‎Cocos2d-x 学习笔记(24) ParticleSystem ParticleSystemQuad

1. ParticleSystem

ParticleData是存储粒子数据的类，ParticleSystem会关联一个ParticleData对象。

ParticleSystem直接继承了Node、TextureProtocol（纹理）、PlayableProtocol（start stop方法）。

ParticleSystem定义了粒子的相关属性。

粒子从ParticleSystem的位置发射。

属性

- float _elapsed

运行时间。

粒子相关属性

- float _startSize, _startSizeVar, _endSize, _endSizeVar

粒子大小及浮动值。

- Color4F _startColor, _startColorVar, _endColor, _endColorVar

粒子颜色值及浮动值。

- float _startSpin, _startSpinVar, _endSpin, _endSpinVar

粒子自身旋转的角度值及浮动值。

- PositionType _positionType

粒子位置模式，有3种：FREE（粒子在世界坐标系移动）、RELATIVE（粒子相对父节点坐标系移动）、GROUPED（粒子跟随发射点移动）。

- float _life, _lifeVar

粒子生存时间及浮动值。

发射相关属性

- float _angle, _angleVar

粒子发射的角度及浮动值。

- Mode _emitterMode

发射器模式。发射有2种模式，用枚举Mode表示：

Gravity：重力模式，Mode A，属性：重力加速度（向量表示）、速度和浮动值（粒子的初速度）、径向加速度和浮动值（与速度方向平行）、切向加速度和浮动值（与速度方向垂直）。

Radius：径向模式，Mode B，属性：起始半径和浮动值（粒子出生时和圆心距离）、结束半径和浮动值（粒子死亡时和圆心距离）、每秒旋转的角度和浮动值。

- float _emissionRate

发射器每秒发射的粒子数。

- int _totalParticles

生存的粒子最大数量。

- int _particleCount

当前生存的粒子数。

- float _duration

发射器工作时长，-1为永远发射。

- Vec2 _sourcePosition, _posVar

发射位置及发射位置的浮动值。

_sourcePosition与bool _sourcePositionCompatible有关，布尔值默认为true表明兼容，位置将被设置到node的位置变量；为false位置将被设置到_sourcePosition变量。

两个静态属性

- static Vector<ParticleSystem*> __allInstances

存储粒子系统的容器。

- static float __totalParticleCountFactor

该属性默认为1。在update方法中，最大粒子数_totalParticles乘该系数，得到最大粒子数。

1. 创建

粒子对象的创建可以分为这3种方法：

- 通过代码创建ParticleSystemQuad，并设置属性

- 通过plist文件创建

- 直接通过代码使用现成的粒子子类实现特效

plist文件会被转成ValueMap，从而对plist的各项数据进行解析，相关属性值赋给ParticleSystem属性。

2. onEnter() onExit()方法

在执行addChild方法将粒子节点加到父节点时，会调用节点的onEnter方法。

ParticleSystem的onEnter方法中有这两行：

    this->scheduleUpdateWithPriority();

    __allInstances.pushBack(this);

先设置update方法将在每帧执行。再将当前粒子类加入静态容器__allInstances中。

ParticleSystem的onExit方法会执行unscheduleUpdate，停止每帧执行update(dt)，并从静态容器__allInstances中删除粒子类。

3. update(dt)方法

该方法被调度器Scheduler每帧触发，粒子的更新离不开这个重要的方法。

4. 粒子添加与粒子到期后删除

ParticleSystem成员_particleCount表示当前存在屏幕上的粒子数（当前已生成没销毁的粒子数）。

在update(dt)中，每帧会调用粒子添加的方法addParticles(int count)。

添加数量为count的粒子，实际上是把粒子的数据被添加到ParticleSystem成员中_particleData。

新增的各个粒子各项数据是被修改到从对应的_particleData数组成员的“最末尾”的下标位置开始，要添加多少个粒子，就修改多少个指针。“最末尾”的下标指的是根据_particleCount得出。

粒子到期后删除时，也是在update(dt)方法中删除，但是没有真正执行“删除”操作，而是将_particleData最末尾（数组成员最末尾）的数据复制到当前粒子的位置上，并对_particleCount减1。

我们知道，在update方法中是把_particleData每个数组成员前_particleCount项作为当前存在的粒子的数据并进行更新。所以，“被复制”的数据项位置实际上在之后的update中被“忽略”了，所以该项的数据只会被新增的粒子覆盖，而前面被删除的粒子的数据位置被这个“被复制”的数据项覆盖，保证了数组成员前_particleCount项始终代表着当前存在的粒子的数据。

总结ParticleSystem

ParticleSystem关联一个ParticleData。

每个粒子当前的属性值状态信息等，被保存在ParticleData中。而ParticleSystem中的粒子信息是我们直接设置的，例如浮动值只存储在ParticleSystem成员变量中。

每一次update时，新建的粒子和当前粒子状态各项信息通过计算后，都被保存在ParticleData中。

尽管ParticleData是一个类，我们可以把它理解成是一个“容器”。粒子系统ParticleSystem主要是提供对粒子当前信息ParticleData“容器”的管理，例如对“容器”修改、更新、添加等。所以说，粒子系统ParticleSystem是所有粒子的基类，只负责粒子最基础的创建和存储功能。

2. ParticleSystemQuad

ParticleSystemQuad直接继承了ParticleSystem。所有粒子特效类都是ParticleSystemQuad的子类。

该类在父类的基础上增加了对粒子的绘制功能。

1. 顶点缓存与索引缓存

ParticleSystemQuad有两个重要变量：顶点缓存和索引缓存。

- V3F_C4B_T2F_Quad *_quads

顶点缓存：包含多个顶点数据的一块内存，一个四边形的4个顶点信息作为一个单位进行存储。每一个V3F_C4B_T2F_Quad结构体存储了4个顶点的信息（4个V3F_C4B_T2F结构体对象），每个顶点的信息包括三维顶点坐标、颜色和透明度、纹理UV坐标。

- GLushort *_indices

索引缓存：每6个索引对应一个四边形，OpenGL是通过三角形来绘制四边形的，所以一个四边形需要两个三角形的顶点数据，也就是6个索引对应1个V3F_C4B_T2F_Quad了。

在所有粒子效果类的create方法中，都会调用ParticleSystemQuad的initWithTotalParticles方法进行初始化，该方法会调用allocMemory分配粒子效果类需要的顶点缓存和索引缓存的内存区域。

内存的个数为我们设置的最大粒子数。

对于顶点缓存，每块内存的大小为V3F_C4B_T2F_Quad结构体的大小。对于索引缓存，每块内存为索引的6倍，也就是说把一个四边形需要的所有6个索引作为一个内存区域存储。大致逻辑是：

    memset(_quads, , _totalParticles * sizeof(V3F_C4B_T2F_Quad));

    memset(_indices, , _totalParticles *  * sizeof(GLushort));

索引缓存是对顶点缓存的映射，这样可以对于重复的顶点使用一个内存进行存储。

在刚才说的initWithTotalParticles方法进行两个缓存内存的分配之后，对索引缓存设置索引值，设置索引指向的顶点位置。具体步骤如下：

    for(int i = 0; i < _totalParticles; ++i)

    {

        const unsigned int i6 = i*6;

        const unsigned int i4 = i*4;

        _indices[i6+0] = (GLushort) i4+0;

        _indices[i6+1] = (GLushort) i4+1;

        _indices[i6+2] = (GLushort) i4+2;

        _indices[i6+5] = (GLushort) i4+1;

        _indices[i6+4] = (GLushort) i4+2;

        _indices[i6+3] = (GLushort) i4+3;

    }

另外，在setTotalParticles(int tp)方法中，根据参数最大粒子数，对顶点缓存_quads和索引缓存_indices大小更新并初始化，使用的也是类似上面的思路。

2. initTexCoordsWithRect(rect)

initTexCoordsWithRect(rect)方法，通过纹理更新每个粒子在的UV坐标。

该方法2个使用位置：

设置粒子的纹理时，使用setTexture方法，需要重新设置新纹理的UV坐标。

重新设置粒子最大数时，使用setTotalParticles方法，因为粒子总数发生改变，需要重新初始化顶点缓存和索引缓存，需要重新设置顶点缓存内的UV坐标。

该方法要求传入的参数rect是根据纹理坐标系（Texture coordinates，OpenGL坐标系）表示的，而不能是像素坐标系（Pixel coordinates）。

纹理坐标系（OpenGL坐标系）左下角为原点(0,0)；像素坐标系是图片数据原始的坐标系，左上角为原点(0,0)。

接下来通过计算，得出矩形四个顶点的UV坐标。此时的UV坐标需要存入顶点缓存中，而顶点缓存是直接面向GPU的，所以不采用纹理OpenGL坐标系，而是像素坐标系。使用像素坐标系的结果是顶部的坐标值为0，与底部的坐标值交换了。

该方法最终向顶点缓存中存入一个矩形的4个顶点像素坐标系下的UV坐标：

    for(unsigned int i=start; i<end; i++)

    {

        // bottom-left vertex:

        quads[i].bl.texCoords.u = left;

        quads[i].bl.texCoords.v = bottom;

        // bottom-right vertex:

        quads[i].br.texCoords.u = right;

        quads[i].br.texCoords.v = bottom;

        // top-left vertex:

        quads[i].tl.texCoords.u = left;

        quads[i].tl.texCoords.v = top;

        // top-right vertex:

        quads[i].tr.texCoords.u = right;

        quads[i].tr.texCoords.v = top;

    }

3. updateParticleQuads()

该方法在ParticleSystem的每帧update最后执行。

在ParticleSystem的中，该方法为空，调用的是ParticleSystemQuad的该方法。

update方法在updateParticleQuads之前是把本帧的粒子数据修改到ParticleData中，之后执行该方法，用来把ParticleData中生存的粒子数据写到顶点缓存中，是对位置和颜色分别在顶点缓存进行更新。

把顶点坐标写入顶点缓存前，根据3种粒子位置类型计算当前粒子位置，之后执行updatePosWithParticle方法写入顶点缓存。该方法通过位置坐标、旋转角度、矩形大小，计算出矩形4个顶点坐标，存入顶点缓存中。

存入顶点缓存的坐标是像素坐标系的坐标，所以updatePosWithParticle方法会将旋转角度取反。

4. 其它

ParticleSystemQuad重写了Node的draw方法，使用了顶点缓存和索引缓存。

initWithTotalParticles方法调用setupVBO或setupVBOandVAO方法加载VBO VAO。

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巴特西