Forge粒子系统实战：打造逼真雪花模拟效果

2025-06-04 08:23:59作者：傅爽业Veleda

前言

Forge是一个强大的3D渲染框架，基于Three.js构建，提供了丰富的特效和渲染能力。本文将深入解析Forge粒子系统中的雪花模拟实现，帮助开发者理解如何利用Forge创建逼真的粒子效果。

环境搭建

首先需要创建一个基本的HTML5页面结构，并引入必要的依赖：

<!DOCTYPE html>
<head>
  <meta charset="utf-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>Forge • Particle Simulation</title>
  <style>
    html, body {
      margin: 0;
      height: 100%;
      width: 100%;
      background-color: black;
    }
  </style>
</head>

关键依赖包括Three.js、lil-gui（用于参数调节）和Forge核心库，通过importmap进行配置：

<script type="importmap">
  {
    "imports": {
      "three": "/examples/js/vendor/three/build/three.module.js",
      "lil-gui": "/examples/js/vendor/lil-gui/dist/lil-gui.esm.js",
      "@forge-gfx/forge": "/dist/forge.module.js"
    }
  }
</script>

场景初始化

基础场景设置

首先初始化Three.js的基础组件：场景、相机和渲染器：

const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);

const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);

集成Forge渲染器

Forge渲染器作为Three.js场景的一部分被添加：

const forge = new ForgeRenderer({ renderer });
scene.add(forge);

雪花粒子系统实现

粒子生成区域定义

雪花粒子在一个3D盒子区域内生成，通过Box3定义其边界：

const snowVolumeBox = new THREE.Box3(
  new THREE.Vector3(
    cam.x - SCENE_CONFIG.HALF_WIDTH,
    cam.y - (SCENE_CONFIG.SNOW_HEIGHT * 8),
    cam.z - SCENE_CONFIG.HALF_DEPTH * 2,
  ),
  // ...其他边界点
);

雪花生成器配置

Forge提供了snowBox生成器，可以方便地创建雪花粒子系统：

const snow = generators.snowBox({
  box: snowVolumeBox.clone(),
  minY: SCENE_CONFIG.SNOW_MIN_Y,
  color1: new THREE.Color(1.0, 1.0, 1.0),
  color2: new THREE.Color(0.91, 0.9, 0.97),
  density: 1000,
  maxScale: 0.01,
});
scene.add(snow.snow);

关键参数说明：

box: 粒子生成区域
minY: 粒子消失的最低Y坐标
color1/color2: 粒子颜色范围
density: 粒子密度
maxScale: 粒子最大尺寸

交互控制面板

使用lil-gui创建控制面板，实时调整粒子效果：

const gui = new GUI({ title: "Snow Particle Simulation" });

基础参数控制

gui.add(params, "fallVelocity", 0.01, 0.5, 0.01).name("Fall Velocity");
gui.add(params, "wanderScale", 0.01, 1, 0.01).name("Wander Scale");
gui.add(params, "wanderVariance", 1, 5, 0.1).name("Wander Variance");
gui.add(params, "maxScale", 0.001, 0.05, 0.001).name("Snow Size");

暂停功能实现

gui.add(params, "isPaused")
  .name("Pause Snowfall")
  .onChange((value) => {
    if (value) {
      // 保存当前值
      params._previousFallVelocity = params.fallVelocity;
      // ...
      
      // 设置粒子速度为0
      snow.fallVelocity.value = 0;
      // ...
    } else {
      // 恢复之前的值
      snow.fallVelocity.value = params._previousFallVelocity;
      // ...
    }
  });

颜色控制

const colorFolder = gui.addFolder("Snow Colors");
colorFolder.addColor(params, "color1")
  .onChange((value) => {
    snow.color1.value.set(value.r, value.g, value.b);
  })
  .name("Color 1");
// 类似实现Color2

风向控制

提供两种风向控制方式：精确调节和预设方向：

// 精确调节
directionFolder.add(params.fallDirection, "x", -1, 1, 0.1)
  .onChange(() => {
    params.fallDirection.normalize();
    snow.fallDirection.value.copy(params.fallDirection);
  })
  .name("East-West");

// 预设方向
windFolder.add(params, "windDirection", ["N", "NE", "E", "SE", ...])
  .onChange((value) => {
    const directions = {
      N: new THREE.Vector3(0, -1, -1),
      // 其他方向...
    };
    params.fallDirection.copy(directions[value]).normalize();
    snow.fallDirection.value.copy(params.fallDirection);
  });

动画循环

在动画循环中更新粒子系统和相机位置：

renderer.setAnimationLoop(function animate(time) {
  // 计算时间差
  const t = time * 0.001;
  const dt = t - (lastTime ?? t);
  
  // 更新控制器
  controls.update(dt, camera);
  
  // 相机动画
  const targetZ = -13.5;
  const progress = Math.min(1, t / duration);
  const smoothProgress = Math.sin(progress * Math.PI * 0.5);
  camera.position.z = startZ + (targetZ - startZ) * smoothProgress;
  
  // 更新粒子参数
  if (!params.isPaused) {
    snow.fallVelocity.value = params.fallVelocity;
    // 其他参数...
  }
  
  // 渲染场景
  renderer.render(scene, camera);
});

技术要点总结

粒子系统架构：Forge的粒子系统采用生成器模式，通过配置参数即可创建不同类型的粒子效果。
性能优化：通过限制粒子生成区域和数量，确保在大规模粒子场景下的性能表现。
交互设计：利用GUI控件实现参数的实时调节，方便效果调试和演示。
物理模拟：实现了简单的物理效果，包括重力、随机飘动和风向影响。
视觉增强：通过颜色变化和大小差异，增强粒子的视觉层次感。

扩展思考

开发者可以基于此示例进一步扩展：

添加粒子碰撞检测
实现更复杂的气流模拟
结合天气系统创建更丰富的环境效果
优化粒子着色器实现更逼真的材质表现

Forge的粒子系统为3D场景特效开发提供了强大而灵活的工具，掌握其核心原理后，开发者可以创造出各种令人惊艳的视觉效果。

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Forge粒子系统实战：打造逼真雪花模拟效果

前言

环境搭建

场景初始化

基础场景设置

集成Forge渲染器

雪花粒子系统实现

粒子生成区域定义

雪花生成器配置

交互控制面板

基础参数控制

暂停功能实现

颜色控制

风向控制

动画循环

技术要点总结

扩展思考

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