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Houdini Fur

Houdiniで動物頭部のファーを作ってみた。

Houdini Fur Groom Wip01 from Shuichi Sakuma on Vimeo.

シェルフからファーをセットアップすると、以下の三段階に処理が分かれる。

  1. 皮膚メッシュ(Geometryノード)
  2. ガイドカーブ(Guide Groomノード)
  3. ファー生成(Hair Generateノード)

これにより皮膚メッシュ上にガイドカーブが作成され、
ガイドカーブによってファーの流れを決定し、
レンダリング時にプロシージャルにファーを生成するフローが作られる。


以下Guide Groomノード、Hair Generateノードの中身。
(両ノードとも最初は空の状態から開始)
 

今回はブラシ、カーブ、ペイント、プロシージャルな変形、VEXをフル活用して
頭部ファーの複雑な流れを作った。以下はその概要。

ブラシによるグルーミングは局所的なファーの流れを形成したり
ファーの隙間を埋めるために使用した。

ペイントは顔の部位ごとにファーの長さ・縮れ量・クランプ半径・クランプ強度を
コントロールするために使用し、今回は様々なパターンを描いた。

カーブは顔面のファーの流れを定義するために使用。
カーブからvelフィールドを作成し、ファーをフィールドに沿って移流させた。

プロシージャルな変形は、ファーに対して一律に長さを調整したり
クランプや縮れを形成するために使用した。

VEXはファーの特定部分(図では頬の部分)の毛先付近だけに変形処理を追加する際に使用した。

レンダリング結果

師走

今日は曇り空で気温は10℃に届かなかったが
ロードバイクで20kmほど走った。

家に帰るとエルは暖かい部屋で熟睡中。
冬は丸いクッションの縁に顔を載せて寝るのが習慣になっている。
ちょうど収まりがいいんだろうな。

ターミネーター・ニューフェイト

「ターミネーター・ニューフェイト」を観に行く。

予備知識ゼロで見たが、なかり面白かった。
何よりパート2の正式な続編ということで、所々に2へのオマージュが見られて
少しなつかしい気持ちになった。

ターミネーター2をみたのは、高校生のとき。
当時T-1000(液体金属ターミネーター)に使用されたCG技術に驚いたのを覚えている。
結果、将来CGに関わる仕事がしたいと考えるようになり
大学の学部を情報工学に決めた経緯がある。
そういう意味では、大げさに言えば映画「ターミネーター2」は自分の人生の
ターニングポイントだった。
(しかし大学ではコンピュータサイエンスの勉強はしたが、CGに特化した授業はなかった)

映画の最初の方に、若かりし頃のリンダ・ハミルトン、シュワルツェネッガー、
エドワード・ファーロングをCGで再現したショットがあるが、
「ブレードランナー2049」のレイチェル並みの完成度だった。
ボディは実写の俳優、顔だけ置き換えているらしい。
↓レイチェルの記事。
https://gigazine.net/news/20171117-bladerunner2049-rachael/

新しいタイプのREV-9もなかなか斬新なターミネーターで、見ていて楽しかった。
グレースが攻殻機動隊(押井守版)の草薙素子に見えたのは自分だけ?

Houdini 戦車アニメーション

以前Houdiniで作成した戦車モデルにアニメーションを設定してみた。
今回、戦車自体はOBJレベルでキーフレームアニメーションで動かし、
キャタピラと車輪の動きはSOPレベルでVEXを使ってコントロールしている。

拙著「Houdini SOP&VEX編」に記載しているキャタピラを動かすためのVEXを
凹凸地形にも対応できるように今回改良した。

戦車は旋回の方向によって左右のキャタピラと車輪の回転を
逆にする必要があるが、それにも対応できるようにした。

このためにCHOPで微分(差分)計算を行った。
具体的には、OBJレベルで作成した戦車の回転アニメーションをCHOPに読み込み
Slope CHOPでチャンネルカーブに対して微分操作を行った。

これによりチャンネルカーブの傾き情報(速度)が得られるため
「傾きがプラスだったら右旋回中、マイナスだったら左旋回中」のようにVEXの中で判定し、
適切な方向にキャタピラと車輪を回転させることができるようになる。
戦車の前進・後退の判定にもSlope CHOPを使用した。
(ちなみに、微分の逆の積分操作はArea CHOP)

テクスチャーはSubstance Painterを使って作成し、
最後にPyroで土煙を加えて完成。

Houdini カメラ振動

先日作成したロボットウォークアニメーションに足の接地と同期するカメラの振動を加えてみた。

以下簡単な手順

1.ロボットの足裏の接地タイミングに合わせてCHOP内でパルス波を作成。パルス波を作成するために、足裏にポイントを一つ仕込んでおきSOP内でそのポイントが接地した最初のタイミングで赤に変わるようにしておく。そしてCHOP内のGeometryノードによってその赤情報をチャンネルに変換。

2.CHOP内のCopyノードを使って、パルス波をトリガーにして振動しながら徐々に減衰していくチャンネルをコピー。

3.Channel Wrangle内のVEXによってチャンネル形状を加工

4.カメラのtyパラメーターからchop関数を使って、チャンネルを参照


CHOPコンテキストのCopyノードはSOPのものとは使用方法が根本的に異なる。左側の入力はパルス波のようなトリガーシグナル、右側の入力はトリガーシグナルに応じてコピーされるチャンネルになっている。

今回初めてChannel Wrangleを使用したが、いつ追加されたのだろう?
WrangleによってCHOP内でもVEXが使用できるため以前よりもチャンネルの加工が
直感的にできるようなった。

Houdiniのアニメーション作業

Houdiniでシンプルなモデルを作って、リギング作業→キーフレーム作業→エフェクト作業を
通してやってみた。

一般的にHoudiniというとエフェクト分野に強いイメージがあるが
通常のキーフレームを主体とするアニメーション作業も十分やりやすい。
またHoudiniでアニメーション作業を行った場合には、シームレスに
そのあとのエフェクト作業につなげられるというメリットもある。

猫の跳躍力

猫の運動能力には毎回感心する。
特に跳躍力。

押入れの上段扉を開けておくと
エルはジャンプして中に入ってしまう。

「晩御飯まだかな?」

Houdini カールノイズ関数について

Houdiniにおけるカールノイズについて。

カールノイズを使用したサンプルファイルでよく見かけるのは
「CurlNoiseノード」を使用した以下のようなVOPネットワーク。

CurlNoiseノードが返すベクトルは湧き出しや吸い込みがない(発散がない)流れ場を構成するが、
CurlNoiseノードにはSDFSigned Distance Field)が接続できるようになっているので
ボリュームとの衝突を回避させることもできる。

CurlNoiseのCurlとはベクトル解析におけるベクトル場における回転を意味する。
ベクトル場に対してこの「回転」という演算を施せば、ある地点の渦度を表すベクトル(回転軸+回転の大きさ)が手に入る。また、ベクトル解析の基本公式により、回転演算によって求めたベクトル場には発散がないことが保証される。(この「発散がない」ことによってパーティクルを「いい感じ」に流すことができる)

しかし実は、このVOPノードに1対1で対応するVEX関数はヘルプには記載されていない。
ヘルプに記載されている以下の2つのカールノイズ関数(curlnoise関数、curlxnoise関数)は
位置に応じたカールノイズは生成できるが、衝突用のSDFボリュームを渡すための引数がない。

vector  curlnoise(vector xyz)
vector  curlnoise(vector4 xyzt)

しかし、以下のようにVEXコードの先頭でvoplib.hをインクルードすることで
CurlNoiseノードに対応するVEX関数(vop_curlNoiseVV関数)を使用することができるようになる。これによりVEX関数だけで障害物ボリュームとの衝突を避けつつ、発散がない流れ場に沿ってポイントを移流させるアニメーションが可能となる。

#include <voplib.h>

v@curlnoise = vop_curlNoiseVV(
    @P, 1*{1,1,1}/*周波数*/, {0,0,0}/*オフセット*/, {0,0,0}/*法線ベクトル(0の場合はSDFからgradient(勾配)を自動的に計算)*/,
    "pnoise"/*ノイズタイプ(Perlin Noise)*/, @OpInput2/*衝突用のSDFボリューム*/,
    3/*乱流*/, 1/*衝突の際に速度の反転*/,
    0.3/*振幅*/, 0.5/*粗さ*/, 1/*減衰*/, 
    0/*サーフェイスまでの距離(衝突ボリュームを設定しない際に有効)*/, 
    0.1/*衝突回避処理を発動する際のサーフェイスからの距離*/, 
    0.0001/*ステップサイズ*/);

@v = {0,0.2,0}+v@curlnoise;// 上昇するよう+Y軸方向に指向性を与えて速度とする
@v = clamp(@v,-0.4,0.4);// 速度の大きさに制限をかける
@P += @v*@TimeInc;// 速度から位置を求める積分計算

実際のVEXは以下のようにSolver内のWrangleノードに書いてやればよい。


vop_curlNoiseVV関数は、2007年のRobert Bridson氏の論文
「Curl-Noise for Procedural Fluid Flow」を忠実に実装したものとなっている。
https://www.cs.ubc.ca/~rbridson/docs/bridson-siggraph2007-curlnoise.pdf

 

ちなみに、CurlNoise VOPノードを右クリックして「View VEX Code」を選択すると
VOPが生成するソースコードを見ることができる。
そこでvop_curlNoiseVV関数の名称が確認できる。


vop_curlNoise関数は2つあるが、それぞれ以下のような役割。
vop_curlNoiseVV関数 → 最初の引数にvector(位置)を渡す。vectorが返る
vop_curlNoiseVP関数 → 最初の引数にvector4(位置+時間)を渡す。vectorが返る

【まとめ】カールノイズを使用するメリット
1.  VEX関数のみで吸い込みや湧き出しのないベクトル場が作成できる
2.  SDFボリュームを関数の引数に設定すれば、障害物との衝突を回避しながらの移流ができる
3.  SOPだけで計算が完結するため処理が軽い

Windowsではvoplib.hは以下のパスにある。(**はバージョン)
(C:\Program Files\Side Effects Software\Houdini 17.
.***\houdini\vex\include)

久々のロードバイク

今日は暑さも一段落したので、久しぶりのロードバイク。
走るのは湾岸沿いなので、気温30度以下であれば海風を受けてなんとか走れる。

エルは北欧の猫なので暑さは苦手のはずだが
暑さよりもエアコンの風が苦手みたい。