火焰效果可以通过粒子系统模拟实现。基本上就是这种效果:
这是一个itch.io上由wishforge分享的示例程序。
可以看出来是通过不断创造一些圆形粒子,并且改变其大小,颜色,透明度等信息模拟火焰运行状态。但是这样仔细看不是很逼真。
如果把这些圆形粒子,变成火焰纹理,效果会更好。除了使用粒子系统之外,还可以使用着色器语言模拟火焰。
通过着色器语言控制显卡进行像素级别的绘制,可以实现更细腻的火焰效果。
这个例子是在www.shadertoy.com上一个叫xbe的人的片段着色器代码,并修改在本地运行。
#version 330 core
out vec4 fragColor;
uniform float time;//时间
uniform vec2 resolution; // 屏幕分辨率
// procedural noise from IQ
vec2 hash( vec2 p )
{
p = vec2( dot(p,vec2(127.1,311.7)),
dot(p,vec2(269.5,183.3)) );
return -1.0 + 2.0*fract(sin(p)*43758.5453123);
}
float noise( in vec2 p )
{
const float K1 = 0.366025404; // (sqrt(3)-1)/2;
const float K2 = 0.211324865; // (3-sqrt(3))/6;
vec2 i = floor( p + (p.x+p.y)*K1 );
vec2 a = p - i + (i.x+i.y)*K2;
vec2 o = (a.x>a.y) ? vec2(1.0,0.0) : vec2(0.0,1.0);
vec2 b = a - o + K2;
vec2 c = a - 1.0 + 2.0*K2;
vec3 h = max( 0.5-vec3(dot(a,a), dot(b,b), dot(c,c) ), 0.0 );
vec3 n = h*h*h*h*vec3( dot(a,hash(i+0.0)), dot(b,hash(i+o)), dot(c,hash(i+1.0)));
return dot( n, vec3(70.0) );
}
float fbm(vec2 uv)
{
float f;
mat2 m = mat2( 1.6, 1.2, -1.2, 1.6 );
f = 0.5000*noise( uv ); uv = m*uv;
f += 0.2500*noise( uv ); uv = m*uv;
f += 0.1250*noise( uv ); uv = m*uv;
f += 0.0625*noise( uv ); uv = m*uv;
f = 0.5 + 0.5*f;
return f;
}
// no defines, standard redish flames
//#define BLUE_FLAME
//#define GREEN_FLAME
void main()
{
//归一化坐标
vec2 uv = gl_FragCoord.xy / resolution;
vec2 q = uv;
q.x *= 5.;
q.y *= 2.;
float strength = floor(q.x+1.);
float T3 = max(3.,1.25*strength)*time;
q.x = mod(q.x,1.)-0.5;
q.y -= 0.25;
float n = fbm(strength*q - vec2(0,T3));
float c = 1. - 16. * pow( max( 0., length(q*vec2(1.8+q.y*1.5,.75) ) - n * max( 0., q.y+.25 ) ),1.2 );
// float c1 = n * c * (1.5-pow(1.25*uv.y,4.));
float c1 = n * c * (1.5-pow(2.50*uv.y,4.));
c1=clamp(c1,0.,1.);
vec3 col = vec3(1.5*c1, 1.5*c1*c1*c1, c1*c1*c1*c1*c1*c1);
#ifdef BLUE_FLAME
col = col.zyx;
#endif
#ifdef GREEN_FLAME
col = 0.85*col.yxz;
#endif
float a = c * (1.-pow(uv.y,3.));
fragColor = vec4( mix(vec3(0.),col,a), 1.0);
}使用sfml加载着色器并且运行效果:
#include <SFML/Graphics.hpp>
int main()
{
// 创建窗口
sf::RenderWindow window(sf::VideoMode(800, 600), "SFML Shader Example");
window.setFramerateLimit(30);
// 加载着色器
sf::Shader shader;
if (!shader.loadFromFile("frag.shader", sf::Shader::Fragment))
{
getchar();
return -1;
}
// 设置着色器参数
shader.setUniform("resolution", sf::Vector2f(window.getSize()));
// 创建一个矩形来覆盖整个屏幕
sf::RectangleShape rect(sf::Vector2f(window.getSize()));
rect.setPosition(0, 0);
sf::Clock clock;
// 主循环
while (window.isOpen())
{
sf::Event event;
while (window.pollEvent(event))
{
if (event.type == sf::Event::Closed)
window.close();
}
shader.setUniform("time", clock.getElapsedTime().asSeconds());
window.clear();
window.draw(rect, &shader);
window.display();
}
return 0;
}效果
片段着色器代码,下面是deepseek对它的解释
这段代码是一个基于GLSL(OpenGL Shading Language)的片段着色器,用于生成一个火焰效果。以下是对代码的详细解释:
1. 变量声明
out vec4 fragColor;:输出变量,表示最终像素的颜色。uniform float time;:时间变量,用于动画效果。uniform vec2 resolution;:屏幕分辨率,用于归一化坐标。
2. 噪声函数
vec2 hash(vec2 p):生成一个伪随机向量,用于噪声计算。float noise(in vec2 p):生成2D噪声值,使用了经典的Perlin噪声算法。float fbm(vec2 uv):生成分形布朗运动(Fractal Brownian Motion, FBM)噪声,通过多次叠加不同频率和振幅的噪声来生成复杂的纹理。
3. 主函数 main()
归一化坐标:
vec2 uv = gl_FragCoord.xy / resolution;:将屏幕坐标归一化到 [0, 1] 范围。vec2 q = uv;:复制归一化坐标到q,用于后续处理。
火焰形状控制:
q.x *= 5.;和q.y *= 2.;:拉伸坐标,使火焰在水平方向上更宽,垂直方向上更高。float strength = floor(q.x+1.);:计算火焰的强度,基于水平坐标。float T3 = max(3.,1.25*strength)*time;:根据时间和强度计算动画的时间参数。q.x = mod(q.x,1.)-0.5;和q.y -= 0.25;:调整坐标,使火焰在中心位置生成。
噪声和火焰形状计算:
float n = fbm(strength*q - vec2(0,T3));:生成FBM噪声,用于火焰的动态效果。float c = 1. - 16. * pow( max( 0., length(q*vec2(1.8+q.y*1.5,.75) ) - n * max( 0., q.y+.25 ) ),1.2 );:计算火焰的形状和强度。float c1 = n * c * (1.5-pow(2.50*uv.y,4.));:进一步调整火焰的形状和强度。
颜色计算:
vec3 col = vec3(1.5*c1, 1.5*c1*c1*c1, c1*c1*c1*c1*c1*c1);:生成火焰的基本颜色,通常是红色到黄色的渐变。#ifdef BLUE_FLAME和#ifdef GREEN_FLAME:通过预处理器指令,可以选择生成蓝色或绿色的火焰。
透明度计算:
float a = c * (1.-pow(uv.y,3.));:计算火焰的透明度,使其在顶部逐渐消失。fragColor = vec4( mix(vec3(0.),col,a), 1.0);:将颜色和透明度混合,生成最终的像素颜色。
4. 总结
这段代码通过使用分形布朗运动噪声和简单的数学函数,生成了一个动态的火焰效果。火焰的颜色、形状和透明度都可以通过调整代码中的参数来控制。通过预处理器指令,还可以轻松地切换火焰的颜色为蓝色或绿色。
我在www.shadertoy.com找到了另一段逼真的火焰片段着色器代码,和网站着色器代码几个变量不同,我修改了几个变量以便在本地使用相同的sfml代码运行。
#version 330 core
out vec4 fragColor;
uniform float time;//时间
uniform vec2 resolution; // 屏幕分辨率
//
// Description : Array and textureless GLSL 2D/3D/4D simplex
// noise functions.
// Author : Ian McEwan, Ashima Arts.
// Maintainer : ijm
// Lastmod : 20110822 (ijm)
// License : Copyright (C) 2011 Ashima Arts. All rights reserved.
// Distributed under the MIT License. See LICENSE file.
// https://github.com/ashima/webgl-noise
//
vec3 mod289(vec3 x) {
return x - floor(x * (1.0 / 289.0)) * 289.0;
}
vec4 mod289(vec4 x) {
return x - floor(x * (1.0 / 289.0)) * 289.0;
}
vec4 permute(vec4 x) {
return mod289(((x*34.0)+1.0)*x);
}
vec4 taylorInvSqrt(vec4 r)
{
return 1.79284291400159 - 0.85373472095314 * r;
}
float snoise(vec3 v)
{
const vec2 C = vec2(1.0/6.0, 1.0/3.0) ;
const vec4 D = vec4(0.0, 0.5, 1.0, 2.0);
// First corner
vec3 i = floor(v + dot(v, C.yyy) );
vec3 x0 = v - i + dot(i, C.xxx) ;
// Other corners
vec3 g = step(x0.yzx, x0.xyz);
vec3 l = 1.0 - g;
vec3 i1 = min( g.xyz, l.zxy );
vec3 i2 = max( g.xyz, l.zxy );
// x0 = x0 - 0.0 + 0.0 * C.xxx;
// x1 = x0 - i1 + 1.0 * C.xxx;
// x2 = x0 - i2 + 2.0 * C.xxx;
// x3 = x0 - 1.0 + 3.0 * C.xxx;
vec3 x1 = x0 - i1 + C.xxx;
vec3 x2 = x0 - i2 + C.yyy; // 2.0*C.x = 1/3 = C.y
vec3 x3 = x0 - D.yyy; // -1.0+3.0*C.x = -0.5 = -D.y
// Permutations
i = mod289(i);
vec4 p = permute( permute( permute(
i.z + vec4(0.0, i1.z, i2.z, 1.0 ))
+ i.y + vec4(0.0, i1.y, i2.y, 1.0 ))
+ i.x + vec4(0.0, i1.x, i2.x, 1.0 ));
// Gradients: 7x7 points over a square, mapped onto an octahedron.
// The ring size 17*17 = 289 is close to a multiple of 49 (49*6 = 294)
float n_ = 0.142857142857; // 1.0/7.0
vec3 ns = n_ * D.wyz - D.xzx;
vec4 j = p - 49.0 * floor(p * ns.z * ns.z); // mod(p,7*7)
vec4 x_ = floor(j * ns.z);
vec4 y_ = floor(j - 7.0 * x_ ); // mod(j,N)
vec4 x = x_ *ns.x + ns.yyyy;
vec4 y = y_ *ns.x + ns.yyyy;
vec4 h = 1.0 - abs(x) - abs(y);
vec4 b0 = vec4( x.xy, y.xy );
vec4 b1 = vec4( x.zw, y.zw );
//vec4 s0 = vec4(lessThan(b0,0.0))*2.0 - 1.0;
//vec4 s1 = vec4(lessThan(b1,0.0))*2.0 - 1.0;
vec4 s0 = floor(b0)*2.0 + 1.0;
vec4 s1 = floor(b1)*2.0 + 1.0;
vec4 sh = -step(h, vec4(0.0));
vec4 a0 = b0.xzyw + s0.xzyw*sh.xxyy ;
vec4 a1 = b1.xzyw + s1.xzyw*sh.zzww ;
vec3 p0 = vec3(a0.xy,h.x);
vec3 p1 = vec3(a0.zw,h.y);
vec3 p2 = vec3(a1.xy,h.z);
vec3 p3 = vec3(a1.zw,h.w);
//Normalise gradients
//vec4 norm = taylorInvSqrt(vec4(dot(p0,p0), dot(p1,p1), dot(p2, p2), dot(p3,p3)));
vec4 norm = inversesqrt(vec4(dot(p0,p0), dot(p1,p1), dot(p2, p2), dot(p3,p3)));
p0 *= norm.x;
p1 *= norm.y;
p2 *= norm.z;
p3 *= norm.w;
// Mix final noise value
vec4 m = max(0.6 - vec4(dot(x0,x0), dot(x1,x1), dot(x2,x2), dot(x3,x3)), 0.0);
m = m * m;
return 42.0 * dot( m*m, vec4( dot(p0,x0), dot(p1,x1), dot(p2,x2), dot(p3,x3) ) );
}
//////////////////////////////////////////////////////////////
// PRNG
// From https://www.shadertoy.com/view/4djSRW
float prng(in vec2 seed) {
seed = fract (seed * vec2 (5.3983, 5.4427));
seed += dot (seed.yx, seed.xy + vec2 (21.5351, 14.3137));
return fract (seed.x * seed.y * 95.4337);
}
//////////////////////////////////////////////////////////////
float PI = 3.1415926535897932384626433832795;
float noiseStack(vec3 pos,int octaves,float falloff){
float noise = snoise(vec3(pos));
float off = 1.0;
if (octaves>1) {
pos *= 2.0;
off *= falloff;
noise = (1.0-off)*noise + off*snoise(vec3(pos));
}
if (octaves>2) {
pos *= 2.0;
off *= falloff;
noise = (1.0-off)*noise + off*snoise(vec3(pos));
}
if (octaves>3) {
pos *= 2.0;
off *= falloff;
noise = (1.0-off)*noise + off*snoise(vec3(pos));
}
return (1.0+noise)/2.0;
}
vec2 noiseStackUV(vec3 pos,int octaves,float falloff,float diff){
float displaceA = noiseStack(pos,octaves,falloff);
float displaceB = noiseStack(pos+vec3(3984.293,423.21,5235.19),octaves,falloff);
return vec2(displaceA,displaceB);
}
void main() {
vec2 offset = vec2(0.5,0.5);
//
float xpart = gl_FragCoord.x/resolution.x;
float ypart = gl_FragCoord.y/resolution.y;
//
float clip = 210.0;
float ypartClip = gl_FragCoord.y/clip;
float ypartClippedFalloff = clamp(2.0-ypartClip,0.0,1.0);
float ypartClipped = min(ypartClip,1.0);
float ypartClippedn = 1.0-ypartClipped;
//
float xfuel = 1.0-abs(2.0*xpart-1.0);//pow(1.0-abs(2.0*xpart-1.0),0.5);
//
float timeSpeed = 0.5;
float realTime = timeSpeed*time;
//
vec2 coordScaled = 0.01*gl_FragCoord.xy - 0.02*vec2(offset.x,0.0);
vec3 position = vec3(coordScaled,0.0) + vec3(1223.0,6434.0,8425.0);
vec3 flow = vec3(4.1*(0.5-xpart)*pow(ypartClippedn,4.0),-2.0*xfuel*pow(ypartClippedn,64.0),0.0);
vec3 timing = realTime*vec3(0.0,-1.7,1.1) + flow;
//
vec3 displacePos = vec3(1.0,0.5,1.0)*2.4*position+realTime*vec3(0.01,-0.7,1.3);
vec3 displace3 = vec3(noiseStackUV(displacePos,2,0.4,0.1),0.0);
//
vec3 noiseCoord = (vec3(2.0,1.0,1.0)*position+timing+0.4*displace3)/1.0;
float noise = noiseStack(noiseCoord,3,0.4);
//
float flames = pow(ypartClipped,0.3*xfuel)*pow(noise,0.3*xfuel);
//
float f = ypartClippedFalloff*pow(1.0-flames*flames*flames,8.0);
float fff = f*f*f;
vec3 fire = 1.5*vec3(f, fff, fff*fff);
//
// smoke
float smokeNoise = 0.5+snoise(0.4*position+timing*vec3(1.0,1.0,0.2))/2.0;
vec3 smoke = vec3(0.3*pow(xfuel,3.0)*pow(ypart,2.0)*(smokeNoise+0.4*(1.0-noise)));
//
// sparks
float sparkGridSize = 30.0;
vec2 sparkCoord = gl_FragCoord.xy - vec2(2.0*offset.x,190.0*realTime);
sparkCoord -= 30.0*noiseStackUV(0.01*vec3(sparkCoord,30.0*time),1,0.4,0.1);
sparkCoord += 100.0*flow.xy;
if (mod(sparkCoord.y/sparkGridSize,2.0)<1.0) sparkCoord.x += 0.5*sparkGridSize;
vec2 sparkGridIndex = vec2(floor(sparkCoord/sparkGridSize));
float sparkRandom = prng(sparkGridIndex);
float sparkLife = min(10.0*(1.0-min((sparkGridIndex.y+(190.0*realTime/sparkGridSize))/(24.0-20.0*sparkRandom),1.0)),1.0);
vec3 sparks = vec3(0.0);
if (sparkLife>0.0) {
float sparkSize = xfuel*xfuel*sparkRandom*0.08;
float sparkRadians = 999.0*sparkRandom*2.0*PI + 2.0*time;
vec2 sparkCircular = vec2(sin(sparkRadians),cos(sparkRadians));
vec2 sparkOffset = (0.5-sparkSize)*sparkGridSize*sparkCircular;
vec2 sparkModulus = mod(sparkCoord+sparkOffset,sparkGridSize) - 0.5*vec2(sparkGridSize);
float sparkLength = length(sparkModulus);
float sparksGray = max(0.0, 1.0 - sparkLength/(sparkSize*sparkGridSize));
sparks = sparkLife*sparksGray*vec3(1.0,0.3,0.0);
}
//
fragColor = vec4(max(fire,sparks)+smoke,1.0);
}调用的sfml代码和之前的是一样的,运行结果:
这是deepseek对这段着色器代码的解释,代码很复杂我开启了它的深度思考功能
这段GLSL着色器代码实现了一个动态的火焰效果,结合了烟雾和火花粒子。以下是关键部分的逐步解释:
- 噪声基础
- 使用改进的Simplex噪声(
snoise函数)生成自然随机图案 noiseStack通过叠加多组噪声(octaves)创建更复杂的纹理mod289和permute等数学函数用于生成梯度分布
- 坐标预处理
vec2 coordScaled = 0.01*gl_FragCoord.xy - 0.02*vec2(offset.x,0.0);
vec3 position = vec3(coordScaled,0.0) + vec3(1223.0,6434.0,8425.0);- 将屏幕坐标缩放并偏移,生成基础噪声坐标
- 添加大数值偏移避免重复图案
- 火焰动态模拟
- 创建流体运动向量,中间部位速度更快
- 使用pow函数控制火焰的收缩形态
- 多层噪声混合
vec3 noiseCoord = (vec3(2.0,1.0,1.0)*position + timing + 0.4*displace3)/1.0;
float noise = noiseStack(noiseCoord,3,0.4);- 将时间动态和位移噪声混合输入
- 3级octave噪声产生细节丰富的火焰形状
- 颜色生成
- 使用非线性颜色渐变(红到橙到黄)
- f的三次方运算增强火焰核心亮度
- 烟雾效果
- 基于燃料量(xfuel)和垂直位置(ypart)控制烟雾浓度
- 结合反向噪声增强边缘细节
- 火花系统
- 动态网格系统生成火花位置
- 生命周期控制实现上升消失效果
- 圆形分布公式创建粒子拖尾
- 最终合成
- 火花使用max保留最亮像素
- 烟雾使用加法混合增加层次感
这个着色器通过多层噪声混合、动态坐标变换和物理模拟,实现了包含火焰主体、飘散烟雾和迸发火花的复杂燃烧效果。数值参数经过精心调整,在性能与效果间取得平衡。