Away3D TypeScriptではじめる3次元表現

第13回 パーティクルを炎のように表現する

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前回の第12回パーティクルのアニメーションを加えるでは,のろしが立ち上るような表現まではできた(再掲第12回図2)⁠今回は,パーティクルの動きや見た目を炎らしく整えよう。ランダムな動きやアニメーションノードを加え,テクスチャも与えたい。

第12回 図2 のろしのように立ち上るパーティクル(再掲)

第12回 図2 のろしのように立ち上るパーティクル(再掲)

パーティクルの動きにランダムな広がりを与える

始めに,⁠アニメーションさせる炎を定めたクラス」は,第12回コード1(再掲)のまま今回は手を加えない。第12回コード2「パーティクルを定めてアニメーションさせる」のスクリプトを,これから少しずつ書き替えてゆくことになる。

第12回 コード1 アニメーションさせる炎を定めたクラス(再掲)

function FireObject(mesh, animator) {
  this.strength = 0;
  this.mesh = mesh;
  this.animator = animator;
}
FireObject.prototype.startAnimation = function() {
  this.animator.start();
};

前回のコードのアニメーションがのろしのようにしか見えないのは,パーティクルの動きに広がりがないからだ。そこで,パーティクルの進む向きをランダムにしよう。パーティクルアニメーションの動きを定めるParticleVelocityNodeオブジェクトには,速度の3次元ベクトルをVector3Dオブジェクトで与える。速度は大きさと向きから導きたい。3次元空間の向きはふたつの角度により決まるので,つぎのような関数(getVector3D())に3つの引数を与え,Vector3Dオブジェクトを得ることにする。

getVector3D(距離, xz平面の角度, xy平面の角度)

2つの角度のうちのひとつは,原点(O)と求める座標(P)を結ぶ線分(OP)がxy平面となす角(θ)とする図1)⁠もうひとつは,線分のxy平面への投射(OQ)がxz平面(x軸)となす角(ω)である。このとき,もとの線分の長さ(r)にもとづいて,xyz座標(P)はつぎのように導かれる。なお,興味ある読者のために,数学における座標の求め方は本稿の結びで補う。

P(r cosθcosω, r cosθsinω, r sinθ)

図1 3次元座標を原点からの距離と2平面との角度から求める

図1 3次元座標を原点からの距離と2平面との角度から求める

距離と2つの角度からVector3Dオブジェクトを返す関数(getVector3D())はつぎのように定めた。パーティクルを初期化する関数(initParticle())から2つの角度をランダムに決めて呼び出し,得られたVector3DオブジェクトはParticleProperties.VelocityVector3Dプロパティ(定数ParticleVelocityNode.VELOCITY_VECTOR3Dは文字列"VelocityVector3D")に定めて,ひとつひとつのローカルなパーティクルの速度を変えた。

function initParticle(prop) {
  var PIx2 = Math.PI * 2;
  var radian0 = Math.random() * PIx2;
  var radian1 = Math.random() * PIx2;
  var velocityVector = getVector3D(15, radian0, radian1);

  prop[ParticleVelocityNode.VELOCITY_VECTOR3D] = velocityVector;
}
function getVector3D(radius, angleXY, angleXZ) {
  var sinXY = Math.sin(angleXY);
  var cosXY = Math.cos(angleXY);
  var sinXZ = Math.sin(angleXZ);
  var cosXZ = Math.cos(angleXZ);
  var vector = new Vector3D(radius * cosXY * cosXZ, radius * cosXY * sinXZ, radius * sinXY);
  return vector;
}

パーティクルにローカルなプロパティを定めるには,ParticleVelocityNodeオブジェクトをローカルなモードで加えなければならない。その場合,ParticleVelocityNode()コンストラクタの引数には,つぎのように定数ParticlePropertiesMode.LOCAL_STATICを与える表1参照)⁠

function createParticles(numFires, numParticles, radius, y, scene) {
  var GLOBAL = ParticlePropertiesMode.GLOBAL;
  var animations = [
    new ParticleBillboardNode(),
    new ParticleVelocityNode(GLOBAL, new Vector3D(0, 80, 0)),
    new ParticleVelocityNode(ParticlePropertiesMode.LOCAL_STATIC)
  ];
}

表1 ParticlePropertiesModeクラスのモードを示す定数

ParticlePropertiesModeクラスの定数モード
GLOBALグローバルなプロパティ
LOCAL_STATICローカルな静的プロパティ
LOCAL_DYNAMICローカルな動的プロパティ

これで,パーティクルはそろって立ち上るだけでなく,それぞれにばらばらな向きへの動きが加わった。したがって,上るにつれて広がってゆく図2)⁠

図2 パーティクルに広がる動きが加わった

図2 パーティクルに広がる動きが加わった

さらに,パーティクルの大きさもまちまちにしよう。ParticleScaleNodeオブジェクトを加える。以下のように,ParticleScaleNode()に渡す第1引数のモードは定数ParticlePropertiesMode.GLOBALでグローバルにした。第2および第3引数はデフォルト値のfalseを与え,第4および第5引数でそれぞれ最小と最大の伸縮率を決めた。これで,パーティクルごとに大きさが変わる図3)⁠

new ParticleScaleNode(モード, cycleDurationの使用, cyclePhaseの使用, 最小伸縮率, 最大伸縮率)
var ParticleScaleNode = require("awayjs-renderergl/lib/animators/nodes/ParticleScaleNode");

function createParticles(numFires, numParticles, radius, y, scene) {
  var GLOBAL = ParticlePropertiesMode.GLOBAL;
  var animations = [
    new ParticleBillboardNode(),
    new ParticleScaleNode(GLOBAL, false, false, 2.5, 0.5),
    new ParticleVelocityNode(GLOBAL, new Vector3D(0, 80, 0)),
    new ParticleVelocityNode(ParticlePropertiesMode.LOCAL_STATIC)
  ];

}

図3 パーティクルの大きさがまちまちになった

図3 パーティクルの大きさがまちまちになった

パーティクルごとに異なる動きを加えて広がるようにし,大きさもまちまちにしたスクリプトはコード1にまとめた。アニメーションとしては,炎のふるまいに近づいたのではないか。

コード1 パーティクルごとの動きを広げて大きさもばらつかせる

var LoaderEvent = require("awayjs-core/lib/events/LoaderEvent");
var TimerEvent = require("awayjs-core/lib/events/TimerEvent");
var Vector3D = require("awayjs-core/lib/geom/Vector3D");
var AssetLibrary = require("awayjs-core/lib/library/AssetLibrary");
var URLRequest = require("awayjs-core/lib/net/URLRequest");
var RequestAnimationFrame = require("awayjs-core/lib/utils/RequestAnimationFrame");
var Timer = require("awayjs-core/lib/utils/Timer");
var View = require("awayjs-display/lib/containers/View");
var DirectionalLight = require("awayjs-display/lib/entities/DirectionalLight");
var Mesh = require("awayjs-display/lib/entities/Mesh");

var StaticLightPicker = require("awayjs-display/lib/materials/lightpickers/StaticLightPicker");
var PrimitivePlanePrefab = require("awayjs-display/lib/prefabs/PrimitivePlanePrefab");
var ParticleAnimationSet = require("awayjs-renderergl/lib/animators/ParticleAnimationSet");
var ParticleAnimator = require("awayjs-renderergl/lib/animators/ParticleAnimator");
var ParticlePropertiesMode = require("awayjs-renderergl/lib/animators/data/ParticlePropertiesMode");
var ParticleBillboardNode = require("awayjs-renderergl/lib/animators/nodes/ParticleBillboardNode");
var ParticleScaleNode = require("awayjs-renderergl/lib/animators/nodes/ParticleScaleNode");
var ParticleVelocityNode = require("awayjs-renderergl/lib/animators/nodes/ParticleVelocityNode");
var DefaultRenderer = require("awayjs-renderergl/lib/DefaultRenderer");
var MethodMaterial = require("awayjs-methodmaterials/lib/MethodMaterial");
var MethodRendererPool = require("awayjs-methodmaterials/lib/pool/MethodRendererPool");
var HoverController = require("awayjs-display/lib/controllers/HoverController");
var ParticleGeometryHelper = require("awayjs-renderergl/lib/utils/ParticleGeometryHelper");
var view;
var plane;
var cameraController;
var lightPicker;
var timer;
var planeDiffuse = "assets/floor_diffuse.jpg";
var lastMouseX;
var lastMouseY;
var lastPanAngle;
var lastTiltAngle;
var fireObjects;

var particleMaterial;
function initialize() {
  var directionalLight = createDirectionalLight(0.25, 0xFFFFFF);
  view = createView(240, 180, 0x0);
  var scene = view.scene;
  lightPicker = new StaticLightPicker([directionalLight]);
  plane = createPlane(800, 800, lightPicker, -20);
  fireObjects = createParticles(3, 500, 300, 5, scene);
  scene.addChild(plane);
  cameraController = setupCameraController(view.camera, 1000, 0, 90, 45, 20);
  AssetLibrary.addEventListener(LoaderEvent.RESOURCE_COMPLETE, onResourceComplete);
  AssetLibrary.load(new URLRequest(planeDiffuse));
  document.onmousedown = startDrag;
  timer = new RequestAnimationFrame(render);
  timer.start();
  var fireTimer = new Timer(1000, fireObjects.length);
  fireTimer.addEventListener(TimerEvent.TIMER, startFire);
  fireTimer.start();
}
function createView(width, height, backgroundColor) {
  var defaultRenderer = new DefaultRenderer(MethodRendererPool);
  var view = new View(defaultRenderer);
  view.width = width;
  view.height = height;
  view.backgroundColor = backgroundColor;
  return view;
}
function createPlane(width, height, light, y) {
  var material = new MethodMaterial();
  var plane = new PrimitivePlanePrefab(width, height).getNewObject();
  plane.material = material;
  material.lightPicker = light;
  plane.y = y;
  return plane;
}
function createParticles(numFires, numParticles, radius, y, scene) {
  var GLOBAL = ParticlePropertiesMode.GLOBAL;
  var animations = [
    new ParticleBillboardNode(),
    new ParticleScaleNode(GLOBAL, false, false, 2.5, 0.5),
    new ParticleVelocityNode(GLOBAL, new Vector3D(0, 80, 0)),
    new ParticleVelocityNode(ParticlePropertiesMode.LOCAL_STATIC)
  ];
  var animationSet = getParticleAnimationSet(animations, initParticle);
  var primitive = new PrimitivePlanePrefab(10, 10, 1, 1, false);
  var geometry = primitive.geometry;
  var material = particleMaterial = new MethodMaterial();
  var geometrySet = [];
  for (var i = 0; i < numParticles; i++) {
    geometrySet[i] = geometry;
  }
  var fireObjects = getFireObjects(geometrySet, numFires, material, animationSet, radius, y, scene);
  return fireObjects;
}
function getFireObjects(geometrySet, numFires, material, animationSet, radius, y, scene) {
  var fireObjects = [];
  var particleGeometry = ParticleGeometryHelper.generateGeometry(geometrySet);
  var anglePerFire = Math.PI * 2 / numFires;
  for (var i = 0; i < numFires; i++) {
    var mesh = createAnimationParticle(particleGeometry, material, animationSet, fireObjects);
    var angle = i * anglePerFire;
    mesh.x = radius * Math.sin(angle);
    mesh.z = radius * Math.cos(angle);
    mesh.y = y;
    scene.addChild(mesh);
  }
  return fireObjects;
}
function getParticleAnimationSet(animations, initParticleFunc) {
  var animationSet = new ParticleAnimationSet(true, true);
  var count = animations.length;
  for (var i = 0; i < count; i++) {
    animationSet.addAnimation(animations[i]);
  }
  animationSet.initParticleFunc = initParticleFunc;
  return animationSet;
}
function createAnimationParticle(particleGeometry, material, animationSet, fireObjects) {
  var mesh = new Mesh(particleGeometry, material);
  var animator = new ParticleAnimator(animationSet);
  mesh.animator = animator;
  fireObjects.push(new FireObject(mesh, animator));
  return mesh;
}
function initParticle(prop) {
  var PIx2 = Math.PI * 2;
  var radian0 = Math.random() * PIx2;
  var radian1 = Math.random() * PIx2;
  var velocityVector = getVector3D(15, radian0, radian1);
  prop.startTime = Math.random() * 5;
  prop.duration = Math.random() * 4 + 0.1;
  prop[ParticleVelocityNode.VELOCITY_VECTOR3D] = velocityVector;
}
function getVector3D(radius, angleXY, angleXZ) {
  var sinXY = Math.sin(angleXY);
  var cosXY = Math.cos(angleXY);
  var sinXZ = Math.sin(angleXZ);
  var cosXZ = Math.cos(angleXZ);
  var vector = new Vector3D(radius * cosXY * cosXZ, radius * cosXY * sinXZ, radius * sinXY);
  return vector;
}
function startFire(eventObject) {
  var fireTimer = eventObject.target;
  var count = fireTimer.currentCount;
  var fireObject = fireObjects[count - 1];
  fireObject.startAnimation();
  if (count >= fireTimer.repeatCount) {
    fireTimer.removeEventListener(TimerEvent.TIMER, startFire);
  }
}
function createDirectionalLight(ambient, color) {
  var light = new DirectionalLight();
  light.ambient = ambient;
  light.color = color;
  return light;
}
function setupCameraController(camera, distance, minTiltAngle, maxTiltAngle, panAngle, tiltAngle) {
  var cameraController = new HoverController(camera);
  cameraController.distance = distance;
  cameraController.minTiltAngle = minTiltAngle;
  cameraController.maxTiltAngle = maxTiltAngle;
  cameraController.panAngle = panAngle;
  cameraController.tiltAngle = tiltAngle;
  return cameraController;
}
function onResourceComplete(eventObject) {
  var assets = eventObject.assets;
  var material;
  var count = assets.length;
  var url = eventObject.url;
  for (var i = 0; i < count; i++) {
    var asset = assets[i];
    switch (url) {
      case (planeDiffuse):
        material = plane.material;
        material.texture = asset;
        break;
    }
  }
}
function render(timeStamp) {
  view.render();
}
function startDrag(eventObject) {
  lastMouseX = eventObject.clientX;
  lastMouseY = eventObject.clientY;
  lastPanAngle = cameraController.panAngle;
  lastTiltAngle = cameraController.tiltAngle;
  document.onmousemove = drag;
  document.onmouseup = stopDrag;
}
function drag(eventObject) {
  cameraController.panAngle = 0.5 * (eventObject.clientX - lastMouseX) + lastPanAngle;
  cameraController.tiltAngle = 0.3 * (eventObject.clientY - lastMouseY) + lastTiltAngle;
}
function stopDrag(eventObject) {
  document.onmousemove = null;
  document.onmouseup = null;
}

著者プロフィール

野中文雄(のなかふみお)

ソフトウェアトレーナー,テクニカルライター,オーサリングエンジニア。上智大学法学部卒,慶応義塾大学大学院経営管理研究科修士課程修了(MBA)。独立系パソコン販売会社で,総務・人事,企画,外資系企業担当営業などに携わる。その後,マルチメディアコンテンツ制作会社に転職。ソフトウェアトレーニング,コンテンツ制作などの業務を担当する。2001年11月に独立。Web制作者に向けた情報発信プロジェクトF-siteにも参加する。株式会社ロクナナ取締役(非常勤)。

URLhttp://www.FumioNonaka.com/

著書

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