Houdini ch的作用

暑假到了，因?yàn)樽约哼M(jìn)的實(shí)驗(yàn)室主要做的DGP(Digital Geometry Processing，數(shù)字幾何處理)，借鑒自己之前通過(guò)Substance Designer入門(mén)圖像處理領(lǐng)域，通過(guò)Unity入門(mén)圖形學(xué)渲染領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，打算學(xué)一下自己垂涎已久的Houdini來(lái)入門(mén)幾何處理。

順便一提，本文中所使用的Houdini版本為Houdini Apprentice 17.5.293。跟的教程是有名的湖邊小屋，手頭有余裕的朋友們可以到gumroad上面購(gòu)買(mǎi)支持一下這位藝術(shù)家。

建議有意向閱讀此文的讀者選個(gè)有空的時(shí)候，坐在電腦前再來(lái)閱讀本文。原因其一，排版是按PC來(lái)排的，手機(jī)上不好閱讀；其二，內(nèi)容比較硬核，干貨比較多，需要坐下來(lái)慢慢讀。

腳本語(yǔ)言

與SD一樣，Houdini也是基于節(jié)點(diǎn)編程；比SD更強(qiáng)大的地方在于它也支持腳本編程（SD的腳本編程目前還處于非常原始的階段），并且腳本編程的威力非常強(qiáng)大。Houdini所使用的腳本語(yǔ)言有好幾種，就我目前了解到的有如下幾種：

• 參數(shù)腳本語(yǔ)言（表達(dá)式）：
• HScript Expression 傳統(tǒng)的默認(rèn)腳本語(yǔ)言，主要用來(lái)做控制參數(shù)的腳本；
• Python HOM 新的腳本語(yǔ)言，比Hscript更強(qiáng)大，但是寫(xiě)起來(lái)很啰嗦；

如圖，用戶(hù)可以在2種不同參數(shù)表達(dá)式之間切換，并且可以同時(shí)混合使用它們。

• 泛用型腳本語(yǔ)言：
• Vex 高性能的C譜系腳本語(yǔ)言，用來(lái)寫(xiě)自定義的節(jié)點(diǎn)或者Shader。
• Python HOM 似乎是全能的編程語(yǔ)言，比較復(fù)雜所以還有待進(jìn)一步探索。

VEX 語(yǔ)言

由于作者目前水平所限，只能談一下自己對(duì)VEX和SOP一些粗淺的了解，有不準(zhǔn)確或錯(cuò)誤之處望讀者指正。

幾何對(duì)象的層次

Houdini中，SOP處理的是幾何對(duì)象(Object)。幾何對(duì)象的數(shù)據(jù)在SOP節(jié)點(diǎn)中得到處理，并在SOP網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)。那么問(wèn)題來(lái)了，應(yīng)該如何處理這些繁雜的數(shù)據(jù)？Houdini將幾何對(duì)象(Object)中的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行了分層。理解這一部分是至關(guān)重要的。

即使讀者沒(méi)有系統(tǒng)的圖形學(xué)背景，也應(yīng)當(dāng)能理解幾何體的組成部分可以拆分為點(diǎn)-線-面；而Houdini中的分類(lèi)要更復(fù)雜一點(diǎn)：

如圖，幾何數(shù)據(jù)分為四層

1. Detail 最高層級(jí)的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)整個(gè)Object；
2. Primitive 幾何對(duì)象中的組成部件，比如一個(gè)三角面片，一張NURBS曲面，或Volume；
3. Point 幾何對(duì)象上面的一個(gè)點(diǎn)；
4. Vertex 一個(gè)Point可能同時(shí)存在于多個(gè)相鄰的Primitive上，因此共享同一個(gè)Point的 多個(gè)primitive會(huì)各自存一份對(duì)Point的引用，稱(chēng)為Vertex。

幾種變量類(lèi)型

類(lèi)似于圖書(shū)館的管理員一樣，VEX中用到的變量也是分等級(jí)的；主要分為以下幾種：

• Attribute 屬性
• Parameter 參數(shù)
• variable 變量

屬性 Geometry Attribute

最重要的數(shù)據(jù)類(lèi)型就數(shù)屬性了，首先，前文提到的每個(gè)幾何層級(jí)都會(huì)把屬于該層的所有對(duì)象組織成一張表，比如primitive層的會(huì)組織到一張primitive表，point層的所有點(diǎn)會(huì)組織成一張點(diǎn)列表；

隨后，每個(gè)層級(jí)我們都可以為所有屬于該層的對(duì)象們定義一些屬性，比如對(duì)于Point層，可以為每個(gè)點(diǎn)定義位置或者法線屬性；我覺(jué)得下圖可以很好地解釋屬性的概念。

如圖，1033到1044號(hào)對(duì)象的屬性都各自裝在自己的小匣子里面如圖 左邊Geometry Spreadsheet顯示了每個(gè)點(diǎn)的位置信息

認(rèn)真讀的讀者肯定會(huì)意識(shí)到，那么vex代碼應(yīng)該用在哪種節(jié)點(diǎn)里面，來(lái)幫助我們?yōu)樗�有點(diǎn)定義或者修改屬性呢？Houdini有一組非常強(qiáng)大的節(jié)點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)用來(lái)做這類(lèi)事情；我這里介紹其中用的最多，最有代表性的Attribute Wrangle節(jié)點(diǎn)。""Wrangle"一詞的翻譯是"放牧"，就像牛仔管理他們負(fù)責(zé)的牛群一樣，我們對(duì)各個(gè)點(diǎn)或者其它對(duì)象的屬性進(jìn)行“放牧”。換句話說(shuō)，該節(jié)點(diǎn)對(duì)輸入數(shù)據(jù)中每一層級(jí)（就是上一小節(jié)講到的層級(jí)概念）的所有屬性進(jìn)行處理。

“wrangle”一詞非常形象，原意為放養(yǎng)牛馬等牲畜，因此有個(gè)牛仔帽作為標(biāo)志

關(guān)于Atrribute的操作比較繁雜，但總結(jié)起來(lái)大致就是增刪查改四種操作；

• 刪除屬性
  找了很久，VEX中好像沒(méi)有刪除屬性的函數(shù)，不過(guò)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以用來(lái)做這件事：Attribute Delete。
• 讀取/修改屬性
  使用已經(jīng)定義的同層級(jí)屬性的方式為：@變量名。比較特殊的情況下，Attribute Wrangle節(jié)點(diǎn)可能有多個(gè)輸入（從左到右，序號(hào)為0~3，沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)注意，從0開(kāi)始！），比如我想要用第二個(gè)輸入數(shù)據(jù)的點(diǎn)層級(jí)位置屬性@P，那么以下3種方式都能獲取到數(shù)據(jù)。 值得注意的有2點(diǎn)。
  第一，SideFX官方的講座中提到，在性能上來(lái)說(shuō)，使用方法（3）是最好的，應(yīng)當(dāng)盡可能使用它；但（3）也是有局限的，如圖：

如圖，Attribute Wrangle節(jié)點(diǎn)接受2個(gè)輸入

第二，如果你使用的屬性是非浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型的，比如vector型的向量，第二種方式必須記得在@之前寫(xiě)上屬性數(shù)據(jù)類(lèi)型的簡(jiǎn)寫(xiě)，否則編譯器會(huì)默認(rèn)為浮點(diǎn)數(shù)。具體各種變量類(lèi)型和簡(jiǎn)寫(xiě)的對(duì)應(yīng)見(jiàn)下圖：

前面提到的是相同層級(jí)的屬性讀取，不同層級(jí)之間的屬性讀取則可以使用point(...), prim(...), detail(...)函數(shù)完成，具體用法我就寫(xiě)在下面了。

• 增加屬性 在VEX中定義屬性的方式為：數(shù)據(jù)類(lèi)型 @變量名；舉個(gè)例子，我想給所有點(diǎn)定義一個(gè)叫做myval的浮點(diǎn)數(shù)屬性，然后對(duì)這個(gè)屬性加一，那么就在Attribute Wrangle中選定要處理的層次為點(diǎn)，

然后在代碼編輯器中輸入  即可。值得注意的一點(diǎn)，在定義一個(gè)
新的屬性時(shí)，等號(hào)右邊（即我們賦予該屬性的初始值）必須是常量，也就是說(shuō)只能是具體的數(shù)值， 不能包含任何函數(shù)或運(yùn)算。例如下面一段代碼是有效的：

但是如果寫(xiě)成這樣就會(huì)報(bào)錯(cuò)：

屬性在整個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，一旦你創(chuàng)建了，在人為手動(dòng)刪除它之前，就是一直存在并且全局都可見(jiàn)的（就是任何時(shí)候，只有你想要就可以讀取）。因此屬性是非常消耗空間和性能的，應(yīng)當(dāng)盡可能節(jié)約使用，如果預(yù)計(jì)將來(lái)再也不需要這個(gè)屬性時(shí)，就應(yīng)當(dāng)使用Attribute Delete刪除掉。

變量 Variable

那么，一些VEX代碼中的變量，如果它們只會(huì)在該節(jié)點(diǎn)的代碼里面用到，那么就沒(méi)有必要設(shè)置為屬性了，我們稱(chēng)之為局部變量，就是它只屬于所在的這個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)算完之后就把它所占用的空間釋放了，生不帶來(lái)，死不帶去。

局部變量的定義很簡(jiǎn)單，和一般的C語(yǔ)言定義方式一致。這里就不再累述。值得注意的是，當(dāng)你想要用包含變量的一組值來(lái)定義一個(gè)局部變量時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用函數(shù)set(...)，比如下面這段代碼

編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)：“Syntax error, unexpected identifier, expecting '}'.”初學(xué)者肯定會(huì)丈二和尚摸不著頭腦，錯(cuò)在哪了呢？原因就在于賦值的式子里包含了變量@y，而{ a, b, c }僅當(dāng)a,b,c為常量（具體的數(shù)字）時(shí)才有效，我們這里應(yīng)當(dāng)使用函數(shù)set:

參數(shù) Parameter

除了前面提到的2種數(shù)據(jù)類(lèi)型之外，還有一個(gè)非常重要的，就是paramteter（參數(shù)），參數(shù)一般出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)的paramter窗口，我們可以通過(guò)參數(shù)這些對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。官方網(wǎng)站上比較有用的文檔：創(chuàng)建參數(shù)，右擊你要粘貼到的那個(gè)參數(shù)，選擇"Paste relative reference"。

• 在窗口上，對(duì)參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)鏈接；
  此處使用的并不是VEX，而是HScript表達(dá)式，但是由于太重要了，就也寫(xiě)在這里：
  在目標(biāo)參數(shù)處輸入函數(shù)ch("源參數(shù)路徑")，源參數(shù)路徑的格式有3種情況：

同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)，同一節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)，不同節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

• 在窗口上，手動(dòng)創(chuàng)建參數(shù)；
  流程見(jiàn)下圖，注意在"Parameter Description"一欄，我們新創(chuàng)建的變量有2個(gè)名稱(chēng)：Name和Label，Name是參數(shù)“真正”的名字，我們?cè)谑褂胏h("參數(shù)名")或者VEX內(nèi)引用該參數(shù)時(shí)，都用的是Name，注意，Name不能包含空格；
  但是Label可以包含空格，作為參數(shù)在用戶(hù)界面上顯示的名稱(chēng)。

• 在Wrangle節(jié)點(diǎn)里，用VEX代碼創(chuàng)建窗口上的參數(shù)；
  使用chi, chf, chv, chs函數(shù)在VEX中定義，隨后在界面上點(diǎn)擊一個(gè)按鈕即可，如圖�；蛘哌�可以用chramp來(lái)定義一個(gè)ramp，非常方便。

• 在Wrangle節(jié)點(diǎn)里，用VEX代碼讀取窗口上的參數(shù)；
  同上，使用chi, chf, chv, chs即可。
• 在窗口上，讀取VEX代碼創(chuàng)建的屬性作為參數(shù)使用；
  這個(gè)話題比較復(fù)雜，因?yàn)槭遣荒苤苯佑聾屬性名的，現(xiàn)在我還不是很確定，所以以后再來(lái)補(bǔ)上吧。。。