CG Taiwaner 台灣人玩動畫: Houdini 12新增功能介紹

從好萊塢電影, 到高階的廣告, 到次世代電視遊戲, 為了虜獲觀眾的心, 視覺特效一直是決勝點. 而要取得高階的, 寫實的火焰, 煙霧與流體特效, 在過去會需要耗費大量的模擬時間與電腦記憶體, 有了Houdini 12, VFX將會體驗到整個遊戲規則的改變 ,不論是速度或是記憶體的需求, 更容易達到賣座大片的品質了!

內建新的, 強大的幾合體引擎, Houdini 12 針對動態物理與算圖進行最佳化, 重新改寫了OpenGL 3 viewport. Houdini 12也包含了整合了Bullet solver物理解算器, Pyro FX 2, 更快更精確的FLIP fluids流體, 真的能拿來做案子的布料(production-ready cloth)以及Alembic格式的輸出功能...等等.

效能

Houdini 12重新改寫了舊的架構以達到更快速, 更有效地利用記憶體, 從新的幾何體引擎, 到針對動態物理與算圖的最佳化到viewport的強化, 用戶可以更快速地修改.

新的幾何體架構

藏在內部的機制Houdini變得更快 ,更有效地處理幾合體
更小的記憶體足跡
更快速的, 以向量為中心(vector-centric)的資料架構
可客製化的, 新的幾合體, 屬性與資料類型
多線程運算
Vertex & edge groups （以屬性來儲存）
由向量分離出來的法線轉換(Normal transforms separate from vectors)
JSON-based (ASCII and binary) geometry檔案格式

Viewport

現在Viewport是以OpenGL 3.2來處理的, 這是一個當代shader-based的算圖器, 針對OpenGL 3 與 4的硬體撰寫, 有了多的功能, 例如高亮選取與geometry shaders, 這能夠處理大量的資料組, 這也會是預設的場景算圖器 .

PYRO FX 2

有了PYRO FX 2 火焰與煙霧模擬效果看起來更加寫實. 速度更快也更容易設定, Houdini 12裡面速度有很明顯的長進, 可以做更多次迭代運算. 使用GPU運算模擬提升到新的層次, 在體積渲染方面又往前邁進, 能夠做出驚人的效果.

Pyro的效果也改寫了, 變得更有效, 更好控制. 煙霧, 火焰, 燃料, 碰撞等等. 現在可以以volumes導入到SOP networks 作為來源, 因此你可以完全利用到SOP架構的威力, 產生sources The Fluid Source SOP是很強大的節點, 產生source volumes.

你能夠細切(shred)火焰（例如紙張）產生具有更多細節與寫實度的火舌. 與其單純地模擬銳利的火舌效果, 細切(shredding)是種很獨特的解算功能, 把比較粗的火焰以noise細切, 達到更細更銳利的火焰效果.

Time-scale的功能: 讓你在模擬完後改變速度, 讓你獲得寫實的慢動作效果, 結果還會比你用正常速度模擬出來的然後用後製改變速度來的要寫實.

自動縮放pyro模擬範圍: 根據pyro volume來決定, 省卻了使用者手動控制的動作, 選取最有效, 最經濟的模擬範圍, 以模擬出火焰與煙霧的動態.

Pyro現在更快了, 採用OpenCL的硬體加速與CPU上面的OpenCL library函式庫相容, 這表示在工作站上以GPU模擬出來的效果與非互動式(non-interactively)的無控制的渲染農場（headless farm)模擬出來的結果會一模一樣, 目前的速度與業界其他軟體相同甚至更快.

更加寫實的火焰與煙霧, 這要感謝無數次的物理 shader與其他演算法的修正以及VOP based shader讓你可以學習並客製化外觀. 還提供新的Multigrid projection法, 會以多線程最佳化來計算煙霧, 還有Pyro Solver DOPs, 這個東西會比Houdini 11的PCG算法明顯地更快速. 計算行為類似PCG 也會給您Pressure Field , 但是, 如果你要使用Feedback Scale 讓你的流體物件能夠與其他模擬的物件互動, 那就請您使用PCG projection的計算法吧!

Pyro Clustering

Houdini現在提供新的工具, 將大量的Pyro source指向大量(“clusters”)相鄰的點, 而每個“clusters”會有自己的pyro container 這讓你可以個別檢視大型的模擬, 然後同時地模擬農場模擬/渲染這些clusters.

你不會看到接縫或是明顯的邊界 box可以相互重疊, 你可以控制clusters的數目Smoke cluster 與 Pyro Cluster shelf tools會拾取一組的source points 然後會產生節點, 會自動resizing, clustered模擬.

因為你可以關掉互動顯示框, 分別地解算與渲染, 你可以使用clustering來產生, 基本上無大小限制的pyro simulations.

Pyro Shader

Houdini 12提供新版的Pyro shader 這套電影等級品質的shader可用在火焰與煙霧特效, 介面相當簡單. Pyro shader現在提供viewport顯示與shader數值同步化的功能, 你可以修改其中一個, 然後數值就會在其他的pyro上更新.

FLIP FLUIDS

FLIP Fluids現在提昇了可達原本十倍快的效能, 產生超過10倍的資料量, 更加穩定的行為, 新的黏度控制讓你可以模擬液體的融化與硬化效果. 整體來說FLIP fluids讓你產生更大型, 更快速的特效.

Houdini 12現在顯著地提昇FLIP solver

改善效能且能夠處理大型的資料量
簡化架構透過particle fluid tools
能夠與Populate Containers shelf tab協同工作
避免模擬問題（能量突然變化, 體積變少, 絲狀的水花, 過慢的亂流, 瘋狂的水滴等問題）
FLIP solver現在是Houdini裡面偏好的液體模擬法

可變得黏度(Variable Viscocity)

Houdini 12現在添加重要的, 新的黏度控制參數, 這對模擬不同類型的流體很有用, 可以模擬出融化與硬化的效果. 新的Make Viscous shelf tool會自動啟動FLIP Fluid的黏度參數.

BULLET

Bullet解算器現在已經變成業界標準, 也變成了Houdini預設的RBD解算器了. 提供超級快速的剛體模擬功能, Bullet整合到Houdini 12物理動態模擬中, 能夠支援動態碎裂, 也能夠與流體互動.

Bullet RBD解算器完全整合到DOPs裡面, 現在是預設的解算器, 能夠處理大量的資料量, 支援動態碎裂與流體, 也可以使用約束架構, 產生黏著(glue)效果, 讓你可以有很多控制, 你還是可以切回到RBD Solver 或ODE Solver 透過Rigid Body Solver選單裡面做切換.

CLOTH

Houdini 12裡面的布料解算器真的能拿來用在專案製作上, 能夠處理, 產生大量, 可靠的布料模擬效果, 使用數學上精確的模擬模型. 新的解算器能處理困難的狀況並提供點層級的控制性, 角色特效美術人員一定會很想看看這個驚人解算器!

Houdini 12現在很顯著地強化了布料解算器

速度上與過去的cloth solvers相當對處理pinching有更佳控制, 尺度與解析度都是獨立參數, 因此在不同解析度布料的行為是一樣的, 也能夠將模擬的布料與手key的動態相互混合.

新的shelf tools可以定義編輯軟的或適應的約束(constraints), 包含了更加進階的point-to-point constraints 新的工具如Attach Cloth to Body, Cloth Follow Animation, 與 Stitch Cloth.

你現在可以將低解析度模擬的布料轉移到高解析度的模型上, 用在算圖時, 透過Cloth Capture SOP 與 Cloth Deform SOP.

現在也支援多層布料, 包含了皮帶與口袋.

Houdini精確的, 物理為基礎的運算模型提供寫實的, 不會拉扯的布料.

新的SOP稱為PolyDoctor是專為布料所設計的, 但是也可以作為一般的工具, 拿來清理個別的, 構型不佳的幾合體, 它的某些功能也可以透過現有的Clean SOP來使用digital asset現在也含了PolyDoctor.

能夠用動態的幾何體來影響布料的模擬, 這些讓布的某些部位可以有特別的形狀或是拉扯效果, 其餘的部份維持想要的形狀.

RENDERING

Houdini提供大量的工具, 專為輸出資料, 可以設定拿來設定遊戲關卡Houdini能夠處理大量資料, 讓他能夠處理客製化的屬性與blind data, 你可以很容易地製作遊戲關卡的pre-viz 使用OpenGL然後輸出關卡為點資料, 讓遊戲引擎產生背景.

Mantra Volumetrics

支援隨機的(stochastic)透明度, 用在mantra的 volume 與 transparent surface shading engine 新的演算法, 能夠讓mantra渲染單一次組的ray march採樣, 這樣可以動態地加速ray traced volume renders 會產生雜訊比較多的渲染, 但是速度上會比較快, 因為需要的採樣較少. 關掉Stochastic Transparency會造成所有的透明度採樣都計算, 就如同H11的算法一樣.

Visual Effects視覺特效

VFX視覺特效師如您, 總是受到導演的美術眼光的各種挑戰, 要創造更寫實的效果. Houdini支援開發的階段, 你可以探索現象背後的科學並且在美術角度的階段專注在設計與外觀效果上. Houdini的高階地理與動態物理模擬工具, 讓你可以探索創造特效, 透過友善的節點式工作流程. 你能夠穩定地產生, 多次的疊代運算(iterations) 而且對導演要求的可以迅速反應.

Houdini讓你可以把模型, 動畫, 物理模擬與算圖結合在一起, 產生更加寫實的VFX視覺特效, 藉由把VFX整合到所有的生產類別Houdini的程序性. 工作流程提供免外掛（out-of-box）就能達到的工具組, 讓你可以有效地與您現有的其他軟體有效率地工作, 例如FBX格式, 你也可以讓Houdini深入工作流程, 透過Houdini的開發套件與擴充的Python支援, 不論您是在製作點影, 電視特效或是高品質的廣告Houdini都能幫助您控制資料, 用你難以想像的方式來運作.

用規則來控制的粒子

VFX視覺特效通常帶有自然的, 有機的粒子運動方式. Houdini的規則為基礎的粒子特效, 提供可靠的回饋, 當你微調參數的時候或是添加expression到程序性節點的時候, 可以得到可靠的回饋, 這讓你更容易獲得可控制的結果, 但還能有創意表現.

當您在建立粒子特效的時候, Houdini會幫你處理需要計算的矩陣, 你可以專注在動作的品質, 透過程序性的控制, 讓你可以充分地操控效果. 當模擬完成後, 你還可以進一步地添加二級效果, 或是微調結果, 根據導演又在最後一分鐘的修改要求.

製作大爆炸

由於電腦遊戲, 與遊戲機變成HD畫質, 而電影也跟著變化, 總是會需要更大, 更刺激的視覺特效. 客戶會預期你能夠帶給觀眾震撼, 這表示你需要製作更多的分鏡, 以及更緊迫的製作時程. Houdini的程序性流程, 提供視覺特效流程, 專門幫助您達到以上需求, 節省時間.

從精確的剛體工具, 到新的Pyro FX火焰與煙霧工具, Houdini的節點式工作流程, 讓您可以產生不可思議的高細節與獨特的寫實模擬效果. 有了高度的連動性與操控感, Houdini讓你可以感受到在其他軟體無法得到的操控性, 不會花您太久時間就能讓您達到獨特的效果, 讓您更有競爭力.

灰塵與碎片

許多VFX分鏡都涉及到二級特效, 有了二級特效能夠提昇寫實感, 因此煙塵與碎片通常會緊密結合. 在主角特效上 (hero effect) 這對整個畫面也有加分作用 . Houdini讓您可以很容易地產生, 你可以在前期的時候有個原型, 然後再正式製作的時候把數量增大.

感謝Houdini程序化的工作流程, 可以確保二級特效能夠吃到衝擊時所產生的力道, 這樣你就可以微調主特效, 在最後一刻把二級特效加進去（自動產生）.

深探背後的運作原理

Houdini的動畫與模擬工具並不是黑盒子般深不可測. 程序性的節點架構讓你可以修改所有動態模擬的功能. 想像一下你可以把任何剛體物件取代成完全不同的東西, 有了Houdini 這套軟體把你所有想得到的困難, 例如物件穿透, 都預先想好了.

Houdini不但替你們美術人員與TD們想好互動性, 還提供了專門的解決方案與客製化的code撰寫, 你可以使用開發套件添加您自己的工具到Houdini , 利用Houdini的使用者介面, 整合您的工具, 而code也能與Houdini節點式的系統進行程序性的運作, 能與Houdini其他的節點協同工作.

建立您的特效資料庫

視覺特效通常會在分鏡裡面出現好幾次, 甚至不同專案也會重複, 這讓Houdini的節點架構更加有用因為重複使用特效, 可是也不同的設定可以產生獨特的結果. 您只需要調整參數, 或是重串節點, 就可以產生完全不同的效果.

你也可以把這些節點網絡轉換成Houdini Digital Assets數位資產, 能夠套用在任何專案上面, 這些資產具有所有的節點, 也很容易微調, 以達到需求, 場景能夠參照資產（從中央管理的儲存位置）然後可以設定自動更新, 如果資產有進行任何變更.

Lighting and Rendering照明與算圖

Houdini節點式的工作流程可以產生自然的資料流, 當您串接整個流程的時候, 你可以導入靜態或是動態的模型, 然後餵給美術人員看的懂得節點架構. 當你改變模型或是動畫的時候, 這些編輯會自動下傳到整個節點, 軟體會自己幫你處理複雜的運算, 你不需要寫code來處理, 當你在製作電影, 電視特效或是高品質的廣告的時候, 這種功能可以讓你準時地完成專案.

組合場景

把分鏡裡面的元件組合起來, 管理這些元件. 這對成功的照明流程十分重要. 在Houdini裡面, 你可以利用數位資產, 讓你封裝模型, 材質, 貼圖與動態到單一的節點, 然後可以很穩定轉移到多個場景. 這樣的資產可以分享到不同的案子上面, 當改變的時候也以輕易地更新.

Houdini也支援幾合體的快取, 你可以用Houdini的bgeo格式儲存或FBX以及即將出現的Alembic格式. 透過Houdini Batch, 這是非圖形介面版的Houdini, 你也可以建立外部的資產管理方案, 讓數位資產在算圖的時候才整合到場景中以獲取最大的彈性.

非線性照明工作流程

Houdini的燈光可以用數位資產的觀念建立, 可以把這樣的設定分布到整個生產生面. 燈光可以打包成客製化工具, 因此資深的美術人員可以控制整個大方向, 而資淺的員工可以針對每個分鏡做微調, 這讓您容易管理最終結果, 但又允許你多次的調整, 資產也可以輕易地更新, 分散到所有需要的分鏡中.

具實戰經驗的Mantra算圖器

Mantra是套混合的算圖器, 具有傳統的scanline法與物理精確這兩種算法, 你可以使用Houdini互動的shader建立您的材質, 然後使用快速的動態模糊, 景深與次表面散射3S效果, 算出非常寫實的結果.

Houdini的Mantra也能拿來算圖3D立體影像, 使用3D立體攝影機設定分鏡, 決定最適合的兩眼視差（interaxial distance）. 由於現在隨時都有新的3D電影推出, 能夠做出3D攝影機正確的設定十分重要.

Volume Rendering （體積算圖）

除了Houdini是VFX特效人員的好工具外, Mantra也很適合拿來渲染體積算圖, 這些3D格點通常拿來做煙霧或是火焰的模擬運算. 這裡面包含了必要的資訊, 例如密度, 熱或是溫度Mantra能夠擷取volume裡面的資訊, 添加SSS的效果與裡頭光照的效果. 你也可以透過edge filtering 來控制算圖效果的銳利度或是柔和度.

多個算圖引擎