Q:為什么要用程序化制作水珠？動力學(xué)解算不香嗎？

A:動力學(xué)解算雖然直接但是太過于浪費資源，且結(jié)果不夠直觀，需要解算N多幀才能獲得結(jié)果，而且結(jié)果不穩(wěn)定，實際工作中通常采用程序建模配合少量動力學(xué)解算達到掛水效果。

國際慣例先導(dǎo)課

基本思路是在物體表面通過copy to point 來獲得基本的分布形態(tài)，然后借助隨機的pscale來創(chuàng)建隨機的大小。由于水珠的上小下大的形態(tài)，所以要在單個球形的基礎(chǔ)上沿著物體向上復(fù)制一個小球，通過vdb smooth 將一大一小兩個球算到一起，獲得水滴形體。

如何獲得點沿著面的方向向上的向量？

求得物體向上復(fù)制方向的過程中需要用到向量積，cross product。
首先用面上點的法向和{0,1,0}向量做向量積，獲得平行于面的橫向向量，然后用橫向向量和法向再做向量積，就可以獲得沿著面向上的向量。

用向量積獲得沿著面向上的向量

注：向量積的計算遵循右手定則，即用cross(N, UP) 和cross(UP, N)獲得的是截然相反的向量。

正式課程

首先是在模型上散點，可以用scatter來隨機布點，當(dāng)然如果對視覺結(jié)果有了大概的規(guī)劃，也可以用spray paint 手動畫點（這個也是相對Dop Network的優(yōu)勢）。

布點時可以手動選擇一些polygon，減少計算量

注：這里建議只針對攝像機區(qū)域進行撒點操作，如果是針對整個模型后期計算量會比較大。

此時如果直接用copy to point 連接一個Sphere，就會獲得大小均一的復(fù)制。

直接連接copy to point 以后

顯然我們想要的是隨機化的大小，copy to point 可以接受全局變量pscale屬性，我們可以在PointVOP中使用噪波來隨機化pscale，從而達到隨機化復(fù)制大小的結(jié)果。

PointVOP內(nèi)部

需要注意的是，采用aaNoise的默認(rèn)振幅會產(chǎn)生從-0.5到0.5區(qū)間的噪點，pscale理論上是不存在負值的，所以這里用fit先將aaNoise的結(jié)果映射到0-1內(nèi)，然后用ramp parameter控制噪點分布。如果需要更大的噪波范圍可以再接一個fit用max來控制。

此時雖然從視口上并沒有任何變化，但是通過觀察geometry spreadsheet 可以發(fā)現(xiàn)每個點都多出了一個pscale屬性，這個屬性就可以作為copy to point 的復(fù)制比例參數(shù)。也就是 最終拷貝大小 = sphere本體大小 * pscale。

Geometry Spreadsheet中的出現(xiàn)pscale參數(shù)

考慮到真實的水珠掛壁狀態(tài)是上小下大的，可以用一大一小類似葫蘆的兩個水珠通過VDB 做成一個水珠。

真實水珠參考

以目前拷貝的水珠為基礎(chǔ)，此時沿著面向上平移一定距離再拷貝一個水珠，此時就用到了先導(dǎo)課里面的向量積運算。

Entagma的VOP方式

小水珠向上的方向可以用向量積求出，entagma老哥這里用的PointVOP，這里我用了效率比較高的PointWrangle，首先自定義一個UP，用UP和N做向量積，得到平行向量。然后用平行向量和N繼續(xù)向量積，得到最終沿著平面向上的向量。再用normalize()函數(shù)規(guī)整到一個單位長度，再乘以一個自定義的因數(shù)，就可以得到類似displace along normal的效果了。從這里也可以看出Displace along normal 背后的原理其實是：最終向量 = 向量 * 因數(shù)（此處為點乘），只不過在VOP中，我們把向量作為Normal的輸入來處理了。（這么說其實mountain也就是隨機的displace along normal）

vector UP = {0,1,0};
vector tan = cross(@N, UP);
vector nN = normalize(cross(tan, @N));

@pscale *= chf("top_scale");

自定義的因數(shù)應(yīng)該和上方水珠的大小有一定正相關(guān)，才會讓水珠看起來比較合理。
剛好這里pscale是一個浮點數(shù)，可以作為向量點乘因數(shù)，上方水珠的距離 = 上方水珠的pscale * 最終向量 * 一個因數(shù)，毫不猶豫past relative reference! 同時借助chf()自建一個因數(shù)來控制大小。

@P += nN * chf("distance_scale");

最終PointWrangle如下。

運用自身pscale屬性和距離之間的關(guān)系，可以快速調(diào)整水珠形態(tài)

ok! 此時觀察結(jié)果可發(fā)現(xiàn)基本水珠形體已經(jīng)有了，但是真實的水珠是扁的，不會這么圓潤。這時可以借助另一個全局變量scale，默認(rèn)情況下scale的值為{1,1,1}，通過如下語句重新設(shè)置scale在特定方向上的大小。

v@scale = set(1, 1, chf("Flat_ratio"));

注：一定要明確，object的Z軸正方向?qū)?yīng)的是copy后N的正方向，也就是通過Z方向的縮放來改變拷貝物體的大小。

Bug！

此時發(fā)現(xiàn)有一些點飛處了模型表面

通過向量積獲得的點的位置有可能已經(jīng)飛出模型表面了！所以一定要檢查水珠出現(xiàn)位置的合理性！

出現(xiàn)這種問題也很好解決，返回到scatter節(jié)點，把可能出現(xiàn)問題的面取消選擇就好了。

scatter不要選到可能出現(xiàn)問題的面

接下來就是簡單的 VDB from polygon， VDB Smooth SDF 以及和模型本身轉(zhuǎn)化成的VDB進行布林運算。這里有幾點需要注意：
1.在多個節(jié)點中Voxel 大小需要統(tǒng)一且不宜太小，Voxel太小的會造成過大的運算壓力導(dǎo)致崩潰；
2.原模型如果是片體是無法轉(zhuǎn)化為VDB的，此時可以靈活使用polyfill節(jié)點，將模型轉(zhuǎn)化為實體；
2.VDB的計算參數(shù)設(shè)置好以后，及時使用fileCache可以避免后期運算壓力過大；

針對VDB的操作

這里Voxel size設(shè)定為0.05，對計算有一定壓力，合理使用cache來緩沖壓力。同時在VDBreshape中可以適當(dāng)調(diào)節(jié)形態(tài)學(xué)計算方式，這在之前的文章中有提及。

至此建模任務(wù)就差最后一步。
想象一下由VDB轉(zhuǎn)化回來的面，表面一定是凹凸不平的，這樣和模型接觸的面也一定是會出現(xiàn)穿模，影響渲染引擎的法線判定，必然會產(chǎn)生錯誤。這時試想如果有一個參數(shù)能控制當(dāng)前幾何體到模型的距離就好了！有！
xyzdistance是一個檢測當(dāng)前點到目標(biāo)幾何體面距離的函數(shù)，這里用PointVOP來更加明確。

VOP的2號接口對接原模型

xyzdistance返回的是距離當(dāng)前點最近的目標(biāo)幾何體上的primnum面序號和UV點在面上的投射位置，而primuv其實是prim attribute，這個節(jié)點的作用是計算當(dāng)前幾何體&&當(dāng)前面&&當(dāng)前UV的屬性值，默認(rèn)是Cd，改為N則計算當(dāng)前位置的法向，而當(dāng)前位置的法向剛好是我們作為幾何體縮放的依據(jù)，Bingo！
毫不猶豫接入Displace Alone Normal，通過amount來控制收縮大小。

節(jié)點圖

將水滴導(dǎo)出用作渲染模型

此時已經(jīng)有了車的模型和水滴的模型，分別用objectMerge分入兩個Object方便賦材質(zhì)。

file.png

如何創(chuàng)建背景雨滴？

可以考慮用速度場對場內(nèi)的點產(chǎn)生的trail來作為模型生成的依據(jù)，借助resample增加curve的點數(shù)，同時添加curveu參數(shù)。

這里依然是用pscale作為替代curve的參數(shù)，同時在polywire中，用pscale*常數(shù)作為對漸變的控制。

注：需要觀察點的序號，如果curveu的漸變和想要的數(shù)值漸變方向相反，則需要1-@curveu。

背景雨滴節(jié)點

測試渲染

測試渲染發(fā)現(xiàn)redshift自帶的光圈圖太機械并不理想，索性手動進ps畫了一個。

圓滾滾的六邊形才是光圈該有的樣子

調(diào)整一下構(gòu)圖，最終效果！