Houdini配合Arnold制作大型復(fù)雜的植被流程研究
本節(jié)匯寶盆為大家?guī)淼氖?，Houdini配合Arnold制作大型復(fù)雜的植被流程研究
最近一直在研究一套高可控、高效率的制作大面積植被的流程來配合Arnold這款渲染器做渲染，目前商業(yè)化的插件比如 Speedtree，Max Multiscatter都可以實現(xiàn)此類功能，包括Vue，但其可控性來說還是有限制，能夠?qū)崿F(xiàn)的效果也有一定的局限性，因此筆者研究一套關(guān)于使用 Houdini配合Arnold來渲染制作植被的流程(上圖實際渲染分辨率為4k，由于限制問題，此圖為1k分辨率)。
眾所周知，使用代理分布是實現(xiàn)宏觀場景的有效辦法之一，Arnold也提供了相應(yīng)的功能，Archive，在Max平臺 下有類似于 Multiscatter功能的插件可以高效的分布代理，而市面上也提供了大量的Max場景的植被庫文件，因此想要在Arnold這個渲染器下使用，就得 將max文件轉(zhuǎn)換成通用數(shù)據(jù)格式，比如Obj、Fbx或者Abc，然后制作成Ass文件作為Arnold代理物體，這里筆者將跳過轉(zhuǎn)換的過程，轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入 Maya的結(jié)果如下圖:
這是從Max庫文件里導(dǎo)入Maya后的顯示，下面我們來做一些渲染測試對比(筆者使用的8G內(nèi)存和I7 2670QM)：
渲染出來的結(jié)果接近4個小時，使用的是默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)，開啟了Backlight和SSS，渲染緩慢原因是由于大量的樹葉帶有透明貼圖，這不是 Arnold的優(yōu)勢，因此只要將透明貼圖的物體轉(zhuǎn)換成實體的模型就可以解決問題，但經(jīng)過筆者測試以后發(fā)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)量大的驚人，可以達到2個多G的 數(shù)據(jù)，即使轉(zhuǎn)換成Ass文件也非常大龐大，此時筆者想到了用粒子或者點來代理這些樹葉，經(jīng)過測試結(jié)果是理想和可行的，那么如果具體操作呢？其實轉(zhuǎn)換的過程 很簡單，就以一片樹葉為例，如下圖所示：
轉(zhuǎn)換所涉及的問題無非就3點，位置，大小和朝向，在Houdini下朝向可以用N（法線）來代替，這里我們簡化說明方 式，用0、1、2、3來替代說明 Point1、2、3的位置，用”-”替代說明減法,下面我們具體說下這個算法，用(0-1)/2獲得位置信息，用0-2叉乘0-1得到一個法線矢量，通 過Length（0-3)獲取樹葉大小信息，在Maya里也可以通過表達式去計算，粒子屬性里有Aim屬性(這是可以利用的）,回到之前的話題,通過計算 后這樣就可以完美轉(zhuǎn)換成實體模型，其結(jié)果如下圖：
實體模型是通過Trace這個節(jié)點實現(xiàn)的，如果有Houdini使用經(jīng)驗的話，應(yīng)該熟悉這個節(jié)點，這里不是我們討論的重點,回到之前的話題，我們能轉(zhuǎn)換一片樹葉，那么剩下的事就是交給程序自己去跑，將所有樹葉都轉(zhuǎn)換成Point點信息，其結(jié)果如下圖所示：
有了這些點信息，我們就可以做代理使用了，這里筆者提供一個小的Maya測試場景說明這個方法的可行性，使用方法：
1.打開默認(rèn)提供的場景
2.執(zhí)行Mel后將彈出窗口
3.Leafs物體添加窗口演示1中
4.將Instance_leaf物體添加如窗口2中
5.點擊Creat Tree
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(ps:這個腳本是筆者早年寫的，后續(xù)沒有繼續(xù)優(yōu)化，只在這里作為透明貼圖物體轉(zhuǎn)粒子代理的一個思路說明，后續(xù)會用其他方式在一套解決方案里提供)
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下面我們在Maya里做渲染對比測試下，先導(dǎo)入代理好的場景，顯示結(jié)果如下圖：
下面進行渲染測試，結(jié)果如下：
渲染時間為8分鐘左右，無論質(zhì)量和速度，實體模型都高于透明貼圖，這個流程比較適合Arnold這個渲染器，下面我們來制作一片樹林的效果來分析和測試下，筆者已經(jīng)制作好了代理的物體，如下圖:
圖A和圖B是Houdini下顯示的分布代理圖，導(dǎo)入Maya后的顯示結(jié)果為：
下面進行渲染測試:
渲染時間為40分鐘左右，這里使用的是嵌套代理，筆者發(fā)現(xiàn)在使用嵌套代理的時候，Color屬性是無法像Xform一樣被繼承的，因此需要考慮其他的解決 辦法，以后再做這塊的討論,這里還是比較傳統(tǒng)的代理來制作靜態(tài)的場景(物體沒有動態(tài)效果,非攝像機運動),下一部分我們將來討論有關(guān)動態(tài)效果的代理制作流 程。
因為是要做動態(tài)的代理，因此需要動態(tài)的庫文件，Max自帶的庫文件很少帶有動態(tài)數(shù)據(jù)(沒有動畫數(shù)據(jù))，為此筆者選擇自己制作帶有動畫的植被文件，考慮到圣誕將至，就以松樹為選題，下面是一些實拍的參考圖片:
筆者通過觀察和研究，最終決定用實體代理方式來分布針葉，又考慮到機器配置限制問題，不能每一個針葉為一個實例，須用多 簇針葉為一個實例來進行分布處理， 然而這樣的做法會降低還原度，每一個針葉都應(yīng)當(dāng)有不同的屬性，比如顏色，如果用多簇針葉的做法顯然會降低生物多樣性的特點，筆者選擇通過 SpeedTree來生成動態(tài)的松樹模型，在制作時，為了達到比較好的動態(tài)效果，模型的還原度就必須較高，筆者在現(xiàn)有的16G內(nèi)存下所能達到的極限如下圖 展示:
樹干和枝干
用于替換的樹葉局部顯示
導(dǎo)入到houdini后，顯示如下：
在沒有替換針葉前，場景的模型數(shù)量為
下面，我們來為針葉做替換和代理處理，和此前方法一樣，通過前面提到的替換方法，將所有面片的針葉替換為實體的針葉模型
替換的實體針葉模型，模型的參考信息
這里我們記下27個面數(shù)，以作數(shù)據(jù)分析使用），替換后單一模型顯示如下：
全部針葉轉(zhuǎn)換后的參考點如下：
點數(shù)為
45萬個點，然后和之前的27相乘，得到1218萬左右的針葉面數(shù)，如下圖所示：
下面是樹干的參考顯示：
模型的數(shù)量在
下面我們來對比下數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換前模型的總量在72萬左右，轉(zhuǎn)換后模型的總量在1246萬左右。
接下來，我們分別導(dǎo)出樹干和針葉的ass代理文件，因為是要做動態(tài)的，所以需要逐幀導(dǎo)出ass文件，而在制作帶有動畫的 代理時，最麻煩的問題在于其運動模 糊不能程序化的生成插值信息，因此這里筆者采用的辦法是導(dǎo)出帶有運動模糊信息的ass文件，當(dāng)然制作模糊的辦法可以放在后期來做，筆者這里只是一種極端測 試而已，這種方法最大的問題在于修改問題，不可能每做一次修改，就重新生成ass文件，這是非常耗時的，因此在實際項目中，如果需要導(dǎo)出帶有模糊信息的 ass序列文件時，最好在previs中就測試好鏡頭和模糊值（包括和后期的配合），當(dāng)然這種流程不一定是最正確和有效的（如果有更好的辦法，也希望大家 一起討論……）
接下來，就是渲染，渲染參數(shù)Sample AA 12 其余為1，尺寸4096*2160。場景設(shè)置如下：
下面是渲染的局部細節(jié)圖：
此渲染用了接近10G內(nèi)存，使用默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)Shader，燈光沒有做細節(jié)的調(diào)式，只做渲染參考，下面是渲染的動態(tài)預(yù)覽
此次渲染帶有運動模糊，針葉的采用的是Xform運動模糊，枝干采用的是Deform運動模糊，導(dǎo)出帶有模糊信息的Ass文件在Maya里有嚴(yán)重的Bug,因此筆者通過重新計算得出正確結(jié)果(在上一篇中有具體提過),下面是開啟和關(guān)閉運動模糊的對比圖：
No MotionBlur
With MotionBlur
小結(jié)：通過測試，此方法適合大型項目的 特寫鏡頭，代理的數(shù)量不宜過高，上百萬級別的代理內(nèi)存上開銷也比較大，這個和代理模型的復(fù)雜程度關(guān)系不大，而是和程 序有關(guān)。因此在表現(xiàn)大場景的時候盡量減少代理的開銷，目前由于是Archive機制的方法導(dǎo)入Arnold進行渲染，在內(nèi)存管理上，一旦光線碰到 Boundingbox時，會將場景全部加載，內(nèi)存也會大量的增加，所以此類方法還有優(yōu)化的潛質(zhì)。
總結(jié)一下，既然是配合Arnold做渲染，那么需要注意的是:
1.Arnold在透明貼圖使用上目前內(nèi)置的Shader無法提高效率，因此在制作的時候切忌大量使用透明圖。
2.Arnold采用的是蒙特卡洛算法 的渲染器，也沒有光子圖，因此更適合做動態(tài)場景，這樣才能發(fā)揮其大場景渲染的優(yōu)勢，上面渲染的所有圖片只是測試而 已，沒有再對效果進行深入的調(diào)節(jié)，因為這里討論的是制作流程，有人會問一個簡單的代理為什么要在Houdini下做呢？其實就是為了高度可控，在 Houdini下可以修改代理的任何屬性并傳遞到Arnold里，并且可以實現(xiàn)更加復(fù)雜的代理動態(tài)效果，比如樹葉的掉落、萬箭齊發(fā)、千軍萬馬等，這些技術(shù) 筆者會陸續(xù)更新出來，敬請期待…………。
最后附上一些實際案例:
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