GPUParticles2D/3D no Godot 4 — Guia Completo

1. Introdução

O Godot 4 usa GPUParticles2D e GPUParticles3D como os nós padrão do sistema de partículas. Eles são executados inteiramente na GPU, o que os torna significativamente mais rápidos do que seus equivalentes de CPU para grandes quantidades de partículas. O antigo ParticlesMaterial do Godot 3 foi substituído pelo ParticleProcessMaterial, que oferece mais controle sobre o comportamento das partículas.

CPUParticles2D e CPUParticles3D ainda existem como nós de fallback para dispositivos sem suporte a compute na GPU ou quando você precisa acessar dados de partículas individuais a partir do GDScript. Na maioria dos casos, as partículas de GPU são a escolha recomendada.

2. GPUParticles2D vs. CPUParticles2D

3. Configuração básica

Para criar um efeito de partículas básico, adicione um nó GPUParticles2D à sua cena e atribua a ele um ParticleProcessMaterial. Veja uma configuração mínima em GDScript:

# Create a GPUParticles2D node via code
var particles = GPUParticles2D.new()
particles.amount = 50
particles.lifetime = 2.0
particles.explosiveness = 0.0  # 0 = continuous, 1 = all at once
particles.randomness = 0.5

# Create and assign the material
var mat = ParticleProcessMaterial.new()
mat.direction = Vector3(0, -1, 0)  # Note: uses Vector3 even in 2D
mat.initial_velocity_min = 50.0
mat.initial_velocity_max = 100.0
mat.gravity = Vector3(0, 98, 0)

particles.process_material = mat
add_child(particles)

Propriedades importantes do próprio nó GPUParticles2D:

• amount — Número de partículas vivas a qualquer momento (padrão: 8)
• lifetime — Por quanto tempo cada partícula vive, em segundos (padrão: 1.0)
• one_shot — Emite uma vez e depois para (padrão: false)
• explosiveness — 0.0 = fluxo contínuo, 1.0 = todas as partículas de uma vez
• randomness — Deslocamento aleatório no tempo de emissão (0.0-1.0)
• speed_scale — Multiplicador da velocidade da simulação
• emitting — Se o sistema está emitindo no momento

4. ParticleProcessMaterial em detalhes

O ParticleProcessMaterial controla como cada partícula se comporta ao longo de sua vida. Todas as propriedades direcionais usam Vector3, mesmo para partículas 2D (o componente Z é simplesmente ignorado).

Direção e velocidade

var mat = ParticleProcessMaterial.new()

# Direction: normalized vector for initial particle heading
mat.direction = Vector3(0, -1, 0)  # Upward in 2D (Y is flipped)

# Spread: cone angle in degrees (0 = straight line, 180 = hemisphere)
mat.spread = 45.0

# Initial velocity: particles spawn with speed in this range
mat.initial_velocity_min = 100.0
mat.initial_velocity_max = 200.0

# Gravity: constant acceleration applied every frame
mat.gravity = Vector3(0, 98, 0)  # Pulls downward in 2D

Velocidade angular

Faz as partículas girarem enquanto se movem. Útil para destroços, confetes ou folhas.

mat.angular_velocity_min = -180.0  # degrees per second
mat.angular_velocity_max = 180.0

Escala ao longo da vida

Use uma CurveTexture para alterar o tamanho da partícula ao longo de sua vida:

var curve = Curve.new()
curve.add_point(Vector2(0.0, 1.0))  # Full size at birth
curve.add_point(Vector2(0.5, 1.2))  # Slightly larger at midlife
curve.add_point(Vector2(1.0, 0.0))  # Shrink to nothing at death

var curve_tex = CurveTexture.new()
curve_tex.curve = curve
mat.scale_curve = curve_tex

Amortecimento e atrator

O amortecimento (damping) desacelera as partículas com o tempo, simulando resistência do ar. Atratores (nós separados) puxam as partículas em direção a um ponto.

mat.damping_min = 5.0
mat.damping_max = 10.0

5. Gradientes de cor

A propriedade color_ramp do ParticleProcessMaterial aceita uma GradientTexture1D para alterar suavemente a cor da partícula ao longo de sua vida. Isso é essencial para efeitos realistas de fogo, fumaça e magia.

Exemplo: gradiente de fogo

var gradient = Gradient.new()
gradient.colors = PackedColorArray([
    Color(1.0, 1.0, 1.0, 1.0),    # White (hot core)
    Color(1.0, 1.0, 0.2, 1.0),    # Yellow
    Color(1.0, 0.5, 0.0, 1.0),    # Orange
    Color(0.8, 0.1, 0.0, 0.8),    # Red
    Color(0.2, 0.0, 0.0, 0.0),    # Dark red, transparent (fade out)
])
gradient.offsets = PackedFloat32Array([0.0, 0.15, 0.4, 0.7, 1.0])

var grad_tex = GradientTexture1D.new()
grad_tex.gradient = gradient
mat.color_ramp = grad_tex

Você também pode definir uma propriedade color fixa em vez de um gradiente para partículas de cor uniforme:

mat.color = Color(0.2, 0.6, 1.0, 0.8)  # Semi-transparent blue

6. Formas de emissão

A forma de emissão determina onde as partículas surgem. Ela é definida por emission_shape no ParticleProcessMaterial.

Point

Todas as partículas surgem na origem do nó. É a forma padrão.

mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_POINT

Sphere / Sphere Surface

As partículas surgem aleatoriamente dentro de uma esfera (ou apenas em sua superfície).

mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_SPHERE
mat.emission_sphere_radius = 50.0

# Surface only:
mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_SPHERE_SURFACE
mat.emission_sphere_radius = 50.0

Box

As partículas surgem aleatoriamente dentro de um volume retangular.

mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_BOX
mat.emission_box_extents = Vector3(100, 10, 0)  # Wide and thin

Ring

As partículas surgem em uma forma de anel (rosca), definida por raio interno/externo e altura.

mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_RING
mat.emission_ring_radius = 80.0       # Outer radius
mat.emission_ring_inner_radius = 60.0 # Inner radius (hole)
mat.emission_ring_height = 0.0        # Flat ring
mat.emission_ring_axis = Vector3(0, 0, 1)  # Ring normal

7. Receitas práticas

Fogo

Gradiente laranja-avermelhado, velocidade para cima, leve dispersão, escala diminuindo ao longo da vida.

func create_fire() -> GPUParticles2D:
    var p = GPUParticles2D.new()
    p.amount = 40
    p.lifetime = 0.8
    p.randomness = 0.3

    var mat = ParticleProcessMaterial.new()
    mat.direction = Vector3(0, -1, 0)
    mat.spread = 15.0
    mat.initial_velocity_min = 40.0
    mat.initial_velocity_max = 80.0
    mat.gravity = Vector3(0, -20, 0)  # Slight upward pull
    mat.damping_min = 5.0
    mat.damping_max = 10.0

    # Color ramp: white -> yellow -> orange -> red -> transparent
    var grad = Gradient.new()
    grad.colors = PackedColorArray([
        Color(1, 1, 1, 1), Color(1, 1, 0.2, 1),
        Color(1, 0.4, 0, 0.9), Color(0.6, 0.1, 0, 0.4),
        Color(0.2, 0, 0, 0)
    ])
    grad.offsets = PackedFloat32Array([0.0, 0.1, 0.35, 0.7, 1.0])
    var grad_tex = GradientTexture1D.new()
    grad_tex.gradient = grad
    mat.color_ramp = grad_tex

    # Scale: shrink over time
    var curve = Curve.new()
    curve.add_point(Vector2(0, 0.8))
    curve.add_point(Vector2(0.3, 1.0))
    curve.add_point(Vector2(1, 0.0))
    var curve_tex = CurveTexture.new()
    curve_tex.curve = curve
    mat.scale_curve = curve_tex

    p.process_material = mat
    return p

Fumaça

Gradiente cinza, movimento lento para cima, grande dispersão, alfa baixo para uma aparência esfumaçada.

func create_smoke() -> GPUParticles2D:
    var p = GPUParticles2D.new()
    p.amount = 25
    p.lifetime = 3.0
    p.randomness = 0.5

    var mat = ParticleProcessMaterial.new()
    mat.direction = Vector3(0, -1, 0)
    mat.spread = 35.0
    mat.initial_velocity_min = 10.0
    mat.initial_velocity_max = 30.0
    mat.gravity = Vector3(0, -5, 0)
    mat.damping_min = 2.0
    mat.damping_max = 5.0
    mat.angular_velocity_min = -30.0
    mat.angular_velocity_max = 30.0

    var grad = Gradient.new()
    grad.colors = PackedColorArray([
        Color(0.6, 0.6, 0.6, 0.0), Color(0.5, 0.5, 0.5, 0.3),
        Color(0.4, 0.4, 0.4, 0.2), Color(0.3, 0.3, 0.3, 0.0)
    ])
    grad.offsets = PackedFloat32Array([0.0, 0.15, 0.6, 1.0])
    var grad_tex = GradientTexture1D.new()
    grad_tex.gradient = grad
    mat.color_ramp = grad_tex

    # Scale: grow over time (smoke expands)
    var curve = Curve.new()
    curve.add_point(Vector2(0, 0.3))
    curve.add_point(Vector2(0.5, 1.0))
    curve.add_point(Vector2(1, 1.5))
    var curve_tex = CurveTexture.new()
    curve_tex.curve = curve
    mat.scale_curve = curve_tex

    p.process_material = mat
    return p

Chuva

Riscos branco-azulados, forte gravidade para baixo, dispersão estreita, alta contagem de partículas.

func create_rain() -> GPUParticles2D:
    var p = GPUParticles2D.new()
    p.amount = 200
    p.lifetime = 1.0

    # Use a box emission to cover the screen width
    var mat = ParticleProcessMaterial.new()
    mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_BOX
    mat.emission_box_extents = Vector3(600, 0, 0)
    mat.direction = Vector3(0.05, 1, 0)  # Slightly angled
    mat.spread = 3.0
    mat.initial_velocity_min = 400.0
    mat.initial_velocity_max = 500.0
    mat.gravity = Vector3(0, 200, 0)

    var grad = Gradient.new()
    grad.colors = PackedColorArray([
        Color(0.7, 0.8, 1.0, 0.6), Color(0.7, 0.85, 1.0, 0.4),
        Color(0.7, 0.85, 1.0, 0.0)
    ])
    grad.offsets = PackedFloat32Array([0.0, 0.8, 1.0])
    var grad_tex = GradientTexture1D.new()
    grad_tex.gradient = grad
    mat.color_ramp = grad_tex

    # Stretch particles to look like streaks
    mat.scale_min = 0.5
    mat.scale_max = 0.5

    p.process_material = mat
    return p

Faíscas

Amarelo-alaranjado, explosão repentina, alta velocidade inicial, vida curta.

func create_sparks() -> GPUParticles2D:
    var p = GPUParticles2D.new()
    p.amount = 30
    p.lifetime = 0.5
    p.one_shot = true
    p.explosiveness = 1.0  # All at once

    var mat = ParticleProcessMaterial.new()
    mat.direction = Vector3(0, -1, 0)
    mat.spread = 180.0  # Full sphere
    mat.initial_velocity_min = 150.0
    mat.initial_velocity_max = 300.0
    mat.gravity = Vector3(0, 200, 0)  # Fall quickly
    mat.damping_min = 10.0
    mat.damping_max = 20.0

    var grad = Gradient.new()
    grad.colors = PackedColorArray([
        Color(1, 1, 0.8, 1), Color(1, 0.7, 0.1, 1),
        Color(1, 0.3, 0, 0.5), Color(0.5, 0.1, 0, 0)
    ])
    grad.offsets = PackedFloat32Array([0.0, 0.2, 0.6, 1.0])
    var grad_tex = GradientTexture1D.new()
    grad_tex.gradient = grad
    mat.color_ramp = grad_tex

    # Scale: start small, stay small
    mat.scale_min = 0.3
    mat.scale_max = 0.6

    p.process_material = mat
    return p

Neve

Partículas brancas, descida lenta e suave, ampla dispersão, leve deriva horizontal.

func create_snow() -> GPUParticles2D:
    var p = GPUParticles2D.new()
    p.amount = 100
    p.lifetime = 5.0
    p.randomness = 0.8

    var mat = ParticleProcessMaterial.new()
    mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_BOX
    mat.emission_box_extents = Vector3(500, 0, 0)
    mat.direction = Vector3(0.1, 1, 0)
    mat.spread = 10.0
    mat.initial_velocity_min = 20.0
    mat.initial_velocity_max = 40.0
    mat.gravity = Vector3(0, 10, 0)
    mat.damping_min = 1.0
    mat.damping_max = 3.0
    mat.angular_velocity_min = -45.0
    mat.angular_velocity_max = 45.0

    var grad = Gradient.new()
    grad.colors = PackedColorArray([
        Color(1, 1, 1, 0), Color(1, 1, 1, 0.8),
        Color(1, 1, 1, 0.7), Color(1, 1, 1, 0)
    ])
    grad.offsets = PackedFloat32Array([0.0, 0.05, 0.8, 1.0])
    var grad_tex = GradientTexture1D.new()
    grad_tex.gradient = grad
    mat.color_ramp = grad_tex

    mat.scale_min = 0.3
    mat.scale_max = 0.8

    p.process_material = mat
    return p

8. Partículas 3D (GPUParticles3D)

O GPUParticles3D funciona de forma idêntica ao GPUParticles2D, mas opera no espaço 3D. O mesmo ParticleProcessMaterial é usado. As principais diferenças:

• Todos os 3 eixos de Vector3 ficam ativos (X, Y, Z)
• As formas de emissão funcionam em 3D completo (esferas são esferas reais, caixas são volumes)
• Você pode usar draw_pass_1 com um QuadMesh ou uma malha personalizada para partículas em billboard
• Partículas de malha podem usar StandardMaterial3D ou ORMMaterial3D

# 3D fire torch example
var particles_3d = GPUParticles3D.new()
particles_3d.amount = 60
particles_3d.lifetime = 1.0

var mat = ParticleProcessMaterial.new()
mat.direction = Vector3(0, 1, 0)  # Upward in 3D
mat.spread = 20.0
mat.initial_velocity_min = 1.0
mat.initial_velocity_max = 2.0
mat.gravity = Vector3(0, -0.5, 0)  # Slight counter-gravity

# Emission from a small sphere
mat.emission_shape = ParticleProcessMaterial.EMISSION_SHAPE_SPHERE
mat.emission_sphere_radius = 0.2

particles_3d.process_material = mat

# Use a QuadMesh as the particle shape
var quad = QuadMesh.new()
quad.size = Vector2(0.3, 0.3)
particles_3d.draw_pass_1 = quad

# Billboard mode: particles always face the camera
mat.billboard_mode = BaseMaterial3D.BILLBOARD_ENABLED

add_child(particles_3d)

9. Sub-emissores

O Godot 4 oferece suporte a sub-emissores para efeitos de partícula sobre partícula. Um sub-emissor é outro nó GPUParticles2D/GPUParticles3D que emite partículas na posição de cada partícula pai. Isso é ideal para:

• Faíscas saindo de partículas de fogo
• Rastros de fumaça atrás de explosões de fogos de artifício
• Gotículas de respingo na colisão
• Explosões secundárias

Para configurar sub-emissores:

# 1. Create the sub-emitter node (must be a sibling or child)
var sub_sparks = GPUParticles2D.new()
sub_sparks.amount = 4
sub_sparks.lifetime = 0.3
sub_sparks.explosiveness = 1.0
sub_sparks.emitting = false  # Controlled by parent
var sub_mat = ParticleProcessMaterial.new()
sub_mat.direction = Vector3(0, -1, 0)
sub_mat.spread = 180.0
sub_mat.initial_velocity_min = 50.0
sub_mat.initial_velocity_max = 100.0
sub_sparks.process_material = sub_mat
add_child(sub_sparks)

# 2. Reference it from the parent material
var parent_mat: ParticleProcessMaterial = fire_particles.process_material
parent_mat.sub_emitter_mode = ParticleProcessMaterial.SUB_EMITTER_AT_END
# Also: SUB_EMITTER_AT_COLLISION, SUB_EMITTER_CONSTANT

# 3. Set the sub_emitter property on the parent node
fire_particles.sub_emitter = fire_particles.get_path_to(sub_sparks)

Modos de sub-emissor:

• SUB_EMITTER_CONSTANT — Emite continuamente de cada partícula pai
• SUB_EMITTER_AT_END — Emite quando a partícula pai morre
• SUB_EMITTER_AT_COLLISION — Emite quando a partícula pai colide

10. Dicas de desempenho

• Compromisso entre quantidade e vida: Total de partículas visíveis = amount. Se você aumentar lifetime, as partículas se acumulam por mais tempo. Reduza amount para compensar, ou aumente-o para efeitos mais densos.
• Use o Visibility Range (3D): Defina visibility_range_end no GPUParticles3D para que sistemas de partículas distantes deixem de ser renderizados. Isso traz um grande ganho para mundos abertos.
• FPS fixo: Defina fixed_fps no nó de partículas (por exemplo, 30) para limitar as atualizações da simulação. As partículas ainda interpolam suavemente, mas usam menos tempo de GPU.
• One-shot para rajadas: Para efeitos do tipo explosão, use one_shot = true com explosiveness = 1.0. O nó pode então ser liberado após o fim da vida.
• Use LOD para 3D: Combine visibility_range_begin/end com vários nós de partículas em diferentes níveis de detalhe para efeitos de partículas com Level of Detail (LOD).
• Evite overdraw: Muitas partículas semitransparentes sobrepostas = fill rate caro. Reduza amount e use partículas maiores com alfa mais baixo no lugar.

11. Migração do Godot 3 para o 4

Se você está migrando um projeto do Godot 3 para o Godot 4, aqui estão as principais mudanças relativas às partículas: