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Sakuma presen
- 2. 佐久間 修一 Procedural Animation 作品名 「0x0708」
- 3. ソフトウェア • メイン（95％） Houdini 12.5 • サブ（5％） Maya 2014 • プロシージャルアニメーション • 流体シミュレーション • RBDシミュレーション • プロシージャルモデリング • キーフレームサイクルアニメーション • キャラクターモデリング
- 4. データの連携 • Alembic ILM＆SPIが開発したシーンファイル共有フォーマット オープンソース MayaからAlembicファイルをエクスポート Mayaは現時点ではメッシュ情報のみの対応 HoudiniでAlembicのシーケンシャルメッシュをインポート
- 5. Mayaにおける作業 • サイクルアニメーション（キーフレーム制御） • 花成長アニメーション（エクスプレッション制御）
- 6. Houdini • ノードベースワークフロー • マルチスレッド対応のエクスプレッション言語（VEX） • ブラックボックスがないアーキテクチャ • アトリビュートを介する粒度の細かい演算 • モデリング、アニメーション、シミュレーション、コンポジット、シェーダ、レ ンダリングにおいて全て共通のオペレーションが可能 • 1８年間の歴史（現在のバージョンは１３） • ビジュアルエフェクト分野（VFX）で主に使用 • 開発は加サイドエフェクト（www.sidefx.com）
- 7. Houdiniのノード • １ノード１オペレーション • ノード対ノードの接続は原則１本（最大でも５本） • ノードの中にノードネットワークを作る入れ子構造が可能 ノードネットワーク ノード内に作られたノードネットワーク
- 8. 本制作におけるHoudiniのノードネットワーク（一部） ノード ＝ 神経細胞（ニューロン） ノードネットワーク ＝ 脳
- 9. Houdini モジュール 1. Sop : モデリング 2. Dop : ダイナミクス 3. POP : パーティクル 4. Chop : チャンネルアニメーション 5. Vop : ポイント演算処理（VEX） 6. Shop : シェーディング 7. Rop : レンダリング 8. Cop : コンポジット Sop Vop Rop Pop Dop Chop Cop Shop
- 10. • マルチスレッド処理に対応するエクスプレッション言語 • SIMDスタイル（単一命令複数データ） • ポイント演算に使用したり、シェーダーやカスタムノードも記述可能 • Houdiniのほぼ全てのコンテキスト内で使用可能 • C/C++に近い速度で実行（ケースによっては上回る） • 行列関数、ベクトル関数、ノイズ関数、アトリビュート設定・取得関数、 各種数学関数、シェーディング関数など、３２６種類の関数 命令 スレッド スレッド スレッド スレッド スレッド Houdini VEX
- 11. • ポイントアトリビュートの読み出し • ポイントアトリビュートの書き出し • ポイントアトリビュートの追加 @P(位置）, @v（速度ベクトル）、@N（法線ベクトル） @Cd（カラー）、@up（アップベクトル）、… • ポイントアトリビュートに対する様々なオペレーション • 専用の数学変数（vector, vector4, matrix3, matrix） • 演算子オーバーロード（vector*matrix3の結果はvector） • 変数、制御構造、繰り返し、配列 • テキストベース以外にもノードベースでも作成可能（VOP SOP） Houdini VEX
- 12. PointWrangle SOPを使ったVEXの組み込み • Houdini 12.5から実装 • ノード内に直接VEXコードを書くことが可能 • VOP SOPの様にノードの中にダイブする必要がない • 今回一番活用したノード vector z = normalize(point(@OpInput2,"N",@ptnum)); vector y = normalize(point(@OpInput2,"up",@ptnum)); vector x = normalize(cross(y, z)); @P = point(@OpInput2,"P",@ptnum); matrix3 m = maketransform(z, y, @P); assign(x.x,x.y,x.z, y.x,y.y,y.z, z.x,z.y,z.z, m); vector4 q1 = quaternion(m); vector r = point(@OpInput2,"bt_r",@ptnum); vector4 q2 = quaternion(r, 0); @rot = qmultiply(q2,q1); VEX Expression
- 13. 「 0x0708 」 メイキング
- 15. Creep POP：カーブU空間のパーティクルアニメーション ５０個のパーティクルに対しstartU,goalU,startTime,goalTime アトリビュートを追加し、エクスプレッションでカーブ上を移動させる ◇ startU ch("../startU") - ch("../startU") * fit($ID,1,50,0,1) ◇ goalU $STARTU + (1 - $STARTU)/($NPT) * $ID ◇ startTime 1+(ch("../offsetTime"))*($ID-1) ◇ goalTime $STARTTIME+($GOALU-$STARTU) / ( ch("../speed")*chramp("scl", fit($ID,1,50,0,1), 0) ) U ： 0 U ： 1 カーブのパラメータ空間 U ： 0.5
- 17. Copy SOP：パーティクルに対するシリンダーのコピー カーブ接線ベクトルをN（法線ベクトル）へコピー。 up（アップベクトル）はNとベクトル(0,0,1)との外積計算で決定。 ◇up vector up = set(0,0,1); @up = cross(up,@N);
- 19. PointWrangle SOP（VEX）：近傍カーブへのポイント移動 // カーブ上の近傍点へ移動 @P = minpos(@OpInput2,@P);
- 20. PointJitter SOP : ポイント位置のジッタリング ジッタリングを行い、カーブ上の位置から ランダムにずらす
- 21. • 元々のカーブ上の位置からジッタリングされた位置までのベクトルを求める • Ray SOPを使用し、カーブ上の位置から求めたベクトル方向にレイを キャストし、人型サーフェイスとレイとの衝突点を求めてその位置に ポイントを移動させる PointWrangle SOP（VEX）：オフセットベクトルの計算 // 元々の位置から（サーフェイス上の位置）ジッタリングされたカーブ上の // 位置を引いてベクトルを正規化する（方向だけを抽出） @N = normalize(@P - point(@OpInput2,"P",@ptnum)); // ジッタリングされているため、再びカーブ上の位置に戻す @P = point(@OpInput3,"P",@ptnum);
- 25. VEXによる姿勢制御２（地面からヒト型サーフェイスへの移動） • 地面の接線ベクトルとキャラクターの接線ベクトルのブレンド • VEX + ランプテクスチャ制御
- 30. AttributeTransfer SOP • ポイントからポイントのアトリビュートの移し替え • ソースポイントからの距離に応じたウェイト付け • pscale（スケール）とrot（クォタニオン）アトリビュートに使用 ソース（移し替え元） デスタネーション（移し替え先）
- 33. ① ② ③ ④ ⑤ SOP 地形プロシージャルモデリング
- 36. RBDシミュレーション • アニメーション途中でのポイントからRBDへの動的な変換 • RBDへの変換タイミングをエクスプレッションで制御 • RBDへ変換されるポイントのパーセンテージをエクスプレッションで制御 • Bullet SOPを使用（SOP内におけるRBD計算） MilanSuk制作（ http://forums.odforce.net/forum/69-bullet/ ） Bullet DOPよりも高速 • RBDの初期速度、初期角速度をポイントごとにエクスプレッションで決定 初期速度 ⇒ RBDをどちらの方向にどれくらいの勢いで飛ばすか 初期角速度 ⇒ RBDに最初にどれくらいのスピンをかけるか ポイント RBD
- 37. RBDシミュレーション • RBD変換時の初期速度の決定 初期速度の方向はポイントのupベクトル方向（キャラクターの背中方向） ポイントごとにランダムな乗数を掛けて決定 btModify SOPの「Linear Velocity」に設定 up ベクトル N ベクトル Axisベクトル
- 38. • RBD変換時の初期角速度の決定 回転軸はアップベクトル（@up）と法線ベクトル（@N）の外積で決定 ポイントごとにランダムな回転量を与え、クォタニオンへ変換 さらに3x3行列への変換、4x4行列への変換を中継し、最後に３軸周りの オイラー回転として保存 求めたbtModify SOPの「Angular velocity」に設定 vector axis = cross(@up,@N); // 回転軸 vector4 q = quaternion(30,axis); // 軸に対する30度の回転をクォタニオンとして保存 matrix3 m = qconvert(q); // 3 x 3 行列へ変換 matrix m4 = m; // 4 x 4行列へ変換 float r = 20 * (2*random(@ptnum)-1); // オイラー回転に掛ける乗数 v@euler = r*cracktransform(0, 0, 1, set(0,0,0), m4); // 行列をオイラー回転へ変換 addvariablename(“euler”,“EULER”); // btModifyノードから参照できるようにローカル変数を定義 RBDシミュレーション VEXコード
- 39. 花の成長アニメーション • AttributeTransfer SOPによって、成長タイミングを決定 int型のflowerアトリビュートを追加し、トランスファーによって1になった瞬間から 成長アニメーションを開始 • キャラクターの背中のプリミティブをGroup SOPによってグループ化 • グループ化されたプリミティブ上にScatter SOPでポイントを生成 （花のオブジェクト座標系の原点に相当） • ポイントに法線ベクトル、upベクトルを設定し、花の向き（姿勢）を決定 • 成長アニメーション中は法線ベクトルを中心に若干の回転を加える
- 42. 花の成長アニメーション • Scatter SOPによって、ポイント散乱。その後、PointWrangle SOPによって ポイントに対して法線ベクトル（N）とアップベクトル（up）を設定 散乱されたポイント 法線ベクトルとアップベクトル
- 44. 花の成長アニメーション
- 46. DOP 流体シミュレーション
- 47. DOP 流体シミュレーション • コンテナを作成し、分割されたボクセル内で気流を計算 気体のサーフェイス（形）をモデリングするのではなく、気流をモデリングする • SOP コンテナに流入する気体密度をモデリング コンテナ内に気流を作るための速度ベクトルをモデリング • DOP Pyro Solver Dopによってナビエストークス方程式を数値解析的に解き、 コンテナ内の気流を計算
- 48. 流体シミュレーション • SOP • DOP + スカラーフィールド（密度） ベクトルフィールド（速度） ナビエストークス方程式
- 49. • 本制作におけるボクセル数（最大） X軸 １６８個 Y軸 ５２個 Z軸 １２１個 合計 １０５万７０５６個 ボクセル辺長 約12cm 流体シミュレーション
- 50. 流体シミュレーション（ポイント）
- 52. 流体シミュレーション（流体速度）
- 53. 流体シミュレーション（密度）
- 55. Mantra ROP
- 56. Mantra ROP • Houdiniの標準レンダラ • GIレイトレーサ形式、マイクロポリゴン形式をサポート 本作ではGIレイトレーサを使用 • プログレッシブレンダリング（リアルタイムレイトレーサ） 進捗5%程度でも最終結果がほぼ把握できる 制作スピードの向上に貢献 • 間接照明の計算はキャッシュレスで１パス計算 キャッシュ吐き出しのための時間節約（ストレージも節約） A B （Aがライトから直接受ける照明）＋（AがBから受ける間接照明）を１パスで計算
- 58. MantraSurface SHOP • モノリシックシェーダ（mia_material_xのようなもの） • シェーダ内にダイブしてシェーダを構成するノードネットワークを カスタマイズ可能
- 61. その他 シーンの最大ポリゴン数 ：約１２００万ポリゴン シェーダ ：Oren–Nayar Diffuse + Phong Specular + SSS ライト ：Sky Light + Sun Light カメラ ：DOFあり 解像度 ：1280 x 720 PC ：Core i7-4770K 3.5GHz（Memory 32GB） 1フレームのレンダリング時間を5分未満に制限して制作
- 62. Houdini まとめ • 【本当に】ブラックボックスがないアーキテクチャ • 使いこなすためには、ある程度の数学の知識が必要 関数、行列、ベクトル、空間図形、ブール代数、微分積分．．． • 基本的なプログラミングの知識（変数、制御構造、条件分岐、 ブール演算など）も必要 • 分析・設計能力 + 論理的思考能力
- 64. 質疑・応答