【Unity道場Houdini編】Houdini Engine とプロシージャル法
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2021/05/13 に開催されたUnity道場Houdini編の講演スライドです 講師：多喜 建一（SideFX） Unityのイベント資料はこちらから https://www.slideshare.net/UnityTechnologiesJapan/clipboards
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【Unity道場Houdini編】Houdini Engine とプロシージャル法
- 1. HOUDINI and Unity 多喜 建一 | SideFX SIMON VERSTRAETE
- 2. 1. HOUDINI について プロシージャル法について それがゲーム開発をどのように助けるか 2. HOUDINI ENGINE 経由の UNITY との連携
- 3. ゲームにおけるプロシージャル技術とは何か? プロシージャル = 手続きによる、計算による [定義1] 自動生成、自動制御のこと。(⇔ 人の手による) [定義2] 今まで固定されていたコンテンツを動的なものにすること。 (⇔ 固定頂点 → 可変頂点、固定パス → パス検索など) プロシージャル技術はコンテンツに柔軟性をもたらす [定義3] ゲーム自身の自律性 (例、自動ステージ生成 → 自動ステージ解析 → 自動配置) プロシージャル技術はゲームに自律性をもたらす IGDA JAPAN スクウェア・エニックス株式会社 三宅陽一郎 © 2016 SQUARE ENIX CO., LTD. All Rights Reserved
- 5. ノード
- 6. = オペレータ SOPS VOPS ROPS COPS DOPS TOPS LOPS CHOPS ノード SURFACE ジオメトリ CHANNEL モーション DYNAMIC シミュレーション VEX シェーダ構築 COMPOSITING 画像 RENDER ファイル出力 TASKS PDG LOOKDEV USD
- 7. SOPS | Surface Operators SOPS ジオメトリ ボリューム 地形 (Heightfields) UV
- 8. SOPS | Surface Operators ノード ネットワーク アセット
- 9. SOPS | Surface Operators ノード ネットワーク アセット
- 11. SOPS | Surface Operators ノード アセット ネットワーク
- 13. SOPS | Surface Operators ネットワーク アセット ノード
- 14. SOPS | Surface Operators ネットワーク アセット ノード
- 16. HOUDINI ENGINE
- 17. HOUDINI DIGITAL ASSETS HOUDINI DIGITAL ASSET HIGH LEVEL INTERFACE
- 18. HOUDINI ENGINE HOUDINI DIGITAL ASSET HIGH LEVEL INTERFACE COOK NODES Houdini Libraries X
- 21. SOPS | Surface Operators TERRAIN
- 22. SOPS | Surface Operators TERRAIN
- 23. SOPS | Surface Operators FX TOOLS MODELING WORLD BUILDING MESH PROCESSING UVS NORMAL MAPS INTEGRATIONS
- 24. SOPS | Surface Operators
- 29. VOPS | VEX Operators VOPS VEX シェーダ構築 ジオメトリ 画像処理
- 30. VOPS | VEX Operators
- 31. ROPS | Render Operators ROPS レンダリング出力 ジオメトリ出力 ベイキング
- 32. ROPS | Render Operators
- 33. COPS | Compositing Operators COPS 合成 色補正 マスク エフェクト
- 34. COPS | Compositing Operators
- 35. DOPS | Dynamic Operators DOPS ソルバ フォース 衝突判定
- 36. DOPS | Dynamic Operators パイロ FX BULLET RBD 流体 クロス ヘア/ファー ソフトボディ
- 37. Texture Sheets
- 38. Texture Sheets
- 40. DOPS | Dynamic Operators https://vimeo.com/546639877
- 41. TOPS | Task Operators TOPS タスク処理 依存性管理 ファーム/クラウドの活用 ウェッジング
- 42. TOPS | Task Operators
- 43. TOPS | Task Operators
- 46. Some models from free3D.com
- 47. PDG https://www.sidefx.com/ja/tutorials/create-a-task-workflow-to-build-cities/ PDG IN A DIGITAL ASSET FOR UNITY 都市構築用タスクワークフローの作成
- 50. HOUDINI FX PRODUCTS | Interactive SURFACE ジオメトリ CHANNEL モーション DYNAMIC シミュレーション VEX シェーダ構築 COMPOSITING 画像 RENDER ファイル出力 TASKS PDG LOOKDEV USD DYNAMIC シミュレーション HOUDINI CORE SURFACE ジオメトリ CHANNEL モーション VEX シェーダ構築 COMPOSITING 画像 RENDER ファイル出力 TASKS PDG LOOKDEV USD
- 51. HOUDINI ENGINE 非グラフィック環境 PRODUCTS | Pipeline SURFACE ジオメトリ CHANNEL モーション DYNAMIC シミュレーション VEX シェーダ構築 COMPOSITING 画像 RENDER ファイル出力 TASKS PDG LOOKDEV USD
- 52. HOUDINI ENGINE FOR UNITY
- 53. 1. CREATE PROCEDURAL ASSETS IN HOUDINI
- 54. 2. SET UP THE HOUDINI ENGINE IN YOUR UNITY PROJECT
- 55. 3. LOAD DIGITAL ASSETS INTO UNITY
- 59. THANK YOU Web: SideFX.com/ja Twitter: sidefx_jp Facebook: Houdini3D_jp SIMON VERSTRAETE
Editor's Notes
- こんにちは。SideFX 多喜です。 私は普段カナダのトロントにおりまして、ちょっと偉そうな言い方をすれば SideFX における日本のビジネスの責任者であります。 実際には、注文処理から技術サポートまで、何でもやっています。 Hello. My name is Robert Magee, and I'm a Senior Product Marketing Manager at SideFX. I also create foundational learning material for new Houdini artists, and today I'm going to talk about the secret language of Houdini for games. If you're new to Houdini or interested in learning how it works, then this talk will be a great introduction to concepts and ideas that you will encounter on a regular basis.
- 今日は25分ぐらいで、ここに出ているように 1. Houdini について、というよりはプロシージャル法について、それがゲーム開発をどのように助けるか 2. そして Houdini Engine を介した Unityとの連携に関して ついてお話ししたいと思います。
- まず最初にゲーム開発におけるプロシージャル技術とは何かということについててですが、 2016年に CEDEC で共演させていただいたスクウェア・エニックスの三宅さんの言葉を完コピするとこの様になっています。 プロシージャルとは「手続きによる」または「計算による」ということで、 人の手で行っていたことを自動的に生成したり、制御したりすることで、 まず第一に柔軟性をもたらすということがあります。 今日は特にこの定義1と2に関連したゲーム内のアートコンテンツ作成におけるプロシージャル法の利用についてお話しします。
- ゲーム開発では、様々な概念や考え方に日常的に触れる機会があります。 <click> リアルタイムグラフィック、シネマティックの作成、環境制作、テクスチャシート、UV、ベーキング、ポリリダクション、LOD など、皆さんも日々の業務で遭遇しているでしょう。 <click> さて、Houdiniのような3D ソフトウェアパッケージを使用する場合でも、同じコンセプトや概念が有効です。 違いは、ノードベースのプロシージャルなワークフローが加わることで、すでにご存じのことの上に、新しいレイヤー、新しい言語が追加されることです。
- Houdini はノードベースのプロシージャルシステムです。 従来このノードは、オペレータとも呼ばれていました。
- Houdini には様々なオペレータがあり、その機能または職種ごとにグループ化され、それぞれにグループ名が与えられています。 <click> グループ名は このオペレータの OP にそれぞれの頭文字が先頭につけられています。 <click> ジオメトリの処理をするサーフェスオペレータであれば SOP、 VEX またはシェーディング処理であれば VOP、 レンダリングなどファイル出力は ROP 等と続きます。
- SOP というのは サーフェスオペレータで、ほぼすべてのジオメトリ処理を担当します。 Houdini ではポリゴンや NURBS、サブディビジョンサーフェス以外にも2D および3D のボリュームデータを操作するためのノードがあり、そのうち2Dに対応したものは Heightfiledの操作にも活用できます。 また、UV 操作も SOP 内で行います。
- Houdini の基本的な考え方として <click>、まずノードがあり、<click>ノードをつないでネットワークを作成し、<click>ネットワークをアセットととして使いまわすという考え方があります。 この三つのコンセプトは、 SOP だけに関わらず、Houdini で行うことすべてに関わってきます。 まずは、SOPs でこの例を見ていくことで、Houdini の全体的な考え方、柔軟性、オープン性を理解いただければと思います。
- では、ノードを理解するために、ここでは画面に出ているようなブロックの作成例を紹介します。このような形状を作成していく過程でノードがどのように使われるかを見ていきます。 なお、講演時間の都合上、操作ムービーは4倍速で再生、元々4分のムービーを1分で再生しています。 この作成方法の詳細は日本語 PDF によるチュートリアルは、https://www.sidefx.com/ja/tutorials/nodes-networks-digital-assets/ で提供されていますので、お時間のある時にご確認ください。
- 3x speed (1min 11sec) https://vimeo.com/546625207/ チュートリアルは以下にあり https://www.sidefx.com/ja/tutorials/nodes-networks-digital-assets/
- ブロックが出来たら、次に行うことはノードによるネットワークを見ていきます。 ネットワークはノードによるデータのフローを表しています。つまり、この図にあるように上のノードから下のノードに向かってデータが流れていくわけです。 <click> ここでは、先ほどのブロック形状でこの rubber toy ジオメトリを埋めていきます。 <click> そのためには rubber toy 形状をポイントで充満し、そのポイントにブロックをインスタンスしていきます。 次の操作ムービーも高速再生をしています。
- 2分20秒 https://vimeo.com/546626243 Houdini Engine デモ Part 2 ブロックおもちゃのインスタンシング
- ネットワークができたら、ネットワークをアセット化しツールとして使えるようにします。 ここでは、単一オブジェクトをブロック化するツールを作成しましたが、、例えばこのツールを、同じチームのメンバーなり、スタジオ全体で共有して活用するなど、シーンファイルの共有だけでは非効率です。
- そのために、Houdini ではノードネットワークを単一ノードにまとめ、そのノードを別ファイルでプラグインのように共有することを可能にしています。 このアセットを Houdini では Houdini Digital Asset、略して HDA と呼んでいます。 では、実際に HDA の作成を見ていきましょう。
- 2分53秒 https://vimeo.com/546629609
- ここまで、ノードによるネットワークの構築、そしてそのネットワークをアセット化し、ツールにすることを Houdini の SOP 内で行ってきました。 しかし、例えば、このツールを Houdini 以外で使いた場合はどうするのでしょうか?
- ここまでをおさらいしてみましょう。 左にあるようにネットワークがあり、先ほどの例ではブロック化するためのネットワークを作成しました。 <click> そのネットワークを単一ノードにまとめて <click> 必要なパラメータだけを露出し、ユーザインターフェースにしました。 <click> これを共有スペースに配置すれば、 <click> 他の Houdini ユーザは定義した UI を元に中身を理解しなくとも誰でも使うことが出来ます。
- しかし、例えば、このツールを Houdini 以外で使いた場合はどうするのでしょうか? 通常、あるアプリケーション用に書いたツールが他のツールで動作することはあまりありません。 <click> そこで Houdini Engine というものが役に立ってきます。 <click> Houdini Engine のプラグインを使って HDA を開くことで、ホストアプリケーションからのツール操作を元に、 <click> Houdini がバックグラウンドで走り、その結果がホストに返ります。 <click> 値を調整したければスライダーなどを調整し、そのたびに Houdini がクックを行います。 では、その例を Maya と Unity で見てみましょう。
- 1分 https://vimeo.com/546631679 Maya アーティストが、このアセットツールを使うだけ、つまりパラメータや入力を調整するだけであれば、Houdini の知識は不要ということです。
- 2分28秒 https://vimeo.com/546632504
- SOP には他にも様々な機能があり、そのうちの一つが Heightfield を元にした地形操作です。 画面では、Houdini で Heightfield という2Dボリュームを元に段丘の編集操作を行っていています。 このheightfield 情報は画像データとして、Houdini Engine を介さずとも、直接 Unity にもっていくことが出来ます。
- 地形そのものの編集だけでなく、それに付随する植生、樹木、草花、石や岩なども、ポイントとそれに対するインスタンスでプロシージャルに配置できます。 その際には、切り立った崖には何も配置されないなど、先ほどまでの例と同じ要領でコントロールが可能です。
- Houdini でのゲーム開発におけるコンテンツ作成を助けるのが SideFX Labs というツール集で、これには数百のツールが含まれ、非常に早いペースで開発が行われています。 最も多いのは SOP 関連のツールで、メッシュ処理から、他のアプリケーションとの統合まで様々なツールがあります。 SideFX Labs は元々ダウンロードしてインストールする必要がありましたが、 <click> Houdini 18.5 以降、インストーラからインストールが可能になりました。 <click> では、SideFX Labs のツールをいくつか紹介したいと思います。
- 15秒 こちらMapBox のデータを直接 Houdini に読み込むツールです。 取り込む地域を選択すると、カラーとハイト情報が画像データで、道路やビル情報は OSM データとして Houdini に読み込まれます。
- こちらは Building Generator というツールです。名前の通り、ビルを作成するためのツールです。 // このツールのチュートリアルも上記 URL にあります。
- このツールも要領は先ほどまでの例と同じで、<click>分割したところにパネルをインスタンスしてはめ込むことで成り立っています。<click>
- それぞれにパラメータがより細かく設定でき、ビルの様々な部分に対応でいるようにしてありますが、基本的にはアトリビュートでどこにどのパーツがアサインされるかを定義しています。
- チュートリアルページは元々 CGWIKI を書いている Matt Estella によって書かれたものを日本語化しています。 非常に分かり易い アニメーション GIF 付きですので、フォローしやすいと思います。 https://www.sidefx.com/ja/tutorials/building-generator/
- 次に VOP ですが、これは Vexter Operators の略で、元々はシェーダ編集を行うためのコンテクストでした。 先程2番目の例でかすかに触れましたが、シェーダをノードベースで編集していくためのものが、VEX というエクスプレッション言語の発達により、シェーディングだけではなく、ポイントやそのアトリビュートへの一括処理に多用されるようになってきました。
- SOP は上から下へとデータが流れていきますが、VOP では左から右に流れていきます。通常、一番左が入力で、一番右が出力を表しています。 スクリプトを書かなくともノードのシェーディングのカスタマイズや、行列変換などを可能にしています。 <clik> ここで作ったネットワークおよび VEX によるスクリプトは、独自コンパイラによってコンパイルされ、マルチスレッドで高速に動作します。
- ROP は Render Operator です。ROP は、いわゆる画像出力のためのRendering のみではなく、ジオメトリやキャッシュファイルの出力、テクスチャのベイキングなど、あらゆるファイル出力を担当しています。
- こちらが ROP ノードの例で、一番左は上から Mantra によるレンダリング Geomtery によるジオメトリキャッシュの出力 HQueue による分散レンダリング及び分散シミュレーション 真ん中と右側は SideFX Labs からのノードで、 テクスチャのベイキングから marmoset, sketchfab, facebook 3d まで対応しています。 また RBDシミュレーションをボーンによるFBX 出力も可能です。
- 次に COPS ですが、ここでは通常の画像合成から色補正、マスクを使ったり2Dエフェクトなどを行います。
- こちらは COPS での作業画面で、左側に2次元ビュー、右にパラメータとネットワークビューがあり、元画像に色補正をして、それから法線情報を抽出しています。 また、Substance とのやり取りもSideFX Labs をインストールすると可能になります。
- DOPs は Dynamic Operators の略で、シミュレーションを担当しています。映画などの映像制作では Houdini が最も使われている部分でもあります。
- DOPSでは、パイロ<click>, RBD <click>, 流体<click>, クロス<click>, ヘア/ファー<click>, ソフトボディ 等のシミュレーションを可能にします。 シミュレーション解像度やキャッシュファイルサイズが無制限の映像制作とは異なり、ゲーム開発ではデータ量やリアルタイム性に対して注意を払わなくてはなりません。 そのために、先ほど紹介したRBD2FBX ROP のようにRBD をFBX に変換して出力したり、 テクスチャシートを用いて連番テクスチャなどで出力したりする必要があります。
- こちらは SideFXLabs にある Texture Sheets ツールで、Pyro による炎や爆発を連番テクスチャとして出力するためものです。 リリース当初は、カラーと法線情報を2セットのテクスチャで出力していました。 その後の改良で 2セットではデータの効率が悪いので、1セットにまとめています。
- 法線に関しては、ボリュームを元にした ノーマル情報と ライト6つを使って3つずつでpositive ライトとネガティブライトを構成し、その二つによるレンダリング結果をさらにボリュームを元にしたノーマル所法とブレンドしています。
- レンダリング出力した2セットの画像から、カラーの RGBのRとGはそのまま、Bは正規化したノーマル情報で置き換え、AにはOpacity を入れることで一つの画像セットに必要な情報を組み込んでいます。
- 左側が一枚にまとめたテクスチャで、右がエンジンでの再生結果です。
- https://vimeo.com/546639877 こちらはシミュレーションを Vertex Animation Texture または VAT と呼ばれるテクスチャとして出力した例です。 頂点アニメーションテクスチャは各頂点、または各ピースの移動や回転情報を画像データとして保存し、テクスチャとして頂点シェーダに読み込ませ、再生する方法です。 これも SideFX Labs のつーるであり、ここでは RBD、 Softbody, Fluid, sprite の4種類をサポートしています。 なお、この講演ビデオは5月5日に録画していますが、現在弊社では VAT の大幅な改良を行っており、ワークフロー及びパラメータの簡略化、データの最小化など、よりアーティストにもゲームエンジンにも使い易くすべく開発を行っており、リリースは5月中を予定しております。もしイベント当日までに提供できるものが出てきていれば、当日質疑応答の時間で紹介できればと思います。
- 次に TOPs という Task Operator について説明します。これは Houdini では新しいコンテクストで一昨年の Houdini 17.5 から搭載され、他のコンテクストがデータの生成に主眼を置いているのに対し、TOPs はその生成のタスクの処理の効率化、タスク間の依存性の管理を目的とし、パイプラインでの生産のスケールアップを助けます。
- Houdini はノードベースということは冒頭でも触れましたが、 <click> TOPはノードが行うタスクをよりグラフィカルにして個別のタスクの処理状況を分かり易くしています。 <click> 各タスクの処理はスケジューラと呼ばれるジョブマネージャによって行われ、コンピュータ1台で行うのであればローカルスケジューラ、 ファームで分散処理を行うのであれば、Hqueue なり、Deadline と併用することが可能です。 <click> 今、3つのコンピュータに対し、ジョブを投げました。しばらくすると、7のタスクが終わり、3つが実行中で70が待ち状態と出ています。 <click> 3台の代わりに54台のファームに対して仕事を投げると、7つ処理済み、54個実行中、19個待ちとなります。
- すべて80個おわるとチェックマークがつきます。
- 1分43秒 https://vimeo.com/546634638
- 今の例では、4つの形状から4枚の画像を出力しました。
- タスクが自動化されていればモデルの数が12個に増えても追加作業は発生しません。 <click> しかしもっと増えたとなるとどうでしょうか? <click> さらにもっと増えたとしたら? <click> この時点ではローカルスケジューラからファームなりクラウドでの実行が現実的になると思います。 それでも TOPS によるネットワークには大きな変更はなく、タスクを最も効率的な方法で実行できるように設計されています。 TOPS は PDG とも呼ばれ、これは Procedural Dependency Graph の略で、タスクの依存性を管理するグラフということです。
- この TOPs または PDG を使ったネットワークによる都市構築のチュートリアルが sidefx.com にあります。 このチュートリアルはビルを作るアセットの構築から始まっているのですが、チュートリアル終盤に アセットと PDG の併用、そして Unity での連携が紹介されているので、その部分を紹介したいと思います。
- 48秒 https://vimeo.com/546635893
- 29秒 https://vimeo.com/546637029
- 最後になりますが、弊社の製品構成について簡単に説明いたします。従来、Houdini のインタラクティブ製品には Houdini FX というフルパッケージ製品、これには、今日説明したすべての機能が含まれているものと <click> Houdini Core という FX からダイナミクス機能を取り除いたものと二つで構成されています。 Houdini Core では FXからのシーンファイルを開くことは可能で、FX で作成したダイナミクスネットワークを編集することはできませんが、シミュレーションを READONLY で再生したり、レンダリングすることは可能です。 <click> さらに、Houdini のここ数リリースで、DOPS ノードの簡易版が SOP に移植されており、そういった SOP ベースのシミュレーションノードは Core でも操作が可能です。 同様に弊社が SOP 化していない FX の機能も HDA にしてしまえば、Houdini Core で開いて編集することが出来ます。 ゲーム開発においては、おそらく Houdini Core でできることが多く、例えば5本から10本の Houdini Core に対し、1本か2本の FX のような構成が多く見受けられます。
- Houdini Engine には、大きく分けると二つの機能があります。 <click> 一つは Houdini Engine プラグインを Maya/Max Unity/ Unreal で実行することです。 <click> もう一つは、Houdini の機能をバッチで処理するための非 GUI 環境での実行で、 ファームやクラウドでのシミュレーションやバッチ処理を可能にし、 <click> PDG でのリモート処理にも FX や Core のライセンスを使用するより Engine ライセンスの方が安価になります。
- 今日の話をおさらいすると
- Houdini で様々なプロシージャルアセットを HDA として作成し、
- Houdini Engine プラグインを Unity にインストールすると、
- そのHDA を Unity で使うことが可能になります。
- 今年の2月後半より、Houdini Engine の Unity および Unreal プラグインのライセンスが無料になりました。 Indie の場合は、前から無料でしたが、3本まで使用可能です。 商用版に関しては、10本までは弊社 Web サイトからライセンスを入手できます。
- 10本以上必要な場合は、担当代理店にお問い合わせください。
- https://www.sidefx.com/ja/tutorials/unity-starter-kit/ もし、Houdini, Houdini Engine for Unity プラグインを自分でも試してみたいという方は、Unity Starter キットから始めることをお勧めいたします。 これ以外にも今日紹介したチュートリアルへのリンクがお役に立てることを願っています。
- 以上、これで私の講演を終了いたします。有難うございました。