Mô hình hóa các hiện tượng như mây, khói, nước, lửa, điện... với các kỹ thuật tổng hợp hình ảnh hiện tại rất khó khăn. Bề mặt của những đối tượng này chưa được định nghĩa rõ ràng bằng các phương trình toán học mà rất phức tạp, không có quy luật. Đặc biệt, chúng luôn chuyển động và hay thay đổi. Do đó các đối tượng không định hình như thế này không thể được mô hình bằng các kỹ thuật biến đổi thông thường dành cho các vật thể cứng hay các hiện tượng thông thường khác trong đồ họa vi tính. Particle là một trong những phương pháp đặc biệt được dùng để mô phỏng các đối tượng kiểu này.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
2.2.1.1. Định nghĩa Particle System
Particle System được định nghĩa như sau:
Particle System là một tập hợp các thành phần hay các hạt (particle) riêng biệt. Particle System điều khiển tập hạt đó, cho phép chúng hoạt động một cách tự động nhưng với một số thuộc tính chung nhất định.
2.2.1.2. Đặc tính của Particle System
Particle System có ba đặc tính riêng khác hẳn với các kỹ thuật tổng hợp hình ảnh thông thường khác. Đó là:
1. Một đối tượng được biểu diễn không phải bởi một tập các thành phần bề mặt cơ bản như các đa giác hay các miếng nhỏ bề mặt để tạo ra bề mặt biên, mà được cấu thành từ tập các hạt để tạo hình khối.
2. Particle System không phải là thực thể tĩnh mà chuyển động và thay đổi hình dạng theo thời gian. Các hạt liên tục "chết đi" và các hạt mới được "sinh ra".
3. Một đối tượng được biểu diễn bằng Particle System không được xác định hoàn toàn, cả về đường nét lẫn hình dạng. Thay vào đó, nó được xác định bằng các tiến trình ngẫu nhiên.
Trong việc mô hình hóa các đối tượng không định hình, phương pháp Particle System có một số ưu điểm quan trọng so với các kỹ thuật hướng bề mặt cổ điển:
1. Một particle là một thành phần nguyên tố đơn giản hơn cả đa giác - thành phần đơn giản nhất của kỹ thuật mô hình dựa trên bề mặt. Do đó, trong một khoảng thời gian xử lí của máy tính, ta có thể tạo ra nhiều quá trình xử lí hơn, xây dựng hình ảnh phức tạp hơn. Cũng do đơn giản hơn nên việc tạo hiệu ứng nhòe khi chuyển động cho particle sẽ dễ dàng hơn. Việc tạo hiệu ứng nhòe cho khi đối tượng di chuyển nhanh phần lớn đã bị bỏ qua trong kỹ thuật tổng hợp hình ảnh cho đến ngày nay.
2. Định nghĩa mô hình được xác định theo thủ tục và được điều khiển bởi các số ngẫu nhiên. Do đó, việc nhận về một mô hình với độ chi tiết cao
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
không yêu cầu một thời gian thiết kế lớn như trong các hệ thống hướng bề mặt. Vì nó là theo thủ tục, một Particle System có thể tự điều chỉnh mức độ chi tiết của nó để phù hợp với tập các tham số đã được xác định cho việc quan sát. Cũng như với các bề mặt Fractal, càng phóng đại một Particle System càng cho ta những hình ảnh chi tiết hơn.
3. Một đối tượng được mô phỏng bằng Particle System là một đối tượng "sống", có nghĩa là chúng thay đổi theo thời gian. Rất khó để có thể mô hình sự chuyển động phức tạp này bằng các kỹ thuật mô hình dựa vào bề mặt đối tượng.
Particle System là một ý tưởng đã có từ lâu. Khoảng 50 năm trước thì những trò chơi vi tính đầu tiên cũng đã sử dụng rất nhiều các pixel chuyển động để tạo ra vụ nổ của vũ khí (SpaceWar - 1962, Asteroids - 1978...). Particle System cũng đã được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng 3D trong các bộ phim từ những năm 1980. Alvy Ray Smith và Jim Blinn sử dụng particle để mô hình hóa việc hình thành và chết đi của các vì sao trong các dải ngân hà trong Cosmos, một seri phim truyền hình về nguồn gốc sự sống và vị trí của trái đất trong vũ trụ được phát hành lần đầu năm 1980. Star Trek II, bộ phim nổi tiếng về đề tài chiến tranh vũ trụ được phát hành năm 1982 cũng sử dụng kỹ thuật Particle System để xây dựng hiệu ứng các vụ nổ ngoài vũ trụ.