子产生一个随机生命值，此值将被插入到life变量的秒元素中。第一个元素(birth)设置为零，因对于爆炸开始，所有的粒子在零时间产生。seed_random（1,true）和life=random(lmin,lmax)函数使life获取一个随机值，其中，1是star.psd层所处的位置序号。如果想改变粒子的生命值，只是改变lmin和lmax值。
1.5加入Position控制表达式
展开Transform，选择Position，按Shift+Alt+=快捷键，在表达式输入窗口中输入以下内容：
vmin=500; //最小初速度
vmax=700; //最大初速度
birth=effect("life").param("Point")[0];
life=effect("life").param("Point")[1];
origin=this_comp.layer("Null 1").position.value_at_time(birth);
age=time-birth;
seed_random(1,true);
s=random(vmin,vmax);// 初速
a=degrees_to_radians(random(180)); //垂直角度
r=degrees_to_radians(random(360)) //围绕y坐标轴旋转
x=s*Math.sin(a)*Math.cos(r);
y=-s*Math.cos(a);
z=s*Math.sin(a)*Math.sin(r);
v=[x,y,z];
origin + v*time
这是爆炸的基本位置表达式，粒子在三维空间中从起点（null层的位置）以随机方向用500和700单位(它大概折合为每秒多少像素)之间的初速度发射。该粒子继续以该速度和方向发射，直到它消失。我们还没有风（wind）、地心引力（gravity）和阻力（drag）力的因素。使用javas cript三角函数计算粒子速度向量的x、y和z分量的三行，向量由速度（s）、垂直发射角（a）以及和合成有关的y轴旋转（r）的随机值产生。不必太多担心在这一点上的所有的这些向量，如果不必知道它如何工作，可以阅读After Effects 5.5表达式有关内容，现在，只需改变“vmin” 和 “vmax”值，以改变粒子的初始速度。可以为垂直角度增加一个控制，使产生喷泉一样的粒子喷射。
1.6加入Scale控制表达式
选择Scale，按Shift+Alt+=快捷键，在表达式输入窗口中输入以下内容：
max_scale=50; //最大缩放尺寸
s=.2; //调整向上斜坡的时间大小
life=effect("life").param("Point")[1];
age=time-effect("life").param("Point")[0]; //参见前面age=time-birth
if (age<s){
x=(age/s)*max_scale;
[x,x,100]
}else{
[max_scale,max_scale,100]
}
表达式作用是在s（这里是0.2秒钟）定义的期间内从0到max_scale中指定的值（这里是50）均匀缩放。如果需要粒子到达最大缩放的时间更快或更慢，只需改变s值，注意，如果要粒子在它消逝前到达实际大小，此值应小于life表达式的lmin。
（表达式中未显示的地方，发图片）
1.7加入Z rotation控制表达式
选择Z rotation，按Shift+Alt+=快捷键，在表达式输入窗口中输入以下内容：
rmax=1080; //最大旋转角度
rmin=-1080; //最小旋转角度
birth=effect("life").param("Point")[0];
seed_random(1,true);
r=random(rmin,rmax);
life=effect("life").param("Point")[1];
age=time-birth;
if(life==0){
0
}else{
r/life*age
}
表达式产生一个在粒子的生命期间内围绕Z轴旋转的随机值（在-1080度和+1080度之间）。注意，此表达式使用life控制中的birth和life值， 以及seed_random函数的使用，弄清楚，选择的随机旋转值仍然与每次计算表达式的值相同。如果要改变粒子旋转值大小，只需改变rmax和rmin值。
1.8加入Opacity控制表达式
选择Opacity，按Shift+Alt+=快捷键，在表达式输入窗口中输入以下内容：
decay=.75; //粒子淡出时间
max_opacity=100; //最大不透明度
life=effect("life").param("Point")[1];
age=time-effect("life").param("Point")[0];
if (age>life){
0
}else{
if (age > life-decay){
((life-age)/decay)*max_opacity;
}else{
max_opacity
}
}
表达式控制粒子淡出，“decay”是以秒钟为单位的时间，淡出持续的时间。要改变淡出时间，只需改变此值。 此值应小于“life” 控制的“lmin” 值。max_opacity是可能期望的需要粒子达到的最大不透明（opacity）值。
1.9形成爆炸效果
选择star.psd层，复制该层，然后按Ctrl+d 约60次，生成至少50个粒子。预览合成，得到如图2所示的效果。
图 2 爆炸效果的预览图
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现在的3D爆炸，粒子只是沿各个方向爆炸，要获得逼真的爆炸效果，还需增加一些其它作用力。
2. 3D粒子发生器的改进
2.1增加物理学效果
现在，新建一个与前面设置相同的合成，命名为physics_styles explosion。内容与star合成相同，只是增加风、地心引力、空气阻力和发射器速度的物理学效果到位置（position）表达式。选择physics_styles explosion合成，展开star.psd层，选择Position，表达式输入窗口中输入以下代码（原来的代码被覆盖）：
g=100; //地心引力
w=0; //风
wdir=0; //风方向 (0 = 从左边吹风)
vmin=700; //最小初始速度
vmax=1000; //最大初始速度
amin=0; //最小垂直发射角
amax=110; //最大垂直发射角
d=4; //空气阻力系数
birth=effect("life").param("Point")[0];
life=effect("life").param("Point")[1];
origin=this_comp.layer("Null 1").position.value_at_time(birth);
age=time-birth;
seed_random(1,true);
s=random(vmin,vmax);// 初始速度
v_e=this_comp.layer("Null 1").position.velocity_at_time(birth); //发射器速度
a=degrees_to_radians(random(amin,amax)); //垂直角
r=degrees_to_radians(random(360)) //绕y轴旋转
x=s*Math.sin(a)*Math.cos(r);
y=-s*Math.cos(a);
z=s*Math.sin(a)*Math.sin(r);
v=[x,y,z]+v_e;
new_speed=length(v);
unit_v=normalize(v);
if (d>0){
delta_p=new_speed*(1-Math.exp(-d*age))/d;
}else{
delta_p=age*new_speed;
}
delta_w=w*age;
delta_g=g*age*age/2;
wa=degrees_to_radians(wdir);
origin + delta_p*unit_v + [delta_w*Math.cos(wa),0,delta_w*Math.sin(wa)] + [0,delta_g,0]
预览合成，效果如图3所示。注意到粒子现在遇到空气阻力，并受地形引力的作用，也限制粒子的垂直发射角在0和110度之间，效果逼真多了。
表达式中未显示的地方见上面的图
图 3 增加物理学爆炸效果的预览图
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2.2粒子随机不透明度变化
新建一个与前面设置相同的合成，命名为twinkle explosion。内容与physics_styles explosion合成相同，只是在point控制表达式中取消seed_random(1,true)，使粒子的寿命随机地打开或关闭不透明度（opacity），这样，看起来效果相当好，预览效果如图4所示：
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3．3D粒子发生器的的应用
3.1烟雾效果
新建一个与前面设置相同的合成，命名为smoke。内容与physics_styles explosion合成相同，创建一些烟雾，以加到爆炸效果中。创建此合成只是复制 “physics_styles explosion”合成，用“smoke.psd”图像（如图5所示）取代 “star.psd” 图像：
图5 烟雾效果单粒子图片
表达式中需修改的参数：
Position中：
g=10; //地心引力
w=80; //风
Scale中： max_scale=150; //最大粒子大小
Z-rotation中：
rmax=10; //最大旋转角度
rmin=-10; //最小旋转角度
Opacity中：
decay=1.25; //粒子淡出时间
max_opacity=50; //最大不透明度
也需将该层的Transfer Mode从 “normal” 变为 “screen”。 以烟雾的特点修改参数，减少地心引力，增加风力，减少z旋转，每一个粒子的不透明最大为50%。只复制粘贴该层40次左右。预览该合成，效果如图6所示：
图6 烟雾效果预览
3.2小粒子效果
在爆炸中，会产生一些小的烟粒，然后散开形成烟雾，这里用小粒子模拟。新建一个与前面设置相同的合成，命名为little_particles。内容与physics_styles explosion合成相同，创建此合成只是复制 “physics_styles explosion”合成，用“little_particle.psd”图像（如图7所示，注意，图中的点为白色）取代 “star.psd” 图像：
图7 小粒子图片
表达式的修改，地心引力（gravity）为80，风（wind）为80，max_scale为75，Z旋转（rotation）表达式为：
rmax=180; //最大旋转角度
rmin=-180; //最大旋转角度
seed_random(1,true);
random(rmin,rmax);
只选择一个180和-180度之间的随机旋转角。取消Opacity表达式，让不透明度为100%。图8是小粒子预览效果：
图8 小粒子预览效果
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3.3合成效果
新建一个与前面设置相同的合成，命名为combo。该合成包含“star”、“smoke” 和 “little_particles” 合成，这是将不同的粒子类型组合在一起，以创建一个复杂的效果。注意，打开“Collapse Transformations”(“太阳”图标)，使三个合成的粒子能正确地在三维空间中混合。图9是合成预览效果：
图9 合成预览效果
图9 合成预览效果
4．粒子的再生
现在，使粒子可以重复使用，也就是说，在粒子消逝以后，需要它以不同的特征再生，好象它是一个新的粒子一样。这样，就可以产生一个连续不断的粒子流，以模拟液体流动的效果。这需要修改life的point控制表达式，新的代码为：
lmin = 1.5; //最小粒子寿命
lmax = 2.5; //最大粒子寿命
i=1;
seed_random(i,true);
delay=random(lmax);
birth=delay;
death=delay;
if(time<delay){
[0,0]
}else{
while (time >= death){
i += 1;
seed_random(i,true);
birth=death;
life=random(lmin,lmax);
death += life;
}
[birth,life]
}
在粒子生成前的第一个段，有一初始的随机延迟，此延迟时间将是0和最大粒子寿命之间的随机数，否则，所有最初产生的粒子会同时再生（象爆炸一样）。表达式通过把时间线分成lmin和lmax之间的随机长度时间段，每一个时间段表示粒子的一个新的寿命，要允许再生的粒子比原来的粒子有不同的特征，所以Position和Z旋转表达式中的seed_random()变成：
seed_random(birth,true);
将粒子的产生时间用于seed，以形成不同粒子的寿命，因为粒子产生时间总是不同的。其它的改变是改变Position表达式中的amax（最大垂直发射角）参数值为30，以便所有的粒子以向同一方向发射。以下就利用粒子的再生制作水流效果。
新建一个与前面设置相同的合成，命名为“fountain”。输入一幅如图10所示的背景图，然后输入粒子图（透明背景上的一个小白点），然后设置包括上述以外的其余表达式。注意，此合成包含150个粒子层（根据粒子大小增减），使得到较好的效果。
图10 背景图
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Position与physics_styles explosion合成相同，只是修改了一些参数，增加对发射器的控制，全部代码为：
g=300; //地心引力
vmin=200; //最小初始速度
vmax=300; //最大初始速度
amin=90; //最小垂直发射角
amax=90; //最大垂直发射角
d=7; //阻力系数
ew=50; //发射器宽度
birth=effect("life").param("Point")[0];
life=effect("life").param("Point")[1];
seed_random(birth,true);
origin=this_comp.layer("Null 1").position.value_at_time(birth) + [random(-ew/2,ew/2),0,0];
if(life==0){
origin
}else{
age=time-birth;
v_e=this_comp.layer("Null 1").position.velocity_at_time(birth); //发射器速度
s=random(vmin,vmax);// 初始速度
a=degrees_to_radians(random(amin,amax));// 垂直角
r=degrees_to_radians(-90) //绕z轴旋转
x=s*Math.sin(a)*Math.cos(r);
y=-s*Math.cos(a);
z=s*Math.sin(a)*Math.sin(r);
v=[x,y,z];
new_speed=length(v);
unit_v=normalize(v);
if (d>0){
delta_p=new_speed*(1-Math.exp(-d*age))/d;
}else{
delta_p=age*new_speed;
}
delta_w=w*age;
delta_g=g*age*age/2;
wa=degrees_to_radians(wdir);
origin + delta_p*unit_v + [delta_w*Math.cos(wa),0,delta_w*Math.sin(wa)] + [0,delta_g,0]
}
根据粒子大小改变max_scale 的值，也可以让一些层为其它数值。scale表达式为：
max_scale=30;
s=.2;
birth=effect("life").param("Point")[0];
life=effect("life").param("Point")[1];
if(life==0){
[0,0,0]
}else{
age=time-birth;
if (age<s){
x=(age/s)*max_scale;
[x,x,100]
}else{
[max_scale,max_scale,100]
}
}
z rotation表达式为：
rmax=180;
rmin=-180;
birth=effect("life").param("Point")[0];
seed_random(birth,true);
random(rmin,rmax);
Opacity表达式为：
decay=.75;
max_opacity=50;
birth=effect("life").param("Point")[0];
life=effect("life").param("Point")[1];
age=time-birth;
if(life==0){
0
}else{
if (age>life){
0
}else{
if (age > life-decay){
((life-age)/decay)*max_opacity;
}else{
max_opacity
}
}
}
现在预览动画效果如图11所示：
图11 水流动画效果
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用此3D粒子发生器，只要发挥自己的想象，通过控制粒子的初速度、地心引力、风力、空气阻力等，可以创造出自己所需的各种效果。
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