從零開始的Houdini PDG教程（二） 地形工具
這一部分結合PDG來談談Houdini的地形工具。前半部分會講一些我對Houdini地形工具的理解，算是作為學習筆記記錄在此。後半部分會根據官方的教程整理出在Unity引擎中的實現步驟，比較繁瑣，熟悉的直接無視就好。
過程化生成工具
目前主流的過程化生成工具都是兩種思路，一種基於Node，另一種基於Layer。後者最大的好處在於可以快速上手，而且有一個所見即所得的編輯邏輯，例如Photoshop，Substance Painter都是這樣。而基於Node的工具則需要使用者具有很清晰的邏輯，知道自己用這個節點要幹什麼，但這同時也大大便利了後期的修改和簡化，通過修改每個節點的參數即可達到不同的效果。目前的Substance Designer，Houdini，blender都是基於Node的思路。
舉個例子，在這篇文章中我們製作一個地形demo按照這樣的順序：
每個部分都由Houdini的數個節點組成，這些節點都有具體的參數來負責具體的功能，可以很方便的修改得到最終效果。同時，PDG模塊可以將這些HDA模塊統一在一個HDA下管理，分別控制不同的步驟，非常方便。
但是這並不代表基於Node就是好的，例如上面的layout繪製，比起根據節點一個個去計算，直接創建Editable Node去在引擎中刷地形是最快最方便的。
另外推薦一下官網上的Houdini Masterclass（可能要科學上網），詳細的講了H17中Terrian的製作步驟
地形侵蝕
Houdini的erosion演算法使用了hydro和thermal這兩套結合，熟悉UE4的可以理解為將它原生的erosion和hydro erosion結合。
在erosion的解算節點中可以詳細的看到在Houdini中erosion的做法，每一幀都先使用thermal去計算一個大致的腐蝕效果，然後根據water mask和height mask去做hydro erosion計算水的腐蝕，最後再去計算一個水的蒸發效果。
具體的腐蝕模擬可以看這篇論文：Fast Hydraulic and Thermal Erosion on the GPU
另外值得一提的是Houdini的Erosion是基於OpenCL的，所以應該也是可以用GPU加速的，但是嘗試修改env文件並沒有成功...如果可以用HDK實現那肯定能大大提高速度。
引擎測試
根據官網上給出的教程，這裡我自己實現了一下，發現很多坑....（吐槽一句Houdini Engine for Unity真的太難用了）
地形筆刷：
在一個subnet下建立兩個geo節點，一個作為繪製，一個作為導出。整個subnet會用HDA導出在引擎中使用
先用一個grid節點作為整塊地形圖，將size和rows作為參數
之後為我們的筆刷工具創建兩個屬性，density和scale，一個決定密度分布，一個決定繪製大小。並使用random節點對scale做一個小範圍的隨機（當然也可以直接用rand函數），筆刷則用edit節點實現
另一側，創建tube幾何體作為我們的山體，Height和Radius Scale是傳出的參數：
我們用copytopoint節點將這個tube替換掉上面scatter後的grid，製造出山體的layout分布：
最後將grid和這個merge一下即可輸出
然後是Exporter部分的做法，這邊直接用了一個Object Merge取得幾何體，然後用ROP節點輸出到文件夾下。注意路徑一定要用相對路徑
將整個subnet打包為HDA輸出，作為我們之後的地形筆刷工具
在Node屬性下激活Editable Nodes作為筆刷
參數選擇之前painting節點下grid的size和row、tube節點下的radius scale和height以及Export節點中ROP的save操作和輸出文件路徑
在Unity下使用我們剛剛輸出的HDA，點選options中的Enable Editable Node Tools
之後便可以使用筆刷工具在視窗里繪製了
筆刷這裡有我們之前創建好的兩個屬性，density和scale
（吐槽一句這個筆刷超級反人類的，而且不！支！持！撤！回！）
做好之後就可以點擊右下角的export保存出去了
轉換為地形：
上面繪製的只是一個大致的分布，這種效果肯定是無法放到遊戲里的，而且純粹的幾何體也無法使用Houdini的各種heightfield工具，因此我們新建一個subnet來轉換它為heightfiled文件，並對其初步處理
使用heightfield_project處理幾何體為heightfield
可以看到很多邊緣過渡部分都很不自然，具體的細節我們放到之後的Erosion部分做，先做些簡單的處理讓其更自然
blur的作用是減少地形銳利部分，distort對整體地表添加一個雜訊，而slump則使山脊過渡部分更自然
清除掉slump的mask即可輸出為HDA了
處理後的效果已經能看了，但是明顯少了很多細節，因此我們需要使用強大的erode節點
地形侵蝕：
Houdini的erosion演算法在上面講過，這裡直接講在Houdini中的做法
在SOP_HDA下複製我們之前創建的get_terrian_layout（獲取PDG output的那個）節點，按照如下圖連接heightfiled節點：
如果是初次接觸Houdini，可能對erode節點不熟悉，Houdini的侵蝕效果是根據下方的time line來推進模擬的，這裡我們拉動下方的動畫條來看看模擬之後的效果
為了方便之後在引擎中調整，使用Time-Shift節點來控制侵蝕效果。記得按住Ctrl+Shift左鍵點擊Frame屬性刪除關聯
使用maskclear清除掉mask，這裡為了顯得不那麼程序化，利用distort by noise做一些變形，最後還是用一個NULL節點標記輸出
之後老辦法Shift+C把剛才連的節點聚合起來，HDA輸出
回到我們之前創建的Level_creation_top中的topnet下，在創建好的的hdaproceesor節點下再創建一個hdaprocessor，並將我們上面創建的HDA傳入
然後就可以開始Dirty and Cook了嗎？不對，一定要勾選這個！（血的教訓QAQ，運行時發現一直無法創建geometry...）
最後整理下整個topnet節點輸出成HDA就可以開始在引擎中測試了，記得把所有hdaprocessor節點中HDA File路徑下的JOB更替成HEU_ENVPATH_JOB
按之前的辦法把TOP節點的HDA拖入場景。可以看到右邊屬性中有我們之前在Houdini中設置的layotu參數，把我們之前從Unity中導出的layout bego再傳入
創建PDG鏈接，按下Cook等待結果（erode節點因為eode time較大會佔用較多的時間）
輸出的結果就是Unity的terrian
材質渲染：
（這部分我踩了好多坑，有Substance Designer的，有Houdini Engine的，仍然沒得到滿意的效果...希望能有個大佬和我討論下）
我們在Houdini中給地形分層，做出不同的材質效果。同樣複製我們之前的get_terrian_layout節點，創建出不同的mask來分層：
這裡就不展開來講了，按照項目的需求調整maskbyfeature參數即可（那個VEX節點mask = 1選中全部創了一個base mask），而每個copylayer節點都標註了一個層級，最終的layer信息：
為了避免mask之間的遮擋，我們使用blast節點清除不必要的mask，除了height mask是必須要保留，其他都可以清除掉
之後我們使用attribute create節點設置材質傳入的參數，因為我們這裡創建了三個層級，節點我們也同樣使用三個
參數的命名和類型需要嚴格按照Houdini Heightfields to Unity Terrain中的標準
每個節點的Group屬性需要區分開，以對不同的層級著色，例如grass的節點需要這麼寫
之後我們便可以Shift+C一站式把剛才做的創建為HDA了
在Unity中更新我們的top hda，可以看到多了texturing屬性，Path就是我們貼圖的相對路徑
關於這個路徑...實在是挺坑的，我這裡解決方案就是把貼圖放在和Scenes同一級的Resources文件夾下，然後把這個文件夾下的參數作為相對路徑傳入，注意圖片文件的後綴名也要去掉。例如這樣：
我這裡直接從訂閱的Substance Source里下載了三張地形的basecolor貼圖來用，之後就可以在PDG Link中Cook結果了：
地形分塊：
為了減少我們每次渲染的區域，我們給地形分塊，同樣可以在PDG中做到
在SOP下建立Split節點，創建為HDA：
tilesplit節點的Tile count和number作為參數
在Top節點下新建hdaprocessor，把上面創建的HDA傳入
在split的HDA Parameter里修改Tile Number的reference：
同時Work Items的Iteration屬性也要改，來生成a x a大小的地形
Cook Node可以看到此時的task graph多了很多task
可以看到最終產生了16個（4 x 4）分塊
在Unity採取跟之前同樣的做法，最終得到的結果為：
總結
本次地形工具中的PDG中用了4個HDA Processor，一定程度上已經可以看出PDG流程相比傳統單獨HDA做法的方便之處
跟著官網的教程製作的同時發現了很多可以深入挖掘的點，例如Erode部分的演算法，Texture部分的mask布置，地形筆刷工具的改進等等，Houdini的Heightfield工具十分齊全，感覺一定程度上已經可以代替WorldMachine高度圖導出，再結合強大的PDG流程，可以快捷的控制各個部分的效果。
雖然Houdini很牛逼，但是還要吐槽一下Houdini Engine for Unity的反人類，簡陋的UI、無法撤回的筆刷、詭異的貼圖引用路徑、莫名其妙的HDA丟失......有需求的話，感覺還是自己寫一整套方法和引擎去交互吧。
推薦閱讀：
