Fluid Ninja¶

Fluid Ninja 是一个令人惊叹的交互流体模拟插件，使用它可以以极低的性能损耗制作出令人叹为观止的效果：

作者YouTube：https://www.youtube.com/c/AndrasKetzer
虚幻商城：https://www.unrealengine.com/marketplace/en-US/product/fluidninja-live
讨论社区（Discord）：https://discord.com/invite/rgEtwua2tu

作者Youtube上很多视频教程：

获取¶

对于学生用户，可以到 Fluid Ninja 的Discord社区中下载学生免费版：

对于商业用户，请在虚幻商城中购买FluidNinja插件：

https://www.unrealengine.com/marketplace/en-US/product/fluidninja-live

示例¶

在Content/FluidNinjaLive/Tutorial/Levels/中有大量的示例关卡，这些关卡中都有详细的描述文本：

最好的学习方式就是依次对这些关卡进行复刻，理解它的参数配置：

关键蓝图¶

NinjaLiveComponent¶

NinjaLiveComponent是FluidNinja的核心，使用它必须搭载一个静态网格体（一般是面片，称它为 跟踪网格（Trace Mesh） ），流体模拟的最终结果将作为跟踪网格的材质进行输出：

上图中的红色面片也就是跟踪网格

NinjaLive¶

NinjaLive是Fluid Ninja提供的一个默认Actor，它对 NinjaLiveComponent 的参数进行了一层包裹，包含了一个能满足绝大多数情况的使用需求的跟踪面片，简化了NinjaLiveComponent的设置，并添加了一些额外的功能，比如：

通过ActivationVolume 对 NinjaFluid 进行剔除休眠，进入到ActivationVolume才会激活NinjaLiveComponent
通过InteractionVolume更细粒度地设置交互区域。

NinjaLive_Utilities¶

NinjaLive_Utilities（蓝图Actor）提供了一些便捷的调试功能，比如：

自动控制距离该蓝图最近的玩家
显示鼠标
调整抗锯齿，景深，运动模糊的质量
解除编辑器120FPS的限制
...

可以将该蓝图拖入场景中，并进行配置：

NinjaLive_PresetManager¶

NinjaLive_PresetManager（蓝图Actor）用于调整NinjaLive的参数预设。

将它拖入场景，启动PIE，可以看到如下面板：

NinjaLive_MemoryPoolManager¶

NinjaLive_MemoryPoolManager（蓝图Actor）用于配置FluidNinja的内存策略。

模拟过程¶

在FluidNinja的资产目录下，有一个名为 Help 蓝图：

它里面详细描述了 Fluid Ninja 模拟的流程图：

NinjaFluid的核心在于：

构建 Density（密度） 贴图和 Velocity（速度） 贴图
叠加 噪声（Noise） 来增加流体的随机度
调整 画刷（Brush） 来控制流体的形体
结合 输出材质（Output Mateial）
将最终结果输出到 跟踪网格（Trace Mesh） 的材质表面
得到我们想要的结果：

Density 为单通道纹理，值域为[0,1]，用于表示当前位置流体的密度。
Velocity 为双通道纹理，值域为[0,1]，用于表示当前位置流体的矢量速度，由于被标准化为[0,1]，速度0实际上对应的RG值为(0.5,0.5)，上图中：
Velocity纹理的R通道对应水平速度，当值<0.5时流体向左，>0.5时流体向右
Velocity纹理的R通道对应竖直速度，当值<0.5时流体向上，>0.5时流体向下
FluidNinja允许输入三通道材质，其中RG通道代表Velocity，B通道代表Density

使用流程¶

制作过程中，我们本质上是对 NinjaLiveComponent 进行操作，它的 配置项分类（Categories） 有：

Live Activation ：只有一个Disable Component选项，可以通过蓝图去动态设置来进行剔除。
Live Interaction ：交互相关的所有配置，比如筛选交互目标，跟踪网格的朝向、锁定，世界坐标偏移等。
Live Brush Setting ：画刷的参数配置。
Live Generic ：通用配置，主要是调整效果的预设、输入和输出。
Live Performance ：性能配置，可配置效果的迭代次数，FPS范围限制，LOD等。
Live Compatibility ：兼容性配置，可配置碰撞通道，覆盖输入等。
Live Debug ：调试配置，提供了一些勾选项用于打印提示信息。
Live Raymarching ：配置Raymarching。
Live Memory Management ：配置内存管理。

构建输入¶

这里的输入主要指的是 密度（Density） 和 速度（Velocity） ，相关的输入配置参数主要位于 NiagaraComponent 的Live Generic分类下，Fluid Ninja的输入来源可以是以下几种：

静态纹理
动态材质
场景摄像机捕获
渲染目标（RenderTarget）
流媒体视频
鼠标输入
场景交互：静态网格体、动态网格体、骨骼网格体、可破坏物...

以上输入并不是独立的，它们可以共存，FluidNinja会将多个输入混合到一起，详见Help.uasset中的流程图。

在地图Content/FluidNinjaLive/Tutorial/Levels/NinjaLive_Level03_SimulationInputs_LIVE17.umap中，有完整的NinjaFluid输入示例，下面对这些输入的关键步骤进行记录：

静态纹理（Texture）¶

静态纹理的输入设置位于NinjaPreset数据表中：

通常情况下，我们不会直接修改数据表的内容，而是在 测试关卡 中，借助 NinjaLive_PresetManager 提供的编辑器面板来导出预设表格：

动态材质（Mateiral）¶

材质的输入配置位于 NinjaComponent 的 Live Generic 分类下：

可以在 Input Materials 参数中添加可用的输入材质。可以多添加，以便可以在 NinjaLive_PresetManager 中能够切换预览。
调节 Input Material Selected 索引选择当前使用的输入材质。
勾选 RGB-Input Material 会让材质的RG通道作为Velocity纹理，B通道作为Density纹理，否则 默认只会使用材质的R通道作为Density纹理
勾选 Input Material Clamp ，将会裁剪UV坐标位于[0,1]之外的图像。

对于Ninja Fluid的输入材质，需要选择材质域为后期处理，并关闭投影光线检测阴影：

场景摄像机捕获（Scene Capture 2D）¶

FluidNinja可以使用摄像机来捕获场景，并将相机画面内的图像作为流体模拟的输入，具体的配置位于 NinjaComponent 的 Live Generic 分类下：

可以在 Input Scene Capture Camera 选择当前场景已存在的Actor

示例：

创建一个 Ninja Live ， Cube 和 场景捕获2D（Scene Capture 2D） ，并将相机对准要捕获的Cube

在 Ninja Live 的 Ninja Component 中，配置场景捕获2D，并选择较为直观的材质输出：

执行PIE，能看到如下效果：
可以在场景捕获2D去调整捕获的配置（相机的参数，对象的筛选...），借助 NinjaLive_PresetManager 来调整它的参数效果：

渲染目标（RenderTarget）¶

材质的输入配置位于 NinjaComponent 的 Live Generic 分类下：

勾选 Use Render Target as Input ，将会使用下方的 Input Render Target 作为流体模拟的输入
Input Render Target 用于指定读取的 Render Target

在Fluid Ninja中，该方案可以用于制作 形态可控的3D流体

Level3中有如下示例：

左侧是一个Niagara粒子系统，中间是投影的RT，右侧是利用RT+输出材质最终展现出的效果

示例：

在内容浏览器新建【Niagara粒子系统】，选择【从现有系统拷贝】

取消勾选仅库，在标准分类中找到 NS_ParticleCaptureBasic ：

创建完成之后打开粒子系统，可以发现它包含两个默认发射器：
NE_ParticleCaptureBasic ：用于将Empty发射器的粒子，通过网格坐标映射到RenderTarget上，可在AttributeReader中选择捕获哪个发射器。
Empty ：用于模拟的粒子发射器

下面给了它一个发射速度（60），并增加了一个四散的随机初速度，可以看到如下效果：

NE_ParticleCaptureBasic 会利用捕获的粒子数据，根据所有粒子的坐标 “投影” 到一张RenderTarget上，我们可以在用户参数上设置这个投影过程的策略：

用户参数中，默认使用RT_PrevivewParticleCapture作为RT输出，它可能被其他粒子系统共用，直接用它会与其他逻辑（教程关卡）冲突，所以我们需要自己创建一张RT：

并在NiagaraSystem的默认参数中指定它，尝试调整用户参数来理解RT的映射规则：

将配置好的NiagaraSystem拖拽放入场景中，并场景中浮空放置一个 NinjaLiveActor ，在 NinjaLive的细节面板中设置TraceMeshSize为（5，5，1），在NinjaLiveComponent的细节并开启追踪网格面向相机（Camera Facing Trace Mesh），开启RT输入，并指定刚刚创建的RT，选择输出材质为 MI_DensityBuffer_Red：

启动PIE，我们能看到如下效果：

实际上，我们并不需要对NiagaraSystem进行渲染，我们只需要它的模拟数据， NS_ParticleCaptureBasic 默认开启只是为了方便调试，所以我们可以关闭粒子发射器的渲染器：

此外，由于RT的渲染也是依赖相机位置，所以为了获得更准确的平面图像，需要将 NiagaraSystem 和 NinjaLive 的位置重叠，选择一个合适的输出材质效果，就能看到：

视频输入¶

使用视频文件作为NinjaFluid的输入，需要指定以下三个参数：

Input Media Player ：视频播放器
Media Texture ：视频绘制所使用的纹理
Input Media Source ：视频播放源

关于UE如何播放视频，可参阅文章 https://zhuanlan.zhihu.com/p/135963353

示例：

添加一个NinjaLiveActor，指定视频作为Density输入，再设置一个向上的Velocity贴图T_Crumple，结合输出材质MI_Candle1，能得到这样的效果：

用户输入¶

NinjaLiveActor默认开启了鼠标输入，它的效果如下：

可以在此处进行关闭：

碰撞交互¶

Fluid Ninja可以通过物理碰撞来作为输入，来完成一些可交互的流体效果，一个简单的示例如下：

添加一个NinjaLiveActor
设置Trace Mesh Size和Interaction Volume Size为(5,5,1)
设置NinjaLiveComponent\Live Bursh Settings，否则会因为碰撞画笔太小导致看不到结果
- 勾选Brush Scaled By Interacting Obj Size
- 设置Primitive Obj Brush Scale 为 20
添加一个小白人，能看到如下效果：

该效果是通过UE的物理碰撞机制实现的，其完整的参数均位于 NinjaLiveComponent\Live Interaction 中：

Continuous Interaction with Owner Actor ：与持有该组件的Actor持续交互
Continuous Interaction incluisve Obj Type ：过滤交互的碰撞对象类型
Continuous Interaction Component Name ：过滤交互的组件名
Continuous Interaction Bone Names Exact ：过滤交互的骨骼名
Single Target Mode ：单一目标模式，开启之后FluidNinja认为碰撞产生的图像都是由一个目标生成的，这可以使碰撞路径变得平滑，没有断层（插值）
Single Target Type
Single Target Mode Skeletal Mesh Index
Single Target Move Set Sim Speed
Speed Influence Factor ：速度影响因子
Clamp Max Velocity ：截断最大速度
Camera Facing Tace Mesh ：TraceMesh始终面向相机
Camera Facing Lock Y-Axis ：锁定摄像机的Y轴
Use Legacy Camera Facing
Trance Mesh Translucent Sort Prio
Use Custom Trace Source ：使用自定义追踪资源，开启之后相当于使用下面的位置作为摄像机位置来进行碰撞检测
Custom Trace Source Position ：自动追踪资源的位置
Trace Mesh Moving in World Space ：TraceMesh位于世界空间
Movement Not Quantized to Steps OnAxis
Movements is Locked on This axis ：锁定某个轴的移动
Force Trace Mesh to Custom Vertical Pos
Force Trace Mesh Vertical Position ：锁定TraceMesh的位置
Enable Paint Buffer Offset in World Spacing ：开启绘制缓存区的世界空间机制
Simple Painter Mode ：单纯的绘制模式，没有碰撞输入

对于 NinjaLiveActor ，对上述参数做了进一步封装，有如下参数可以调整：

Overlap Based Interaction ：开启碰撞交互
Interaction Volume Size ：交互体积大小
以下参数用于筛选哪些物体可以于交互体积发生“作用”。
Track Actor Primitive Components With Tag ：追踪带有该标签的组件
Track Actor Skeletal Mesh Components With Tag ：追踪带有该标签的骨骼网格体组件
Overlap Filter Inclusive Obj Tab ：需要包含的对象碰撞类型
Overlap Filter Inclusive Bone Name Exact ：需要包含的骨骼名称，如果为空，则会处理全部骨骼
Overlap Filter Inclusive Bone Name Partial ：需要包含的骨骼名称字段，例如填入Foot，则所有名称包含Foot的骨骼都将被包含
Exclude Specific Actors from Overlap ：需要排除的Actor类型
Auto Exclude Large Overlapping Objects ：自动排除大型的覆盖对象

调节画刷¶

画刷用于控制FluidNinja输入贴图作用区域的缩放因子，其参数配置如下：

一些关键参数：

Brush Scaled Inversely by Trace Mesh Size ：画刷会随跟踪网格的大小进行缩放
Brush Scaled by Interacting Obj Size ：画刷会随交互对象的大小进行缩放
Use Obj Bounds Instead of Size ：使用交互对象的边界作为画刷尺寸
Global Brush Scale ：全局画刷缩放系数

如果碰撞交互的效果几乎不可见，很有可能是画刷太小导致的

预设配置¶

预设表包含了流体模拟相关的参数：

在 NinjaLive_PresetManager 阅读参数的提示信息，通过调整来理解它跟效果的关联关系，配完参数后另存为新表。

输出材质¶

FluidNinjaLive内容目录下定义了其使用的核心材质：

我们可以直接使用Instance_*文件夹下的材质实例

亦或是新建材质实例，设置父项为FluidNinja提供的基础材质（材质文件名称以M_NinjaOutput_开头）：

M_NinjaOutput_Basic ：基础材质
M_NinjaOutput_Advanced ：高级材质
M_NinjaOutput_TranslucentReflective ：透明反射材质
M_NinjaOutput_WorldSpaceGeneric ：世界空间材质
...

以M_NinjaOutput_Basic为例，它提供了很多可供调整的参数预设：

在FluidNinja的Tutorial和Usercase关卡中，有很多可供参考的材质示例，具体的参数意义，可通过复刻进行学习。

总结¶

FluidNinja的思路很巧妙，使用起来有些繁琐，但关键的步骤很清晰：

构造模拟过程所需的Density（密度）贴图和Velocity（速度）贴图，使用恰当的画刷和预设并结合对应的材质来呈现出最终想要的效果。

优缺点¶

FluidNinja通过二维面片来伪装出三维视觉的效果，它的性能损耗远低于常规的粒子流体模拟，但想要伪装出足够真实的三维效果，就要有足够真实的二维输入，否则的话，在某些视角上可以轻易识破FluidNinja的追踪网格面片。
FluidNinja提供了很多的方式构建流体的输入：贴图，材质，RT，Niagara，相机...，可以满足绝大部分的开发需求，但细节很多，使用起来并不容易，想要随心所欲的制作出想要的效果还需要深入的学习。
FluidNinja并不能完全代替粒子，它更适用于 可交互的 流体模拟，比如烟雾，火焰，水体...