粒子系統表示三維計算機圖形學中模擬一些特定的模糊現象的技術，而這些現象用其它傳統的渲染技術難以實現的真實感的 game physics。經常使用粒子系統模擬的現象有火、爆炸、煙、水流、火花、落葉、雲、霧、雪、塵、流星尾跡或者象發光軌跡這樣的抽象視覺效果等等。
基本介紹
- 中文名：粒子系統
- 學科：三維計算機圖形學
- 現象：模糊現象
- 分類：科技
現象簡介,基本粒子,複合粒子,準粒子,種類,模擬階段,渲染階段,系統運用,
現象簡介
物理學粒子系統：有分子、原子、離子、電子、原子核、質子、中子、介子、中微子等組成的粒子系統。
物理學微觀世界粒子系統：
▪ 光子 ▪ 膠子 ▪ W玻色子 ▪ Z玻色子
強子 重子/核子/超子 ▪ 質子 ▪ 反質子 ▪ 中子 ▪ 反中子 ▪ Δ粒子 ▪ Λ粒子 ▪ Σ粒子 ▪ Ξ粒子 ▪ Ω粒子
介子/夸克偶素 ▪ π介子 ▪ K介子 ▪ ρ介子 ▪ D介子 ▪ J/ψ介子 ▪ Υ介子
原子核/原子/奇異原子 ▪ 電子偶素 ▪ 渺子偶素 ▪ 介子原子 ▪ 超子原子 ▪ 介子核 ▪ 超核 ▪ 重味超核 ▪ 分子
▪ 上夸克 ▪ 反上夸克 ▪ 下夸克 ▪ 反下夸克 ▪ 粲夸克
▪ 反粲夸克 ▪ 奇夸克 ▪ 反奇夸克 ▪ 頂夸克 ▪ 反頂夸克 ▪ 底夸克 ▪ 反底夸克
輕子 ▪ 電子 ▪ 正電子 ▪ μ子 ▪ 反μ子 ▪ τ子 ▪ 反τ子 ▪ 電子中微子 ▪ 反電子中微子 ▪ μ子中微子 ▪ 反μ子中微子 ▪ τ子中微子 ▪ 反τ子中微子 等等
▪ 光子 ▪ 膠子 ▪ W玻色子 ▪ Z玻色子
強子 重子/核子/超子 ▪ 質子 ▪ 反質子 ▪ 中子 ▪ 反中子 ▪ Δ粒子 ▪ Λ粒子 ▪ Σ粒子 ▪ Ξ粒子 ▪ Ω粒子
介子/夸克偶素 ▪ π介子 ▪ K介子 ▪ ρ介子 ▪ D介子 ▪ J/ψ介子 ▪ Υ介子
原子核/原子/奇異原子 ▪ 電子偶素 ▪ 渺子偶素 ▪ 介子原子 ▪ 超子原子 ▪ 介子核 ▪ 超核 ▪ 重味超核 ▪ 分子
▪ 上夸克 ▪ 反上夸克 ▪ 下夸克 ▪ 反下夸克 ▪ 粲夸克
▪ 反粲夸克 ▪ 奇夸克 ▪ 反奇夸克 ▪ 頂夸克 ▪ 反頂夸克 ▪ 底夸克 ▪ 反底夸克
輕子 ▪ 電子 ▪ 正電子 ▪ μ子 ▪ 反μ子 ▪ τ子 ▪ 反τ子 ▪ 電子中微子 ▪ 反電子中微子 ▪ μ子中微子 ▪ 反μ子中微子 ▪ τ子中微子 ▪ 反τ子中微子 等等
基本粒子
複合粒子
準粒子
種類
一.輕子 （12種）{輕子主要參與弱作用，帶電輕子也參與電磁作用，不參與強作用。}
01.電子
02.正電子（電子的反粒子）
03.μ子
04.反μ子
05.τ子
06.反τ子
07.電子中微子
08.反電子中微子
09.μ子中微子
10.反μ子中微子
11.τ子中微子
12.反τ子中微子
二.夸克 （36種）Quark，層子、虧子 (6味×3色×正反粒子=36種)
13.紅上夸克
14.反紅上夸克
15.綠上夸克
16.反綠上夸克
17.藍上夸克
18.反藍上夸克
19.紅下夸克
20.反紅下夸克
21.綠下夸克
22.反綠下夸克
23.藍下夸克
24.反藍下夸克
25.紅粲夸克
26.反紅粲夸克
27.綠粲夸克
28.反綠粲夸克
29.藍粲夸克
30.反藍粲夸克
31.紅奇夸克
32.反紅奇夸克
33.綠奇夸克
34.反綠奇夸克
35.藍奇夸克
36.反藍奇夸克
37.紅頂夸克
38.反紅頂夸克
39.綠頂夸克
40.反綠頂夸克
41.藍頂夸克
42.反藍頂夸克
43.紅底夸克
44.反紅底夸克
45.綠底夸克
46.反綠底夸克
47.藍底夸克
48.反藍底夸克
三.規範玻色子（規範傳播子） （14種）
49.引力型-中性膠子(Ⅰ型開弦) 上夸克-上夸克
50.引力型-中性膠子(Ⅰ型開弦) 反上夸克-反上夸克
51.磁力型-中性膠子(Ⅰ型閉弦) （反）下夸克-（反）下夸克
52.磁力型-中性膠子(Ⅰ型閉弦) 夸克-反夸克
53.陽電力型膠子 上夸克-下夸克
54.陰電力型膠子 上夸克-下夸克
55.陽電力型膠子 反上夸克-反下夸克
56.陰電力型膠子 反上夸克-反下夸克
57.光子（光量子）
58.引力子（還是一個假設）
59.W+玻色子
60.W-玻色子
61.Z玻色子
62.希格斯玻色子Higgs Boson
3DSmax非常吸引人的一項功能就是它的粒子系統（particle system），在模仿自然現象、物理現象及空間扭曲上具備得天獨厚的優勢。在3DSmax1.2的版本中，粒子系統能夠模擬雨、雪、流水和灰塵等。隨著功能的逐步完善，粒子系統幾乎可以模擬任何富於聯想的三維效果：煙雲、火花、爆炸、暴風雪或者瀑布。為了增加物理現象的真實性，粒子系統通過空間扭曲控制粒子的行為，結合空間扭曲能對粒子流造成引力、阻擋、風力等仿真影響。
通常粒子系統在三維空間中的位置與運動是由發射器控制的。發射器主要由一組粒子行為參數以及在三維空間中的位置所表示。粒子行為參數可以包括粒子生成速度（即單位時間粒子生成的數目）、粒子初始速度向量（例如什麼時候向什麼方向運動）、粒子壽命（經過多長時間粒子湮滅）、粒子顏色、在粒子生命周期中的變化以及其它參數等等。使用大概值而不是絕對值的模糊參數占據全部或者絕大部分是很正常的，一些參數定義了中心值以及允許的變化。
典型的粒子系統更新循環可以劃分為兩個不同的階段：參數更新/模擬階段以及渲染階段。每個循環執行每一幀動畫。
模擬階段
在模擬階段，根據生成速度以及更新間隔計算新粒子的數目，每個粒子根據發射器的位置及給定的生成區域在特定的三維空間位置生成，並且根據發射器的參數初始化每個粒子的速度、顏色、生命周期等等參數。然後檢查每個粒子是否已經超出了生命周期，一旦超出就將這些粒子剔出模擬過程，否則就根據物理模擬更改粒子的位置與特性，這些物理模擬可能像將速度加到當前位置或者調整速度抵消摩擦這樣簡單，也可能像將外力考慮進去計算正確的物理拋射軌跡那樣複雜。另外，經常需要檢查與特殊三維物體的碰撞以使粒子從障礙物彈回。由於粒子之間的碰撞計算量很大並且對於大多數模擬來說沒有必要，所以很少使用粒子之間的碰撞。
每個粒子系統都有用於其中每個粒子的特定規則，通常這些規則涉及到粒子生命周期的插值過程。例如，許多系統在粒子生命周期中對離子的阿爾法值即透明性進行插值直到粒子湮滅。
渲染階段
在更新完成之後，通常每個例子用經過紋理映射的四邊形sprite進行渲染，也就是說四邊形總是面向觀察者。但是，這個過程不是必須的，在一些低解析度或者處理能力有限的場合，粒子可能僅僅渲染成一個像素，在離線渲染中甚至渲染成一個元球，從粒子元球計算出的等值面可以得到相當好的液體表面。另外，也可以用三維格線渲染粒子。
3DStudioMAX3通過專門的空間變形來控制一個粒子系統和場景之間的互動作用，還可以控制粒子本身的可繁殖特性，這些特性允許粒子在碰撞時發生變異、繁殖或者死亡。簡單地說，粒子系統是一些粒子的集合，通過指定發射源在發射粒子流的同時創建各種動畫效果。在3DStudioMAX中，粒子系統是一個對象，而發射的粒子是子對象。將粒子系統作為一個整體來設定動畫，並且隨時調整粒子系統的屬性，以控制每一個粒子的行為。在3DStudioMAX1.0版本中，粒子系統只有Spray（噴射）和Snow（雪）兩種，雖然它們是最簡單的粒子系統但是效果很好，在製作流水、噴泉、灰塵時依然適用。並且高級粒子系統的創建思想也基於Spray和Snow的創建原則，只是加強了動畫設計師控制粒子行為的功能。
