CG 日記

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MayaでBackburnerのジョブ作成

MayaでBackburner使ってレンダリング回すメモ。

 

追加オプション

コマンド ライン レンダラのフラグを入力できる。ただしバッチファイルと異なりディレクトリ指定に\を使用できないので / で記述する必要がある。melの制限なのかな?

-rd //RenderPC/Share/img

 

マネージャー名

マネージャーを起動してるPC名を入力する。入力必須です。

 

レンダラ パス

サーバーPCのMayaインストールディレクトリを入力する。マニュアルには「Maya は各レンダー ノードで同じ場所にインストールしなければなりません。」と書かれてるので、サーバーは「C:\Program Files\Autodesk\Maya2018」のように全て同じパスにインストールする必要がる。パスが混在すると以下のエラーが出てレンダリングが実行できない。

Cmdjob adapter: Create Cmdjob process error: 2

ネットワークスパスを設定してもレンダリングを実行することができたけど、プラグインやModuleで問題がでて上手くレンダリングが回らない場合があった。

 

シーンファイルはネットワーク共有など、全てのPCを再起動後からアクセス可能なディレクトリに置く必要がある。ファイルにアクセスできない場合は以下の

Error message: Cmdjob adapter: Process exit abnormally,Exit code is 211

Tips

modoのファー使用時のレンダリング設定

ファーを使用するときのレンダリング設定について書いてみたいと思います。
ファーマテリアルを使用するとノイズやチラツキが発生しやすくなります。メッシュが密集するのが原因ですが、以下の設定を変えることで改善します。

  • 「間接サンプル」「放射照度」「反射サンプル」などサンプル値を高くする
  • アンチエイリアシングを高くする

 

サンプル数

タイムラプスで使用した草を使って、どのサンプルがどの要素に影響しているか調べました。まずはmodoのデフォルト設定、「間接照明」の「跳ね返り」は 2 です。

デフォルト

アンチエイリアシング : 8サンプル/ピクセル
シェーディング率 : 0.5
間接サンプル : 64
放射照度 : 256


300%にズームした画像です。ファーの表面でノイズが多いのが確認できます。

 

シェーディング率

念のため「シェーディング率」を0に設定してレンダリングしてみた。

アンチエイリアシング : 8サンプル/ピクセル
シェーディング率 : 0.0
間接サンプル : 64
放射照度 : 256

シェーディング率の記事で書いた通り、「シェーディング率」を低く設定してもノイズへの影響は少ないです。

 

放射照度

GIノイズに影響する「放射照度」の値を上げてみます。

アンチエイリアシング : 8サンプル/ピクセル
シェーディング率 : 0.5
間接サンプル : 64
放射照度 : 512

 

「放射照度」は白い平面のノイズには影響がありましたが、ファーの表面のノイズに影響がないことがわかります。

 

 

間接サンプル

「間接サンプル」の値を上げてみます。

アンチエイリアシング : 8サンプル/ピクセル
シェーディング率 : 0.5
間接サンプル : 256
放射照度 : 256

ファーの表面のノイズが改善されました。ファーのノイズの原因は「放射照度」よりも「間接照明」の「間接サンプル」がより影響することがわかりました。

 

 

 アンチエイリアシング

ファーの形状は「円柱」と「ストリップ」が選択できます。草の場合は厚みのない「ストリップ」を使うんじゃないかと思います。

ですが「ストリップ」を使用するとカメラとポリゴンが垂直になるファーが、破線のようにとぎれてレンダリングされることがあります。板ポリゴンをカメラに垂直の位置でレンダリングすると、厚みがないのでレンダリングされないのと同じような問題です。ファーの場合は多少曲がった形状になることが多いので、アンチエイリアシングのサンプル数を上げることで改善します。

アンチエイリアシング : 8サンプル/ピクセル

 

アンチエイリアシング : 16サンプル/ピクセル

 

アンチエイリアシング : 32サンプル/ピクセル

アンチエイリアシングはファーが細い場合にも効果的です。厚みのないファーが V-Ray Fur で廃止されてるらしいのは、やはり途切れてレンダリングされてしまうからなのかな?

フレームパス

ファーを最も綺麗にレンダリングする最終手段として「フレームパス」があります。「フレームパス」は同じフレームを複数回レンダリングして合成することで、ファー、モーションブラー、被写界深度を柔らかくレンダリングする機能です。とても効果が高いですが、レンダリング時間が長くなります。

フレームパス : 2

ファーのランダムシードを変えてレンダリングして合成するような動作なので、ファーの量が多くなってる。

 

フレームパス : 4

 

ファーのレンダリングに何が影響しているのかがわかれば、効率的に設定を詰めることがでるようになると思います。
次回はファーのレンダリング設定をふまえてヘアーマテリアルをレンダリングしようと思いましたが、ガイドをダイナミックカーブで動かそうとすると、modo 10以降は計算が変な気がしますね。

Tips

modoのアンチエイリアシングとシェーディング率

odoのシェーディング率について書いてみたいと思います。ぼけてないシャープな反射、影、テクスチャを綺麗にレンダリングするには「シェーディング率」を0.1に設定してレンダリングした方がいいという話です。

一般的にレンダリングの綺麗さは以下のパラメータで決まります。ここでいう綺麗さはピクセルの品質のことです。GIの計算とかシェーディングアルゴリズムよりもCGの基礎の話です。

  • アンチエイリアシング
  • シェーディング率
  • サンプル数

 

アンチエイリアシングとは

アンチエイリアシングはレンダリング画像のジャギを滑らかにする処理です。アンチエイリアシングを使用するとチラツキがなくなり自然なアニメーションを作成することができます。
単純なアンチエイリアシング処理だとゲームで使われていたポストプロセス処理があります。周辺のピクセルの平均色を使用する方法でFXAAやTXAAというやつです。アンチエイリアシングの詳細はこちらの記事がわかりやすいです。

 

しかし3DCGは無限にズーム可能なので、ポストプロセスのようにピクセル単位で色を決めると情報が欠落してしまい正確なピクセル色になりません。アンチエイリアシングがポストプロセス処理のゲームを遊んだとき、オブジェクトの境界でチラツキ(クローリー)が発生するのを見かけたことがあると思います。

以下の画像はNvidia コントロールパネルを使用してmodoのビューポートにFXAAを適用したものです。

 

オブジェクトの境界を300%に拡大した画像です。FXAAはポストエフェクトなので静止してる場合はアンチエイリアシングが掛かって綺麗に見えますが、ビューが動くと階段状のチラツキ(クローリー)が発生しているのが確認できます。

 

ゲームは応答速度が重要なのでジャギやチラツキは許容されますが、映像目的のプリレンダリングではチラツキやノイズは好まれません。このため昔から3Dソフトのアンチエイリアシング処理は、1ピクセルを分割しサブピクセルをサンプリングしてピクセルの色を決定します。

例えば1ピクセルを4分割する場合、アンチエイリアシングがない状態で4倍の解像度でレンダリングするのと同じくらいの計算コストが掛かります。アンチエイリアシングのサンプル数を高くすることで、正確なピクセル色を得ることができますがレンダリング時間が長くなってしまいます。

 

全てのピクセルを分割するとレンダリング時間が長くなるので、レンダリング時間を短くする工夫として、3Dソフトのレンダラーはオブジェクトの境界を集中的にアンチエイリアシング処理するのが一般的です。

 

たとえば3dsMaxのスキャンラインレンダラーでレンダリングした画像です。Maxのスキャンラインレンダラーは2000年頃からほとんど変わってなくて、デフォルトでは鏡面部分のシェーディングでサブピクセルがほとんど考慮されない設定になってます。

 

同じ問題はmodoでも発生します。下の画像はmodoのデフォルト設定でレンダリングした画像です。球体の輪郭に比べて、シェーディング部分がジャギってるのがわかると思います。

 

ここまで前置きです。シェーディング部分のジャギを軽減するために使用するのが「シェーディング率」です。

 

シェーディング率

「シェーディング率」はシェーディング部分のサンプリングを増やすことでジャギを軽減します。反射、影、テクスチャのジャギが発生したら、シェーディング率を0.1や0のように小さな値を設定することで改善することができます。

シェーディング率はアンチエイリアシングと関係していて、シェーディング率 0.5は1ピクセルあたり4サンプル、0.25は16サンプリング、0.1は1ピクセルあたり100サンプリングのようにサンプルが増えるらしい。

 

下の画像は「シェーディング率」 の比較画像です。シェーディング部分のジャギが改善しているのを確認することができます。

 

リファインメントしきい値 と リファインメントシェーディング率

「シェーディング率」の下には「リファインメントシェーディング率」「リファインメントしきい値」というパラメータがあります。これはレンダリングを最適化するためのパラメータです。「リファインメントしきい値」で設定されたしきい値内のピクセルのみ「リファインメントシェーディング率」で設定された値でサンプリングします。

modoは「シェーディング率」と「リファインメントシェーディング率」で値が低い方の設定を採用するようです。デフォルトでは「シェーディング率」が0.5、「リファインメントシェーディング率」が1.0に設定されているため、「リファインメントシェーディング率」が使用されることはないようです。通常は「シェーディング率」だけ設定しておけば問題ないと思います。

「リファインメントしきい値」の動作が気になたのでアニメーションしてみました。
色の差が大きいピクセルから徐々に滑らかになるのが確認できます。有効に動作しそうなのは50%以下で、0%になると全てのピクセルがサンプリングされるためテクスチャがぼけたように見えます。

左はテクスチャのみ、右はテクスチャとバンプです。バンプを使用するとシェーディングでチラツキが発生しやすくなります。

 

UV確認用のテクスチャ、テクスチャの模様が滑らかに変化するのが確認できます。AEにいれてコマ送りでみると変化がよくわかると思います。

 

反射サンプル と シェーディング率

「ブラー反射」を使用した場合にノイズが軽減するかテストしてみました。シェーディング率を下げるとノイズが少しぼけますが、ノイズそのものへの影響が少ないことが確認できます。反射やGIのノイズを軽減したい場合は、サンプル数を増やした方がよいです。

反射サンプル:64、シェーディング率:0.5

 

反射サンプル:64、シェーディング率:0.1

 

反射サンプル:1024、シェーディング率:0.5

 

反射サンプル:1024、シェーディング率:0.1

 

「シェーディング率」はRender設定の他に、Shaderにもパラメータが存在します。

Renderのシェーディング率はシーン内の全てのマテリアルに影響しますが、Shaderは特定のマテリアルだけシェーディング率を上げることができます。
modoはRender設定とShaderのうち値が低い方のシェーディング率を採用するようです。またShaderはサンプリングのグループを結合する役目があるようです(後述)。アニメーションなどでレンダリング時間を最適化したい場合は、Shader単位で設定が変えられるのが便利ですね。

 

Shaded AA Samples Output

modoのレンダー出力には、アンチエイリアシングとシェーディング率のサンプリングを確認するための出力「Shaded AA Samples Output」があります。Shaded AA Samples Outputはピクセルのサンプリングの割合を視覚化した物で、1回のサンプリングで終了しているピクセルは青、設定の上限までサンプリングされたピクセルが赤で表示されます。適切なサンプリングが行われてるか確認するのに役立ちます。シェーディング率を0.1にすると全てのピクセルが赤になります。

以下の画像はシェーディング率0.5で、アンチエイリアシングの設定を上げた場合のShaded AA Samples Outputです。アンチエイリアシングを上げると青になるのはピクセルあたりのサンプリング数が増えるため、サンプリングの上限に達する前に計算が打ち切られてるってことかな?このことからアンチエイリアシングを上げた場合はシェーディング率を0.1で固定するよりは、シェーディング率を0.25とか適度に設定した方が効率的にレンダリングできるのかもしれない。

アンチエイリアシング : 8サンプル/ピクセル

アンチエイリアシング : 16サンプル/ピクセル

アンチエイリアシング : 32サンプル/ピクセル

アンチエイリアシング : 64サンプル/ピクセル

色がブロックのようにまとまってるのは、シェーディング部分の効率化による物です。サーフェース上のサンプリングが近い場合、グループとして結合することでシェディングの計算を効率化しているとのことです。

このサンプリングのグループ化は、Shaderのシェーディング率の値によって許容量が決定されるらしい。シェーディング率が1.0の場合、ピクセル内のすべてのサンプルが1つのグループとしてシェーディングけされる可能性がある。

 

 

modoのデフォルトのレンダリング設定は、速さを優先しているように思います。最終レンダリング時には「シェーディング率」は0.1のように低い値に設定するのがお勧めです。「シェーディング率」を下げてモアレやチラツキが酷いときに、はじめてアンチエイリアシングのサンプル数を上げるのがよいのではないでしょうか。

MentalRayやArnoldのようなプロダクション向けのレンダラーは、デフォルトでシェーディング部分をある程度サンプリングする設定になってます。そのため、はじめてレンダリングしたときはレンダリングの遅さが気になったりします。

ちなみにMaxでは「スーパーサンプリング」を使用するすことでシェーディング部分のジャギを消すことができます。

 

参考

https://community.foundry.com/discuss/post/339862
https://community.foundry.com/discuss/post/808199

Tips

modoのファーマテリアルとガイド

modoのファーガイドについて書いてみます。セグメント数の少ないガイドを使用する場合は「ポリライン」より「カーブ」を使用した方がいいんじゃないかという話しです。

 

ファーマテリアルとガイド

modoにはファーやヘアーを表現するためのFur Materialがあります。Fur Materialで髪の毛や長い草のような形状を指定する場合や、アニメーションしたい場合は「ガイド」を使用します。
ガイドとして使用できるのは「カーブ」と「ポリライン」の2種類です。現在はヘアーツールの「ガイドを生成」で生成されるのは「ポリライン」ですが、701以前のバージョンでは「カーブ」が生成されていました。ガイドを多く生成した場合に「カーブ」より「ポリライン」の方がパフォーマンスがよいとのことで仕様が変更されました。

 

ですがタイムラプス表現で使用したように「ダイナミックカーブ」で草を揺らす場合は、ガイドの「セグメント数」が多いと物理計算の負荷が上がります。アニメーションを前提とした場合も「セグメント数」が少ない方が制御しやすいと思います。
そこで少ないセグメント数のガイドを使用したとき、「カーブ」と「ポリライン」でどんな違いが出るかテストしてみました。

 

ガイドと最大セグメントの数

下の画像では緑の線が「ガイド」です。左から順に「セグメント数が20のポリライン」「セグメント数が5のポリライン」「セグメント数が5のカーブ」です。赤の線はファーのプレビューです。パースの関係でガイドの形状が違うように見えますが、全部同じ形状です。

 

ファーをガイドの形状にそわせるには「最大セグメント数」が関わってきます。「最大セグメント数」はファーの長さの分割数で、値が大きいほどなめらかに曲がったファーになります。

 

最大セグメント数:5

 

最大セグメント数:10

 

最大セグメント数:50

 

最大セグメント数:100

 

最大セグメント数:1000

 

レンダリング結果を見ると一目瞭然ですね。ガイドのセグメント数が5のように少ない場合は、ポリラインよりカーブを使用した方がなめらかに曲がります。ポリラインをガイドに使用する場合は、なめらかに曲がる程度のセグメント数が必要です。ファーのガイドをアニメーションさせたい場合は、カーブを使ったほうが良好な結果が得られそうです。またカーブを使用した方がガイドの先端までファーが伸びているのが確認できます。

「最大セグメント数」は値が小さすぎるとカクカクした形状になりガイドから離れてしまいます。値が1000のように大きい場合はガイドに近い曲がり方になりますが、ポリラインを使用した方はセグメント数が20程度だと、ガイドのカクカクした感じがレンダリングにあらわれてしまいます。

「最大セグメント数」の値が大きければよいかというとそうでもなく、「成長ジッター」に値が入っている場合はシェーディングがデコボコすることがります。以下の画像は「最大セグメント数」1000で「成長ジッター」25%(デフォルト)のレンダリング画像です。成長ジッターの影響でセグメントの長さが重なってるのか?バンプを設定したようになりました。髪のように綺麗なスペッキュラが欲しい場合には、このあたりの設定に注意が必要だと思います。

ファーの長さにもよりますが「最大セグメント数」は10~50くらいが実用的かもしれません。ちなみにカーブの作り方は、ポリラインでガイドを生成してから、エッジモードでポリラインを選択して「エッジからカーブ」を実行しました。

 

ガイドオプション

Fur Material でガイドを使用する場合はガイドオプションで「ガイド」の適用方法を指定します。ガイドをアニメーションしたときに、GLでの動きとレンダリングが違うのが気になったので検証してみました。

 

クランプ

クランプは「クランプ量」が設定されてるときファーがガイドに集まるようになります。

クランプはGLとレンダリング結果が変わります。画像の左がポリライン、右がカーブです。ガイドのセグメント数は3ポイントです。ポリラインはカーブに比べてファーの長さが短くなるようです。先端の集まり方も極端ですね。

 

方向

GLとレンダリング結果が一致してます。

 

方向 + 長さ

GLとレンダリング結果が一致してます。

 

シェイプ

GLとレンダリング結果が変わります。赤のガイドは意図した通りにアニメーションしていますが、緑のファーがカクカクしてます。マニュアルによると「シェイプ」は近くの3本のガイドを補間する処理で、ロングヘアーには向いていないとのことです。GLではガイドの補間が処理されないため、ファーの位置が飛んで見えるのかもしれません。

 

範囲

GLとレンダリング結果が変わります。下の画像ではファーが表示されてませんが、「範囲」はポリゴン数が少ないとファーが表示されないようです。ポリゴンを細分化すると表示されるようになります。
またGLとレンダリングでファーの長さが違います。マニュアルにはヘアーの長さはガイドの長さで決まる。ロングヘアーに向いてると書いてます。ガイドが密集してる場所はガイドの長さに近づき、ガイドの外側はファーが短くなる処理されるようです。その範囲の処理がGLに反映されないので、GLとレンダリングが違って見えます。また左のポリラインを使用したレンダリングは、ファーの長さがガイドより短いようです。ポリラインに「範囲」を使用すると、先端が考慮されないのかもしれません。

 

ファーのGL表示は極端な動きに見えることがわかりました。しかしレンダリングでは極端な動きが発生しないことが確認できました。プレビューなのでレンダリングと異なるのは理解していましたが、思ったより違う印象ですね。

ちなみに、ガイドのアニメーションはLinear FalloffのテクスチャロケータにRippleを設定しています。

 

 

次回はファーマテリアルを使用した時のレンダリング設定について書いてみたいと思います。

Tips

modoのセットアップ/静止値の使い方

リギングでの「セットアップ/静止値」の使い方について書いてみます。
modoのセットアップモードには、セットアップモード専用の値として「セットアップ/静止値」があります。スケルトンに位置コンストレインなどを提供してリグを構築する場合は、セットアップモードでチャンネルを右クリックして「セットアップ/静止値に適用」することで、セットアップモード内に値を設定することができます。

■ サンプルファイル

 

セットアップモードの記事で書いた通り、バインドしたスケルトンのトランスフォームには自動的に「セットアップ/静止値」が設定されます。

もし手動でリグを構築しているときに、シーンの編集がセットアップモードに影響をあたえてしまう場合は、「セットアップ/静止値」を明示的に適用してあげるといいと思います。

 

キャラクターリグ用のプラグイン、CharacterBoxではセットアップモードONとOFFでトランスフォームの値が変わります。このためトランスフォームチャンネルに直接チャンネルをリンクするとセットアップモード内の値を上書きしてします。

こういうリグには条件式の「A は B と等しい」を使用するとよいです。「値 A」のチャンネルに「セットアップ/静止値」として1を設定し、セットアップモード OFFのとき 0 に設定します。
以下の画像は足の角度でスカートを自動的にアニメーションさせるためのリグをテストしたものです。

■ サンプルファイル

 
尾リグはプライマリ トランスフォームの値を使用して遅延したアニメーションを実行します。プライマリ トランスフォームのチャンネルを直接書き換えるとセットアップモードの値に影響をあたえてしまうので、条件式を使用してセットアップモードを判断してます。
条件式の「A は B と等しい」を使用することで、セットアップモード ONのときは「出力 True 値」としてスケルトンの「セットアップ/静止値」が出力され、セットアップモード OFFのときは「出力 False 値」として Relationship の値を出力するようにしてます。

 

再利用可能なリグを作る場合はシーンでの編集がセットアップモードの位置に影響をあたえないように、トランスフォームに「セットアップ/静止値」を設定しておくといいような気がします。

CG 日記

VRoidStudio 使ってみた

VRアバター作成ソフト、VRoidStudioを使ってみました。
https://vroid.pixiv.net/

髪が一筆入魂な男らしい作りです。このソフトはUnityで作られてるというのが面白いです。まだベータ段階ということで一般的な3D/2Dソフトに比べると全体的に粗削りな状態ですが、今後改善されれば3D未経験者が手軽に3Dにふれるいい機会になるんじゃないでしょうか。

 

モデルとテクスチャはmodoに読み込むこともできました。VRoidがエクスポートするVRM形式はglTF v2.0互換フォーマットのようです。拡張子を.vrm から .glb に書き換えることで、.glb対応のソフトに読み込むことができます。
modo 11.2V3以降はglTF v2.0形式に対応してたと思ってましたが、出力に対応してるけど読み込みできないという中途半端な対応状態だったので、Windows10 にプリインストールされている 3DBuilder を使ってobj形式でエクスポートした物をmodoで読み込みました。

 

modoでの質感ですが、テクスチャは「ディフューズ色」として読み込まれますが、トゥーンぽくしたかったので「ルミナンス色」に変更して「ルミナンス量」を1.0にしています。
髪や眉毛のテクスチャは白黒マップとして出力されるので、シェーダーツリーでテクスチャを「乗算」にして色を乗せています。また読み込んだ直後だと髪や眉毛の板ポリ表示されてるので、テクスチャを複製して「反転」、アルファチャンネルを「アルファのみ使用」、レイヤーエフェクトを「ディゾルブ」にして透明部分を抜いてます。

3D初心者にとって作るのが難しい髪やキャラクターを手軽に作成できるので、3Dのとっかかりとして便利かも知れませんね。

Tips

modoで重心制御リグ

modoで重心を制御するリグの作り方について書いてみたいと思います。両足の位置から、自動的に腰の位置を移動してくれるリグです。

■ サンプルファイル

 

スケマティックはこんな感じで、処理自体は単純です。

両脚のIKゴールの「ワールド位置」を Matrix Blend にリンクします。Matrix Blend はその名の通りマトリクスをブレンドするノードです。「ブレンド」を50%にするとIKゴールの中間の位置を出力することができます。

Matrix Blend の「マトリクス出力」を Matrix Vector にリンクして、マトリクスを「移動」の XYZ軸に分解します。分解した「出力 X」と「出力 Z」はそのまま腰のスケルトンの「位置X」「位置Z」にリンクします。これでIKゴールを移動したときに、腰の位置は2つのIKゴールの中間に位置するようになります。

腰のプライマリのトランスフォーム「位置X」「位置 Z」に直接リンクすると、移動ツールで自由に腰の位置を調整できなくなりアニメーションの作成で不便です。そこで腰のスケルトンにトランスフォームアイテムを追加して、追加したトランスフォームを制御用に使用します。 画像だと「CenterControlTransform」が追加したトランスフォームアイテムです。

腰のY軸を制御するために Measure Distance を使用します。 Measure Distance はその名の通り距離測定ノードで、IKゴール間の距離を出力できます。IKゴール間の距離が離れた場合に腰の位置を下げたいので Measure Distance ノードを使用しました。
Measure Distance の「距離出力」と Matrix Vector の 「出力 Y」を Relationship を使用して値を調整します。2つの Relationship を足した値を腰の「位置 Y」にリンクします。

2点間であれば Matrix Blend は便利ですね。値を足したり割ったりしなくてよいのでスケマティックが単純です。

 

このリグで雑に歩行サイクルをつけてみました。IKゴールに1サイクルのキーを設定して、カーブの繰り返しで前進しています。画像のように腰の位置をつねに中間にすると機械的で不自然な動きになります。Matrix Blend のブレンド チャンネルを使用して腰の位置を細かに制御を加えてみると面白いかもしれません。あとは骨盤の回転やタイミングのズレを再現とかでしょうか。

最終的には手動で調節するとして、アニメーションの補助として組み込んでみると面白いかも知れません。

 

この重心制御は Project:Messiah のサンプルファイルに入っていたT-Rexが元ネタです。リギングという言葉が一般化する少し前の時代、自動制御されたキャラクターセットアップに衝撃を受けました。現在ではFullBodyIKのように自動制御で動くとポーズ設定しづらいのであまり好まれないのかも知れませんが、リグの研究としては面白いジャンルだと思います。

T-Rexでは腰の位置の制御の他に、ゴールの高さで足が自動で回転するエクスプレッションが書かれてました。懐かしい。

Tips

modoのテクスチャロケータのワールド座標系

レンダリングに関する設定で、テクスチャロケータの「ワールド座標系」について書いてみます。

modoには頂点にアイテムを複製するリプリケータという機能があります。アイテムを規則的に並べるのに便利ですが、たとえばノイズテクスチャを追加した場合に、全てのアイテムが同じパターンのノイズになってしまいCGっぽさが強調されてしまいます。

テクスチャロケータの「ワールド座標系」をONにするとアイテムのローカル位置でなくワールド位置を使用してノイズが設定されるようになり、アイテムごとに異なるノイズパターンがでるようになります。

ノイズテクスチャと Vertex Map Textureを組み合わせると、同じアイテムでも汚れやダメージの位置が異なる質感を手軽に作ることができて便利です。

 

ただし「ワールド座標系」ONでアニメーションを設定すると、ノイズがワールド座標に張り付いた状態になります。背景など動かないアイテムで使用するのがお勧めです。

 

「ワールド座標系」と同じ機能はLightWaveにもあって昔から便利に使ってました。実際に作れるかわかりませんが、ボリュームの設定にある「自動テクスチャオフセット」のように、パーティクル位置をテクスチャのオフセットに使用するリグが組めればアニメーションにも対応することができる気がします。

Tips

modoでタイムラプス表現

modoの「自然科学ベースの日光」「自然科学ベースの太陽」、いわゆるフィジカルスカイとフィジカルサンの時間をアニメーションさせて、タイムラプスっぽい表現の作り方について書いてみたいと思います。

 

時間経過のアニメーション

modoでは日の出から日の入りまでのアニメーションが簡単に作れます。空のような環境は、シェーダーツリーのEnvironment Material で環境タイプを「自然科学ベースの日光」を設定します。

ライトの設定の「自然科学ベースの太陽」をONにして、「時」チャンネルを設定すると時間に応じた照射をシミュレーションすることができます。このシーンでは 04:30~20:00 までアニメーションを設定しました。

 

雲のアニメーション

雲の表現にはボリュームを使用しています。Multi-Fractalレイヤーを追加して、レイヤーエフェクトを「ボリューメトリック密度」に設定します。雲の動きはMulti-Fractalのテクスチャロケータの位置をアニメーションさせています。ボリュームの位置は動かしていません。

雲の量を朝夕と日中で変化させるために「上部クリップ」にキーを設定しました。

ボリュームの形状は「立方体」、「半径」を300mに設定して、トランスフォームのスケール Yを10%にして平面的なボリュームにしています。位置は見た目で適当に配置してます。

ボリュームのシェーディングは時間に応じて「密度」「スキャッタリング」「アンビエント」「アンビエント色」をアニメーションしています。

「密度」は朝夕の時間が 10、日中は 7 に設定して雲の厚みを変化させています。同様に「スキャッタリング」も朝夕は 10%、日中は 200% に設定して雲を白くしています。

「アンビエント」「アンビエント色」はボリュームの色に、空の色を反映するために使用しています。modoのボリュームはGIが使用できないので、ボリュームをそのまま使用すると空から浮いて見えます。
「自然科学ベースの日光」で空のアニメーションを設定したら、「アンビエント色」に5~10フレーム間隔でキーを設定して、空の色をスポイトします。
「アンビエント」は朝夕 0 、日中は 1 に設定して「アンビエント色」の影響の強さを設定しています。

 

300mのように大きなサイズのボリュームを使用する場合は「サンプリングレート」の値に注意する必要があります。ボリュームの「半径」を大きくすると、テクスチャのバンディングのような縞模様が目立つようになります。下の画像は半径100mで サンプリングレート 1 の場合の画像です。

サンプリングレート 0.5 に下げると模様が目立たなくなります。ただしレンダリング時間も長くなるので、あまり小さな値は使用しない方がいいです。

 

草のアニメーション

草のアニメーションはダイナミックカーブとファーマテリアルを使用しています。

地面のモデルからヘアーツールの「ガイドを生成」を使用して、「セグメント数」3のガイドを作成します。

作成したガイドに「ダイナミックカーブ生成」でダイナミクスを適用して、「ジョイント角度制限」に小さな値を設定して動き過ぎないようにします。

草を動かすためにTurbulence Forceを追加してランダムにガイドが揺れるように設定します。

 

Fur Material を追加して、ガイドを「方向」に設定するとガイドに合わせてファーが動くようになります。ガイドは「シェイプ」「方向+長さ」「範囲」に設定してもアニメーションします。
本当は「シェイプ」を使用したかったのですが、GLではファーがアニメーションするのにレンダリングでは動かなかったり他のパラメータの影響があるようで、いまいちイメージ通りに動かなかったです。

 

草の質感

草の質感はこんな感じです。

 

Variation Textureでファー一本一本に色のランダムさを加えます。ファーが単色だと人工的に見えるので、ファーやヘアーを使用する場合はVariation Textureを使用すると自然に見えるようになります。

 

Gradient の入力パラメータを「ファーパラメトリック長」にして、草の根元から先端にかけて「サブサーフェース量」が変化するように設定しています。同様に「サブサーフェース色」も設定します。
サブサーフェースを使用することで、逆光のとき葉先の黄色が強くでるように設定してます。

 

チキンのアニメーション

チキンが組み上がるアニメーションは、プロシージャルモデリング機能を使用しています。

骨組みアニメーションのスケマティックです。

「Merge Meshes」したチキンのモデルを「Push」でマイナス方向に縮めます。「Edges to Curves」のカーブモードを「エッジ毎」にして、メッシュの形状のポリラインを生成します。「Delete_1」で全てのポリゴンを削除してポリラインだけにします。「Delete_2」ではリニアフォールオフを使用してポリラインを削除するアニメーションを設定しています。
最後にアイテムのカーブタブで「カーブのレンダリング」をONにすると、ポリラインをレンダリングすることができます。

 

チキンの面アニメーションのスケマティックです。

「Merge Meshes」したチキンのポリゴンを「Delete」で削除しています。ランダムに削除するためにSelectionに「Select Random」というアセンブリを使用します。Percentage Selected チャンネルにキーを設定すると、ランダムにポリゴンを削除するアニメーションを作ることができます。

 

カメラの位置やフレームごとに明るさにもランダムな変化をつけるか迷いましたが、とりあえず単純なタイムラプス表現でした。

 

Edges to Curvesを使うと、骨組みっぽくモデルを手軽に作ることができるので便利ですね。こういった時間経過のアニメーションは、ゲームエンジンの方が天候を変化させたり色々できて便利な気がしますが、レンダリング時間を気にしなければmodoでも手軽に作れます。

ファーでチラツキの少ないレンダリング設定についても書きたかったのですが、テキスト量が多くなりそうだったので記事を分けて書いてみたいと思います。

Tips

modoでパーティクルの位置をブレンドする方法

modoでパーティクルの位置をブレンドする方法について書いてみます。
901で追加された Particle Constraint と Matrix Blend ノードを使用すると、アイテムの形状にパーティクルが集まるような表現を手軽に作ることができます。

 

単純なパーティクル位置のブレンドの画像です。

Particle Operator に「ID」「位置」を追加。IDを Particle Constraint の Particle ID にリンクします。これでパーティクルのIDが近いもの通しをコンストレイントしたことになります。

Particle Constraint の「出力」を Matrix Blend ノードでブレンドします。 Matrix Blend はその名の通り入力されたマトリクスをブレンドするノードです。「ブレンド」が0%だと「マトリクスA」、100%だと「マトリクスB」のマトリクスを出力します。50%だとマトリクスABの中間地点を出力します。ブレンド チャンネルにキーを設定することで、パーティクルの位置をアニメーションしてます。
Matrix Blend はいろんなリグに使える便利なノードだと思います。

Matrix Blend の「マトリクス出力」を Matrix Vector でXYZの移動に分解して、Particle Operator の「位置」にリンクします。これでパーティクルの位置をブレンドすることができます。画像ではMatrix Blendを2個つかって3アイテムの頂点位置とブレンドしてますが、最初はMatrix Blendを1個で2アイテムから試すとわかりやすいと思います。

 

パーティクル位置のブレンドはポリゴンだけでなく、別のパーティクルシミュレーションとブレンドすることもできます。

スケマティックでParticle Simulation_2にCSV Point Cash ノード使用してますが、なくても大丈夫です。

 

単純なブレンドだと機械的に補完され過ぎて感じるかも知れません。このチュートリアルのように、ベクトル減算と Vector:Multiply By Scalar ノードでパーティクルの速度を変化させるとリニアなブレンド感が緩和されると思います。

Randomize ID は速度にランダムさを設定してます。

 

パーティクル位置をブレンドすると、ロゴに集まるパーティクルなんかを作ることができます。

パーティクルの波うつ軌道は Curve Force です。GLの画像で青色のパーティクルが変な動きしてるのは、 CSV Point Cache のオフセットを使ってタイミング調節してるためです。CSV Point Cache のオフセットにキーを設定するとステップ補間になってしまうので、演算ノードをリンクして、演算ノードのチャンネルにキーを設定してます。

ここで問題になったのが、12.1でCSV Point Cache を Particle Constraint にリンクしてシミュレーション実行するとmodoがフリーズします。いちどParticle Simulationを繋いで計算した直後に、CSV Point Cache を繋いでシミュレーション実行するとフリーズせずに動作するというハックに気がついたので何とかなりました。

何となく Particle Constraint はバグってる気がします。シミュレーションを繰り返すと計算速度が徐々に遅くなるような気がするのと、パーティクル数が少なくてもシミュレーションに時間がかかりすぎる印象があります。

Particle Constraint と同じようなことは、 Matrix Compose と ジオメトリ コンストレイントノードを使って再現することもできます。こちらのノード処理の方が Particle Constraint より速く動作するのでお勧めです ( CSV Point Cache とブレンドしたい場合は Particle Constraint を使う必要がある気がします)

 

参考

emFlock2 みたいなの簡単に作れるようにならないかなー。
http://www.mootzoid.com/plugin/emflock2#lightbox[demoAssets]/0/

Tips

modoとAEでアニメ風爆発の作り方

modoとAfter Effectsを使ってアニメ風の爆発の作り方について書いてみます。特に新しい内容ではありませんが、だれかの参考になれば嬉しいです。

最近のアニメでは3DCGが使われることが当たり前になってます。爆発のようなエフェクトも作画ではなく、CGが使用されてるのを多く見かけるようになっています。
CGで爆発を作る場合は大きく分けて2つの方法があります。1つめは球体にトゥーンシェーダを設定して、球体をアニメーションする方法です。2つめはFumeFXのようなフルードダイナミクスや、ボリュームレンダリングを使用する方法です。

今回はmodoのパーティクルとボリュームを使用して爆発の素材を作って、After Effectsでセルっぽい質感にしてみます。

 

ボリュームのレンダリング

modoでボリュームをレンダリングします。色はAfter Effectsで設定するので、無彩色のままレンダリングします。パーティクルやボリュームの設定を解説するのは大変なので、詳細はサンプルファイルをみてください。

■ サンプルファイル

以前の爆発と同じく、今回もゲームっぽく爆発して消えるまでのアニメーションにしてみました。

ボリュームの質感は、爆発の中心を明るくするためにグラディエントレイヤーを「ボリューメトリックルミナンス量」で重ねています。グラディエントの「入力パラメータ」は以下の通りです。

 

デフォルト

わかりやすいように「ボリューメトリックルミナンス量」を使用していない状態の画像です。Multi-Fractal で煙っぽいでこぼこを設定しています。

 

テクスチャ値

入力パラメータに「テクスチャ値」を設定した画像です。Multi-Fractal レイヤーでへこんでいる部分を明るくすることで、煙の中心が高温になってる感じをだすために使ってます。

 

ロケータまでの距離(オブジェクト空間)

入力パラメータに「ロケータまでの距離(オブジェクト空間)」を設定した画像です。個々のパーティクルからの距離でボリュームを明るくしています。「 ロケータまでの距離(オブジェクト空間)」を使う場合は、ボリュームの「自動テクスチャオフセット」や「テクスチャエフェクト」をONにしていると影響を受けてしまうので、使う場合はOFFにする必要があります。

 

ロケータまでの距離

入力パラメータに「ロケータまでの距離」を設定した画像です。爆発の中心からの距離でボリュームを明るくしています。パーティクルを発射直後のボリュームを明るくするために使ってます。

 

最終レンダリング

全てのレイヤーを適用した画像です。

 

After Effects で色付け

modoで無彩色でレンダリングしたボリュームにAEで色をつけます。エフェクトは下の画像の通りです。

トーンカーブでボリュームのコントラストを調節してから、CelMXのGradientMapで爆発の色を設定しています。AE標準のコロラマ エフェクトでも同じことができます。最後にチョークでボリュームの輪郭をシャープにしています。
CelMXはCelFX同様にアニメ撮影処理向けのエフェクト集ですが、MXには3DCGでも便利なエフェクトが入っているので使ってます。

 

このままだと煙がパッキリし過ぎてるので影をぼかします。

レイヤーを複製して、煙の影をBlurCelを追加してぼかします。レイヤーの不透明度を65%くらいにして重ねます。ぼかし方は色々あるので、好きな方法を使うといいと思います。

 

最後に調整レイヤー追加してGlowを適用します。このGlowはお気に入りなので多用しちゃう。

 

作った爆発を Trapcode Particular で適当に発生させるとこんな感じになります。追加で火花や破片、画面ブレをつければ、もっと派手でそれっぽい感じになるんじゃないかと思います。

アニメ撮影に関するメイキングはあまり見かけることがありませんが、最終的なアニメのルックを決める重要なポジションのように感じます。フルCGや実写もそうですがコンポジットって重要ですね。

 

参考

「宇宙戦艦ヤマト 2202 愛の戦士たち」

爆発をLightWaveのハイパーボクセルで作ってるようです。modoでも参考になると思います。
http://www.dstorm.co.jp/dsproducts/lw3d/interview/profile19.html

「劇場版 ソードアート・オンライン –オーディナル・スケール–」

作画の煙の撮影処理前と後の画像が見ることができます。撮影処理で作画の煙のボリューム感がでてます。TurbulenceFDはセルっぽく加工せずに、ボリュームのシェーディングそのまま使ってるようです。こういう合成方法もいいですよね。
https://www.maxonjapan.jp/archives/work/sword_art_online_os

『Fate/kaleid liner プリズマ☆イリヤ』シリーズが実践する、新世代のアニメ撮影ワークフロー

アニメ撮影に関する貴重な記事です。今ではキャラの目や髪にグラデがかかってる作品はあたりまえですね。
https://cgworld.jp/feature/201512-prisma-illya-cgw208t2.html

ufotableのvimeoアカウント

アニメ撮影でとても見応えのある画面をつくるアニメスタジオさん。いくつかメイキング映像が公開されています。
https://vimeo.com/ufotable

Tips

modoのフォールオフ アイテムのイージング

modo 12.0でフォールオフアイテムにイージング機能が追加されました。この機能追加によってカーブを使用した細かなフォールオフ制御ができるようになりました。

例えばリプリケータの「スケール」を制御して結晶化するような表現を作るとき、リニアに大きくなるだけではなく、大きくなったあと少し小さくなる。というようなニュアンスを加えることができます。

 

スケマティックはこんな感じです。

Surface Particle Generatorで球体にパーティクルを発生させます。Particle Modifierは「スケール」を0%に設定し、フォールオフアイテムをリンクしています。フォールオフ アイテムをアニメーションすると、リプリケータのスケールが変化します。

複数のフォールオフアイテムを使用している場合に注意が必要なのは、イージングのカーブが0~1の範囲を超えないように設定する必要があるかもしれません。
上の画像ではリニアフォールオフとテクスチャフォールオフを使用していますが、イージングのカーブが0以下に設定したとき、テクスチャフォールオフの領域に小さな円柱が発生しているのが確認できます。
テクスチャフォールオフの場合は、テクスチャの「上限値」を100以上の大きな値に設定すれば大丈夫なのですが、他のフォールオフ同士の組み合わせでどうなるかは調べてません。

modo11以前のバージョンでもFXアイテムの「パーティクルサイズ」を使用すると、同じようにリプリケータのスケールをアニメーションすることができました。下の画像はGradientのテクスチャロケータをアニメーションさせたものです。

FXアイテムはシェーダーツリーに統合されているので、レイヤーのブレンドやマスクなど制御しやすいのですが、フォールオフアイテムに比べると処理が遅いような気がします。

 

Particle Random Modifier を使うと位置や回転のランダムをフォールオフで制御できるようになります。ちょっとしたモーショングラフィックっぽいアニメーションが簡単に作ることができます。やはり同じような制御をFXアイテムでもできましたが、スケマティックで関係性が見やすいぶんフォールオフアイテムが使いやすい気がします。

 

ちなみに、この結晶化のアニメーションはレンダリングに5時間かかりました。初めのフレームは30秒くらいなのですが、最後のリプリケータのアニメーションが終わったあたりは1枚4分かかります。アイテムのランダムさはリプリケータの「ランダムスケール」を設定してます。

 

マテリアルのシェーディングモデルは「従来」を使用して、レンダリングの設定では「反射深度」2、「屈折深度」1と速度重視に設定してますが、反射と屈折が組み合わさるとレンダリング時間が長くなります。もっとリアルに磨かれていないような質感にしようとすると、反射と屈折にブラーを加えることになるので、もっとレンダリング時間がかかりそうです。

今回はレンダリング時間を短くする工夫として反射用のオブジェクトやライトの変わりに MatCap を使用してみました。輪郭が浮き上がっていい感じに反射してるように見えます。GLでは問題なかったのですが、レンダリングでは使用したマップの上下左右が少し切れてるのが原因で、チラツキが発生してしまいました。

さらにIridescence Material で表面を虹色っぽく設定してます。MatCapもそうですが、modoはマテリアルを加算でブレンドできるのが面白いですね。

屈折のレンダリングは時間がかかるので、MatCapと反射のみで屈折したような質感を再現できないかと実験してみました。これだけ見るとそういうものかと思うかもしれませんが、屈折したものと比較すると透明には見えないですね。やっぱりカメラが動くとわかちゃいます。この反射だけの質感だとレンダリング時間は35分でした。

modoではMatCapをミックスしたりマスクしたりできるので、他のソフトに比べて便利に使える気がします。そのうちトゥーンマテリアルを作ってみようかな。

Tips

modoのパーティクルの質量

パーティクルの質量について書いてみます。
パーティクルは点の情報で実体がありませんが、Particle Operator を使用して「質量」を設定すると、パーティクルがメッシュをはじくようになります。

画像はパーティクルとメッシュが衝突するように、あらかじめ設定したシーンを使用しています。Particle Operator の特性は、チャンネルに直接値を入力してもシミュレーションに反映されません。そこでユーザーチャンネルを作成して、その値を「質量」チャンネルにリンクしています。

下の画像はmodoのサンプルモデルを「シャッター & グルー」で粉砕したものです。

モデルは「複合リジッドボディ」を適用し、スリープのウェイクオンを「衝突フォース」に変更、「ウェイクオン値」を1に設定してパーティクルが当たったらリジッドボディが動き出すように設定しています。

ちなみに「ウェイクオン値」が0だと、連鎖的にリジッドボディ全体が動き出します。

 

Dynamic Replicator を使えば同じようなことができますが、パーティクルに質量設定した方がシミュレーションの計算量が少ないと思います。
modoのダイナミクス機能はオープンソースライブラリの Bullet Physics を使用していますが、リジッドボディとパーティクルが相互に影響し合うようなシミュレーションができるのが面白いですね。

 

参考

 

Tips

modoのタイムノード

modoのタイムモディファイヤについて書いてみたいと思います。タイムモディファイヤはその名の通り時間に関係したチャンネルモディファイヤです。

下の画像は砲台が出てくるアニメーションを設定した後に、Time Offsetを使用してアニメーションの再生速度を制御したものです。メカの変形アニメーションの速度をカットごとに変えたい場合に、リグとして組んでおくと便利に使える気がします。キーフレームは等間隔になるよう設定しておくと、タイミング調節がしやすくなると思います。

 

Time

現在の時間またはフレーム数を出力するシンプルなノードです。何に使うのかイメージしにくいかもしれませんが、毎フレーム値をカウントアップしたい場合や、条件式と組み合わせてタイマー的にパーティクルを制御したりに使用できます。

 

Time Cycler

アニメーションの繰り返し再生を制御するノードです。グラフエディタの「動作」にも同じような設定がありますが、Time Cycler の場合は「完了」の値で繰り返し回数を制御できます。
「オフセット反復」は「入力マトリクス」に対応していなようで、「入力値」から「出力値」を使用した場合に動作するようです。

 

Time Offset

アイテムのアニメーションをオフセットするノードです。残像のようにアイテムが追従するアニメーションを作成することができます。タイプを「定数」にすると、アニメーションの再生速度を制御できます。

単純にアイテムを追従する場合はmodo10.2から追加されてた Simulation Follower の方が加速度がついていい感じになると思うので、アニメーションの再生速度を制御する使い方の方が便利な気がします。
Time Offset で少し残念なのが、マトリクスチャンネルが複数のリンクに対応していないことです。modoのスケマティックは1ノードまでは循環参照を許可しているのですが、位置、回転、スケールのそれぞれをTime Offsetしたい場合は、各チャンネルの数だけTime Offsetノードが必要になります。

循環参照しなくてよい場合は、Matrix Composeを使用して位置、回転、スケールを1つのマトリクスにするといいです。Matrix Compose の「マトリクス入力」はリンク順で計算するの、スケール、回転、位置の順番でリンクする必要があります。

 

Time Warp

カーブを使用してアニメーションを制御するノードです。Time Offset と同じような機能ですが、再生を反転したりカーブで細かな制御ができます。

 

Time Offsetで砲台のアニメーションを制御するのは、Project:Messiahのサンプルファイルを思い出したので作ってみました。modo 12.1からは Driven Actions というアクションの再生速度を制御する機能が搭載されているので、今となってはノードを使う機会は少ないかも知れません。

Tips

modoで物理演算後にロゴが現れる

物理演算後にロゴが現れるような表現について書いてみます。

 

作り方は簡単で、物理計算後にUVを作成するだけです。

  1. 物理計算を設定したシーンを用意します。
  2. アニメーションが終了する決めのフレームでオブジェクトを選択して、UVマップを作成します。
  3. UVを展開します。UVツールの「ビューから投影」をアクティブにして、カメラビューをクリックします。
  4. テクスチャレイヤーでUVマップを設定します。
  5. UVビューを使用して、ロゴの大きさを調整します。

かなり単純ですね。物理演算の設定を変えるとオブジェクトの位置が変わってしまうので、プロシージャルモデリングの Create UV Map ノードを使ってみるのもいいかもしれません。
ロゴは少し崩れた方がいいかなと思って最後少しずれるタイミングにしてみましたが、レンダリングしたらピッタリ決まる感じの方がよかったかも。

物理演算関連の設定も書いておきます。

物理演算は「複合リジッドボディ」を使用しています。アイテムの形状は 球、カプセル、トーラスの3種類。中央の大きな球体は「キネマティックリジッドボディ」を設定しています。

Vortex Force の「強さ」に0~200~0%でキーを設定して、ぐるぐる回るようにしています。
Radial Force の「強さ」は Vortex Force とクロスフェードするように 0~200%でキーを設定して、球体に小さいアイテムが集まるようにしています。リレーションシップを使ってRadial Force の「強さ」が200%のとき、solver の「重力 Y」を 0 になるようにしています。
これだけだとアイテムが動き回るので「複合リジッドボディ」の「粘性」と「リニア減衰」にキーを設定して、アイテムの動きを遅くします。

 

「シャッター & グルー」を使って粉々になった破片でロゴができるとか、フォースかえたり色々面白い映像を作ることもできるんじゃないかと思います。