ZDepthパスの作成

・Image Planeを作成

MantraノードにてZDepthパス用のimage Planeを作成。

Mantraノード -> Propertiesタブ -> Outputタブ -> Extra Image Planes

＋ボタンでイメージプレーンを追加し、VEX VariableパラメータでPzを指定。
Quantizeは最も高精度な32bit Floatにしておくのがいい。

以降のレンダリングで、同時にZDepthパスがレンダリングされるようになる。

ZDepthパスの確認

MPlayやRender Viewで、表示するパスを切り替える。

Render View

MPlay

ZDepthパスの最適化

アンチエイリアスがかかった画像に対するZDepthパスイメージは、カラーパスイメージと同様にアンチエイリアスがかかっているため、正しくない深度情報になっている。

また、Depthパスのアンチエイリアス処理は、コンポジットの段階で処理するのが最も柔軟に扱えるので、ZDepthパスだけアンチエイリアスをオフにしてレンダリングする。

・Image Planeの設定

Sample Filter＝Closest Surface
Pixel Filter＝Closest Sample Filtering

この設定でアンチエイリアスがオフになるはずだが、ならない・・・とりあえずこのまま進める。

ZDepthパスをimgコンテキストで利用

・大枠のimgコンテキストでの作業フロー

fileノードを使用してファイルを読み込み、必要に応じて各種ノードを接続し、画像合成を進める。

使用するビューは Composite View

Composite Viewも、Render ViewやMPlayと同様の操作で表示チャンネルの切り替えなどが行える。

・imgコンテキストのノード

imgコンテキストのノードは、上に入力コネクタ、下に出力コネクタ、左にマスク入力コネクタを持つ

マスクはその他のコンポジットソフトのように、エフェクトの強さを操作するといった場合に使える。

・ZDepthパスの使用準備

画像読み込み

深度情報を使用する処理を行う際は、まずDepth of Field(DOF)ノードを作成し、以降の処理で使うマスク画像を生成する。

マスク画像はチャンネル名[M]になる。

このマスク画像は、DOFノードを有効化し、Mチャンネルを表示して確認できる。
Mチャンネルを表示しながら焦点の設定を行うと作業しやすい。

・Focus Distance パラメータ

焦点距離

カメラからの各サンプリングポイントへの距離は、そのままZDepthパスのピクセルに焼きこまれる。

焦点をあわせるポイントのおおよその距離を知りたいときは、Pzチャンネル表示中にIキーを押して各ピクセルの情報を見られるようにし、焦点を合わせたいピクセルの深度を調べる。

この例では、8.2239がそのピクセルが持つ深度の値。

・Depth Adjust

焦点の合う幅。

・Distance Adjustment

焦点距離と焦点のドロップオフを調整できる。（挙動を見る限り、焦点距離がわかりにくくなりそうなので、極力使いたくない）

・Default Mask Value

ZDepth情報を持たないピクセルが持つ値を指定。

Fake DOF

Depth Of Fieldから出力されるマスク画像を、DefocusノードのMaskに入力することでDOFエフェクトをかけられる。

その際、DefocusノードのMaskタブで、マスクに使用するチャンネルをMに指定して、入力されたMaskチャンネルを有効化する。

・Defocus

ぼかしの強さ

・Defocus Shape

シャッター形状

・Per-Pixel Defocus

どう動作しているか不明だけど、これがオンになっていないと、画像にかかるブラーがただのブラーになっており、レンズボケというよりは画像をにじませただけの状態になる。

↓Per-Pixel Defocus オフ

↓Per-Pixel Defocus オン

Fog

Defocusと同様にFogノードを使用してフォグを追加できる。

公式のレンダリング解説

http://sidefx.jp/doc/rendering/

Mantraノードリファレンス

http://sidefx.jp/doc/props/mantra.html

マイクロポリゴンレンダリングの流れ

書籍「Advanced Renderman」6 Photorealistic Rendermanの項が詳しい解説を行っている。

マイクロポリゴンの良い解説があった
http://www.ousam.com/blog/2010/05/03/617

SideFXの解説
http://sidefx.jp/doc/rendering/understanding.html

レンダリング時の流れは以下のとおり

・Split Process

Bucketと呼ばれるサイズにオブジェクトを分割。
デフォルトでは、16×16ピクセルのグリッドで分割が行われる。

・Dice Process

Split後、各Bucketが画面に含まれるか判定後、各ポリゴンを1ピクセルに収まるサイズまで再分割する。
どのようなタイプのGeometryからでも、最終的に1ピクセルに収まる4頂点のポリゴンが生成される。

・Displacement Shader

頂点移動

・Surface Shader

シェーディングが行われピクセルカラーが決定する

サンプリングコントロール

Mantraは、3つのサンプリングコントロールをもつ

・Pixel Sample(Mantraノード内)

1ピクセルに含まれる各マイクロポリゴンの数。
要はアンチエイリアスのサンプル数と捉えて良さそう。
多くすると、よりスムースな結果が得られる。

↓サンプリング数 1 1

↓サンプリング数 3 3

・Dicing(Geometryノード内)

Geometryノード -> Renderタブ ｰ> Dicingタブ -> Shading Quality
ピクセルに含めるマイクロポリゴン数。オブジェクトごとに設定できる二次的なサンプリングコントロール。
オーバーサンプリングのための設定と言えそう。
本質的には、1ピクセルに含まれるマイクロポリゴンに対して呼ばれるシェーダ処理の回数。

・Ray Sampling(Mantraノード内)

リフレクション計算のサンプリング数

https://vimeo.com/7488503

時間差キーフレーム

このチュートリアルでは、カーブが持つポイントに対し元のオブジェクトが持つキーフレームを時間差で写しこむ。

ベースになるキーフレームを作る

動きのテンプレートとなるキーウを作成する。
適当なオブジェクトを一つ作り、通常通りキーを打つ

配置先を作る

カーブでもパーティクルでもいいので、Copyでオブジェクトを散布できるようにしておく

素のモーションを受け取るAttributeを作成する

キーフレームを時間差コピーする先のオブジェクト内に、Attrib Createでモーションを直接ch関数を使って受け取るAttributeを作っておく。

この例では、以下の様なAttributeを作った

Value
ch( “/obj/base_object/tx” )
ch( “/obj/base_object/ty” )
ch( “/obj/base_object/tz” )

Pointノードを作る

直後にPointノードを作成しコネクト。
このポイントのデフォルト値に対して、ベースになるキーフレームをchコマンドを使って足し合わせる。
値を加算しないと、あくまでもキーフレームはローカルの値でしかないため、原点で動くことになる。

Position
$TX + ch( “/obj/base_object/tx” )
$TX + ch( “/obj/base_object/ty” )
$TX + ch( “/obj/base_object/tz” )

CHOPに移動値を出力するためのnullを作成

TO_CHOPから出力を行う

CHOP Networkを作成

CHOP Network内でGeometryノードを作成

CHOP Network内に Geometryを作成。
設定は以下のように行う

SOPでキーフレームを含むノードパスを指定
MethodはAnimatedにする（動いているので）
Attribute ScopeでおやAttribute名を入れる？
Rename Scopeで子Attribute名を入れる？

正しくキーフレームが読み込めれば、ノード中ボタンクリックなどで見られる情報ポップアップウインドウで、tx0,tx1…という形式で表示され、各アトリビュートの値が配列で取得できた事がわかる。

※ここでの表示数は制限があるので、すべてのキーフレームが表示されるわけではない。

Reorderノードを作成

MethodをNumeric Suffix Sortにする

情報ポップアップウインドウを見ると、Attributeの並びが変わったことがわかる。

Motion View

キーフレームなどを設定するためではなく、ただモーショングラフを見て解析するためのビューのようだ

Shiftノードを作成する

Shiftノードは、入力されているモーションのチャンネル全体のタイミングをそのままずらす事ができる。

・Scroll Offset

Expressionを仕込むことで、チャンネルごとにずらすことができる。
チャンネルを表すローカル変数は $C

floor( $C / 3 ) * 0.1

3は、1組のチャンネル数

Delayノード

Delayノードは、アニメーションのタイミングを遅延させる。
このチュートリアルで登場したけど最終的には使わなかった。

Channel ノードをGeometry内に作る

CHOPに、さっき作ったCHOP Network内のCHOP_OUTノードへのパスを入力。

・Method

Animatedにする

・Channel Scope

t[xyz] という書式で入力

・Attribute Scope

P

各Channelのタイミングをランダマイズする

CHOP_OUTの前にStretchノードを挿入

・Length Scale

rand関数を使ったExpressionを仕込む

rand( $C )

https://vimeo.com/7612942 – Houdini10以前対応

よく見たら、上記チュートリアルのリンクはHoudini10以前バージョン対応らしい。なので、流し見程度にしておき、Houdini11以降用のチュートリアルで改めて学習する。

https://vimeo.com/14092187 – Houdini11以降対応

シェーダープログラミングは経験したことがない。
そもそも、レンダリングの仕組み自体中途半端にしか理解していない。

HoudiniではVOPでシェーダを一から組み立てられるので一からシェーダ言語を学習するより簡単なはず。

ちょうどいい機会だし、Houdiniとともにかなり基本的なところから勉強してみようとおもう。

VOPノードの操作について

左から順に、Debug/ByPass/Display Mode
マニュアル

• Debug
  Debug Modeをオンにして、出力プラグ上でAlt+右クリックすると、以下のポップアップメニューが表示され、Execute/PopeThrough/Constantが選べる。Execute：通常通り処理させる
  Pipethrough：入力値をそのまま次のノードに渡す
  Constant：指定した値を定数として次のノードに渡す。

  Execute以外を選ぶと、どのような値を出力するか指定するためのダイアログが開く。
  

  このダイアログの中では、任意の値を入力できる。
  また、どの入力値をスルーして出力に回すか指定することもできる。

• ByPass
  入力値をそのままスルーして次のノードに渡す。
  ただし、すべての入出力の型が一致するわけではないため、Debugモードと同じようにAlt+右クリックで出力される値の方などを設定する必要がある。
• Display Mode
  押すたびに表示するパラメータの数を変更できる。

・インプットコネクタのCollapse

各コネクタを中ボタンクリックし、Collapse Input Connectorを選択すると、コネクタリスト最下部のMoreの中に集約することができる。

・インプットコネクションのHide

コネクタ中クリックから Hide Input Nodesを選択すると、インプットコネクションをまとめて非表示にできる。

マテリアルとシェーダ

・マテリアル

シェーダネットワークの入れ物。
広義ではマテリアルもシェーダと呼ばれたりする。

・シェーダ

物体の見た目を決めるための計算方法を定義するもの。
シェーダにはいくつかの種類がある

• 頂点シェーダ
  レンダリングされるオブジェクトの形状（頂点の位置）を決定するためのシェーダ。
  多分、VOP上では直接触らないものだと思う。
• サーフェスシェーダ
  ライトに絡む計算を行うシェーダ
  Lighting ModelやSurface Modelノードがこれを担当
  ピクセルシェーダ処理で使われる。
• ピクセルシェーダ
  レンダリングの最後に、各ピクセルを生成するためのシェーダ。

マテリアルの作成

・Network View

TABキーからマテリアルノードを作成

・Material Palette

Material Paletteで、作成したいマテリアルを左のツリービューから、右のマテリアルリストへドラッグして作成する。

かなりザックリとレンダリングパイプライン

1. 頂点シェーダ
   3Dオブジェクトを構成する拡張点を、レンダリング画像のどこに配置するかを決定する。
2. ラスタライズ
   頂点シェーダによって平面に落とし込まれた3Dオブジェクトを各ピクセルに割り当てる。
3. ピクセルシェーダ
   ラスタライズされた各ピクセルに対し、持たせるColorやAlpha、Depthなどの各チャンネル情報を計算する。

Global Variables VOP

※画像はチュートリアルから拝借、問題あれば消します

それぞれのパラメータは、各ピクセルに割り当てられたオブジェクト表面などの位置毎にサンプリングされる。

I：カメラからの視線ベクトル
L：ライトからの光線ベクトル
N：法線ベクトル
P：面上のパラメータ位置
dPds：面上のs方向のある一点？
dPdt：面上のt方向のある一点

Global Variablesノードは、VEXで処理を行うためのすべての入力値を持っている。
この入力値は、内部で設定するContext Typeにより変化する。

Global Variablesノードは、ひとつのマテリアル中にいくつでも含めることができる。

Surface TypeのGlobal VariablesノードのAttribute

Input Attributes

・Context Type

このシェーダノードが行う処理対象（コンテキスト）を指定する。Surface/Fog/Light/Displacement。

・Output a Single Variable / Variable Name

指定された変数のみを出力する。
複数のコンテキストから、必要な変数のみを入力して処理したい場合、不要な変数の表示は視認性を損なうので、このオプションを使うとよい。

Variavle Nameプルダウンメニューは、表示したいAttributeを選択するのに使う。

Output Attributes

よくわからない変数は未訳
※画像はRender Viewのキャプチャ。カラーのレンジはAdaptして見やすくしてある。

・Cf

サンプリングされた場所のカラー値

・Of

サンプリングされた場所の不透明度

・Af

サンプリングされた場所のアルファ値

・P

サンプリングされた場所のポジション。

↑PパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・Pz

サーフェスのポイントが持つZ深度

↑PzパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・I

カメラからの視線ベクトル

↑IパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・dPds/dPdt

現時点ではよくわからないパラメータ。要調査

↑dPdsパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

↑dPdtパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・N

カメラの視線ベクトルに対する各サンプリング点上の法線の法線ベクトル

↑NパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・Ng

各面が持っている、ジオメトリ上の法線。
この法線はカメラに左右されない。

↑NgパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・Eye

カメラの位置

・s/t

各フェース上のパラメータ空間座標。

↑sパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

↑tパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・Time

Shading Time.
まだよくわからない、要調査

↑TimeパラメータをSurface Colorにアサインしてレンダリング

・dPdz

Change in Position with depth.
まだよくわからない。要調査

・SID

Sample Identifier. A sample id to be used with the nextsample() VEX function to generate consistent random samples that don’t change when re-rendering or between frames.
まだよくわからない。要調査

Output Variables and Parameters

Global Variablesノードが入力ノードであるのに対し、このノードは処理結果の出力を行う。

Global VariablesもOutput Variables and ParametersもContext Type属性を持っており、受け取りたい変数のタイプや、計算したい内容のタイプに応じてそれぞれセットする。

Textureの作成

・Textureノードを作成

とりあえず、Mandril.picがデフォルトでアサインされてるのでそのまま使う。

Materialをオブジェクトへアサインする

・Materialのパスを指定する

GeometryノードのMaterialタブから任意のマテリアルパスをセットする。

・シェーダをオブジェクトに直接ドラッグ

マテリアルノードをビュー内オブジェクトに直接ドラッグ

UVを有効にする

Textureノードをそのまま接続しただけでは、そのテクスチャを持つMaterialをアサインするオブジェクトがUV作成済みだったとしても、各面が持つP(s,t)を基準にテクスチャが貼られてしまう。

↑正しくUVが有効になっていない場合、各面にフィットするようにテクスチャが貼られる

正しくUVを有効にするために、UV Coordsノードを作成し、テクスチャノードのs,tにコネクトする。

↑PolerでプロジェクションしたあとでUV Coordを接続し、UVを有効化した

各パラメータ

・uv

uvwをまとめたベクトル

・u

定義済みのUVがあれば、マッピング時に参照する。
UVがなければ各面のsパラメータが使われる。

・v

定義済みのUVがあれば、マッピング時に参照する。
UVがなければ各面のtパラメータが使われる。

Mantra Surface マテリアル

Mantraでレンダリングする場合の標準マテリアル。
実態は、Material Surface Builderノードで、基本的なネットワークが構築済み。

テクスチャを貼る場合は、各マップの項目で、Use○○Mapをオンにしてテクスチャファイルパスを指定。

・Displacementタブ

• True Displacement
  実際にオブジェクトを変形する。

Environment Light

HDRイメージなどを使用して環境ライトを作成する際に使う

・Renderingタブ Rendering Mode

ライトのサンプリング方法を指定する。

• Direct Lighting
  背景ライトオブジェクトは、実際のライトとして動作する。
  
• Ambient Occlusion
  
• Ray Tracing Background
  背景ライトオブジェクトは実際のライトとしてではなく、光を放出するオブジェクトとして扱われる。
  

Surface Modelノード

以前は、表面の反射などをLighting modelノードで行っていたらしい。
このノードはそれを置き換えるために作られた高機能な万能シェーダらしい。

ライティングへの影響を含む物理的な性質をシミュレートすることができる。

物理ベースのレンダリングを行いたい場合は必須になると思う。

Output Collectノード

マテリアル内に作成された各種シェーダ情報を集約し、出力を行う。

プロシージャルテクスチャ

ノード作成メニューのPatternから、各種プロシージャルテクスチャノードが作成できる。

Promoteされたパラメータをまとめると便利

Promoteされたパラメータは、グループを作って管理したくなるので、Edit Parameter Interfaceを使って任意の位置にフォルダ（タブ）を作成し、まとめておくと管理しやすくなる。

レンダリング時に自動でSubdivideする

各Geometryノード内の以下のオプションを有効にする

Emissiveなオブジェクト

自ら光を放つオブジェクトはEmissiveなオブジェクトである。

・Emissionを有効にする

Mantra Surface マテリアル設定で、Emissionをオンにする。
同時に、Emission IntensityやEmission Colorなども調整する。

Light Linker View

Light Linkerを使えば、ライトとオブジェクトの関係性を定義できる。例えば、特定のオブジェクトのみ照らしたり、特定のオブジェクトのみ影を落とすなど。

操作できるのは以下の項目

左のペーンでライトを選び、右のペーンで関係をもたせるアイテムのみハイライトする。

・Light Mask
そのライトが照らすオブジェクトを指定する

・Shadow Mask
そのライトを受けて影を落とすオブジェクトを指定する

・Refrection Mask
あるオブジェクトが別のあるオブジェクトにリフレクション要素として映り込むかを指定する。

カスタムシェーダ作成の概要

Material Shader Builderの作成から始めると良い。

必要に応じて Global VariablesとOutput Variables and Parametersノードを作成し、必要な出力を作るためのノードネットワークを形成する。