高井研での自主ゼミとして、『3次元コンピュータ・アニメーションの原理』(著：M・オローク)の輪読を行いました。私が担当したParticle Systemに関する箇所の要約を掲載します。

Particle Systemとは？

粒子系ともいう。 煙、ガス、蒸気、火、雲などの粒子によって構成される物理現象をモデリングすることが出来る。 パラメータを調整することによって多数の粒子particleを自動生成する。 パラメータには、ツールや目的のよって異なるが、主要なものとしては次のようなものが挙げられる。

物理モデルのパラメータ

• 放出率：1秒間に放出される粒子の数。
• 速度：粒子の速さ。e.g.ロケットの炎の粒子は速く、雲の粒子は遅い。
• 寿命：各粒子に設定される生存時間。寿命を迎えると消滅する。
• 発生源：粒子が放出される領域。放出角度は広がり角spreadで定義される。

レンダリングの際考慮されるべきパラメータ

• 色：経過時間に伴って変化させることも考えうる。
• 透明度：e.g.ほのかなもやは低く、煙は高い。
• ぼかし：e.g.煙はぼやかされ、斧で石をたたいて発生する火花はくっきりしている。
• 軌跡の寿命：粒子が空間の中を動くと目に見える軌跡が飛行機雲のように残り、寿命を迎えると消える。
• グローglow：明るさ・彩度を高め、粒子が光り輝いて見えるようにする。

粒子系の応用

• 髪の毛、毛皮：軌跡で表現する。軌跡の寿命を無限大。
• 爆発：飛び散る破片一つ一つが粒子
• フロッキングflocking：動物・魚の群れの個々の振る舞いを、全体としての秩序を保ちながらコントロール。

以下は、フロッキングについての備考である。

• 衝突回避が重要。計算は複雑になりがち
• 1989年に開発されたボイドboidが有名
• 群れは、3次元的な形状(立方体、円筒など)として設定された領域をスタート領域・ゴール領域とする。
• 最初、モデルはスタート領域に配置され、ゴール領域に向かって直進する
• ゴール領域をアニメートすることによって、群れの移動軌跡をコントロールできる