Như đã nói ở trên, lửa là một đối tượng không định hình, tức là nó chưa được định nghĩa một cách rõ ràng và nó luôn luôn biến đổi theo thời gian. Việc sử dụng các phương pháp tổng hợp hình ảnh thông thường để mô phỏng lửa sẽ rất phức tạp và gặp nhiều khó khăn. Do vậy, để mô phỏng lửa, người ta thường lựa chọn phương pháp Particle.
Việc xây dựng một Particle System mô phỏng ngọn lửa cũng bao gồm
tất cả các bước cơ bản như trong mô hình dưới đây:
Hình 2.6.Sơ đồ vòng đời của hạt trong Particle System
Mô hình hóa sự biến động của lửa sử dụng hệ thống hạt dựa trên bốn yếu tố quan trọng: hình dạng, phát quang, độ trong suốt và màu sắc của các
hạt. Hình dạng tổng thể của một đám cháy được mô hình hóa bởi các chuyển động và kích thước của các hạt. Các hiệu ứng như nhấp nháy và phân tách thấy trong ngọn lửa hỗn loạn phụ thuộc vào sự biến động của các hạt. Sự phát quang của các hệ thống hạt mô phỏng hiệu ứng dây tóc của ngọn lửa. Dây tóc là tác dụng của ánh sáng phát ra bởi các đối tượng nước nóng. Lửa không phải là một chất rắn nhưng một hiện tượng khí rất nóng và tràn đầy năng lượng. Do đó, các đối tượng ở phía bên kia của một ngọn lửa có thể được nhìn thấy qua những ngọn lửa và người ta gọi là tính trong suốt. Các yếu tố độ mờ đục của những ngọn lửa quyết định tính trong suốt nhìn thấy trong lửa .
Về màu sắc của một hệ thống hạt xác định kết cấu và ảnh hưởng đến sự xuất hiện của một đám cháy. Để tái tạo màu sắc của ngọn lửa như là thực tế nhất có thể, hình ảnh của ngọn lửa thực tế đã được sử dụng như tài liệu tham khảo. Các quan sát cho thấy màu sắc của một ngọn lửa phụ thuộc vào loại nhiên liệu và chất oxi hóa sử dụng trong quá trình đốt cháy. Nhiên liệu carbon tạo ra ngọn lửa với sự xuất hiện màu cam hoặc màu vàng trong khi nhiên liệu khí lại sản xuất ngọn lửa với sự xuất hiện màu xanh. Để đơn giản hóa, thì trong phạm vi nghiên cứu việc mô phỏng ta bỏ qua yêu tố nhiên liệu ảnh hưởng đến mầu sắc của ngọn lửa. Các hệ thống hạt thực hiện có ba cấu trúc quan trọng: các hạt, các bộ phát, và quản lý bộ phát. Hạt được biểu diễn như là đối tượng nhỏ hoặc các điểm trên màn hình không có hình dạng xác định, cấu trúc, kích thước hoặc chuyển động dự đoán được. Bản chất không xác định của các hạt được thực hiện phải phụ thuộc vào các thuộc tính mỗi hạt và bộ phát của quá trình ngẫu nhiên để cho nó hành vi hỗn loạn.
Các hạt được tạo ra và đưa vào hệ thống hạt bằng bạc. Bộ phát là điểm ngẫu nhiên vị trí trong phạm vi ranh giới quy định. Trong thực tế, các bộ phát tự có thể được coi là hạt có tĩnh. Bộ phát có đặc tính khác nhau góp phần vào
sự biến động của các hạt và sự xuất hiện chung của một mô hình ngọn lửa. Các thuộc tính quan trọng của một bộ phát là vị trí của nó, tốc độ chụp hoặc tỷ lệ phát của các hạt, ban đầu xác định vector hướng phát, danh sách hạt động và năng lượng của bộ phát.
Vị trí của các bộ phát xác định nơi phát được tạo ra trong hệ thống hạt. Trong việc thực hiện này của hệ thống hạt, các bộ phát được đặt trong một ranh giới tròn, đánh dấu bán kính của đám cháy. Bộ phát cũng kiểm soát tốc độ phát xạ của các hạt và sự chỉ đạo chung. Tỷ lệ phát hoặc tốc độ chụp, xác định số lượng của các hạt được phát ra từ mỗi bộ phát. Như thể hiện trong hình 2.7, các hạt có thể xuất hiện được phát ra trong lớp.
Hình 2.7. Các hạt được phát cùng số lượng và tốc độ
Điều này là do, ở mỗi chu kỳ vẽ, tất cả các bộ phát hoạt động phát ra cùng số lượng các hạt cùng một lúc. Kết quả là, các hạt trong chu trình vẽ cùng xuất hiện thành cụm với nhau mà di chuyển trong lớp. Vì vậy, để đảm bảo các hạt không phát ra ở một tốc độ không đổi, gây ra các cụm của các hạt sẽ được phát cùng một lúc, tốc độ bùng nổ được đưa ra bằng một biến ngẫu nhiên. Điều này dẫn đến một dòng hạt có tác dụng thực tế hơn như thể hiện trong hình 2.8
Hình 2.8. Các hạt được phát với số lượng và tốc độ một cách ngẫu nhiên
Khi một bộ phát được tạo ra, nó được phân công một số ngẫu nhiên của các hạt được chứa trong một danh sách biến động. Danh sách này thay đổi tự động khi các hạt được thêm vào hoặc gỡ bỏ. Hình 2.9 cho thấy ảnh hưởng của các hạt đi theo đường thẳng theo hướng thẳng đứng.
Hình 2.9. Các hạt được phát theo hướng thẳng đứng
Điều này là do các hạt không phát ra trong bất kỳ hướng nào ngẫu nhiên. Hành vi này là không phù hợp với lửa. Do đó, các hạt được phân công phát của mình và phát ra ở các hướng khác nhau. Các vectơ hướng ban đầu của các hạt được xác định bởi hai góc quay xung quanh sân (trục X) và (trục
Y). Hai góc quay đều được thay đổi bằng cách lấy ngẫu nhiên các giá trị giữa số 0 và 180 độ cho mỗi bộ phát để giữ cho ngọn lửa trên mặt đất.
Năng lượng của một bộ phát xác định bao lâu nó sẽ ở lại hoạt động trong các hệ thống hạt. Mỗi lần lặp, năng lượng của bộ phát lại giảm cho đến khi nó đạt đến một giá trị tối thiểu qui định hết hạn sử dụng. Một bộ phát hết hạn được lấy ra từ hệ thống cùng với tất cả các hạt đã được gán cho nó. Quản lý bộ phát theo dõi tất cả các bộ phát trong hệ thống bằng cách sử dụng một danh sách năng động để lưu trữ các bộ phát này. Từng bước thời gian, khi một bộ phát mới được tạo ra, nó sẽ tự động thêm vào danh sách năng động này. Quản lý bộ phát cũng cập nhật tình trạng của các bộ phát thải và loại bỏ bộ phát "chết" trong hệ thống. Một hệ thống phân cấp điển hình của một hệ thống hạt với cấu trúc 3 tầng quan trọng được minh họa trong hình 2.10
Hình 2.10. Cấu trúc phân cấp của thành phần quản lý bộ phát
Các thông số quan trọng của một hạt trong mô hình ngọn lửa được dựa trên cấu trúc chung của một hạt như mô tả trong phần (2.1.4.2). Các thông số này bao gồm vị trí, năng lượng (quyết định tuổi thọ hạt), màu sắc, độ trong suốt, vận tốc và kích thước của các hạt. Vị trí bắt đầu của một hạt mới được tạo ra được thiết lập vị trí phát cha mẹ của mình và thay đổi trong suốt tuổi thọ của nó. Vận tốc của một hạt xác định vị trí tiếp theo trong hệ thống. Như
với các bộ phát, các hạt có một thuộc tính năng lượng mà quyết định họ sẽ tồn tại bao lâu trong hệ thống. Trong mô hình phát triển hệ thống hạt, một hạt đã hết hạn, chỉ đơn giản là thiết lập trở lại điểm xuất phát và tái sinh. Điều này là để cải thiện hiệu suất của hệ thống bằng cách giảm cấp phát bộ nhớ và địa điểm thỏa thuận khi tạo và loại bỏ các đối tượng. Ngoài ra, màu sắc và kích thước của một hạt được xác định bởi năng lượng của nó và đóng một vai trò quan trọng trong mô hình hóa sự xuất hiện của một ngọn lửa. Như năng lượng của một hạt giảm, kích thước và cường độ của màu sắc của nó giảm cũng như độ mờ đục của nó (điều đó có nghĩa là khi nhiệt độ của lửa giảm thì độ mờ đục của lửa giảm có nghĩa là độ trong suốt của lửa sẽ tăng).