CG 日記

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

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。

modoのソフトボディを使用して、オブジェクトをバラバラに散らす方法について書いてみたいと思います。

作り方は簡単です。オブジェクトをShatterで分割して、フォースで散らすだけです。徐々に動き出すところはフォースのフォールオフを使用します。

1. ティーポットを作成。
2. 「シャッター ＆ グルー」を実行する。このとき「法線マップを生成」をONにする。
3. 不要な Constraint Modifier を削除。
4. 「シャッター ＆ グルー」が作成したグループロケータをダブルクリックして子のアイテムを全選択し、「メッシュの統合」を実行して1アイテムにする。
5. リストタブで shatterInterior マテリアルを選択して Delete する。
6. ティーポットに「ソフトボディ」を適用して、「ローカル密度」を 0.05 に設定します。
7. solver の「重力 Y」を 0 に設定します。
8. Turbulence Force を作成して「強さ」を 0.2%、トランスフォームのスケールを 40% に設定します。つぎにTurbulence Force の移動にキーを設定して、適当に移動しつづけるように設定します。
9. Wind Force を作成して「強さ」を 0.5% に設定して、45°回転します。
10. Turbulence Force と Wind Force に Linear Falloff を追加します。
11. Linear Falloff の「長さ」を適当に設定して、移動するアニメーションを設定します。シミュレーションを実行すると、フォールオフの範囲に入ったメッシュがフォースを受けて飛び散ります。

上の画面キャプチャでは忘れてましたが、ソフトボディを適用するメッシュは4角形以上のポリゴンを選択して「三角分割」か「四角形」にしたほうがよいです。多角形のポリゴンをソフトボディ計算するとエラーが発生して、頂点が極端に飛び出したりします。

あと上の画像はサブディビ切り忘れて隙間できてた。ソフトボディはメッシュが細かければ細かいほど布っぽい動きになるのですが、細かくするとトライアンドエラーに時間がかかるのが悩み所です。

modoのサンプルモデルを使うとこんな感じになります。

分割したメッシュだけだと少し寂しいので、メッシュが動き出すタイミングでパーティクルを発生させています。パーティクルの発生位置はFXアイテムに Gradient を追加して制御します。入力パラメータを「ロケータまでのY軸距離」、レイヤーエフェクトを「パーティクル密度」に設定しています。
パーティクルは RelationShip を使って回転と、小さくなって消えるようにスケールをアニメーションしています。

ベベルを使って面を切り離すと、昔のCGっぽくポリゴン単位でバラバラにすることも出来ます。切り離しただけだとスムージングがかからないので、Merge Meshes と Vertex Merge を使うとスムージングを掛けた感じにできます。ちょっと重くなりますけど。

モーショングラフィック作品でよく見かけるような表現がmodoでも手軽にできたりします。Constraint Modifierが同一メッシュ内のソフトボディで使用できるようになれば布が裂ける感じがだせそうなので、もっと進化して欲しいですね。

パーティクルの速度に応じて回転する方法について書いてみます。パーティクルオペレータの使い方の応用的な内容で、「速度」に応じて回転する風車のような表現ができるようになります。

Vortex Force を使用した単純な構成の画像です。移動速度に応じて回転数が上がります。
スケマティックはこんな感じ。

パーティクルオペレーターに「速度」と「回転」を追加します。「速度」を「回転」にリンクしたいところですが、「速度」と「回転」はチャンネルタイプが異なるので、Matrix From Euler を使用して「速度」をマトリクスチャンネルにしてから「回転」にリンクします。「速度」そのままだと回転の値が小さいので乗算ノードで30倍にします。

Wind ForceにLinear Falloffを設定して回転を制御してみた。

速度をそのまま回転に使用しているので、フォールオフの影響範囲に入った円柱の角度がジャンプしてしまいました。こういう使い方の場合は他の特性と組み合わせた方がいいかもしれません。

Wind Forceでは「強さ」を 1 、「速度」を 20 にしてパーティクルが移動しないように設定しています。Linear Falloffの影響範囲にあるぉパーティクルに速度が追加されることで回転させています。

サーフェースエミッターは1フレームで欲しいだけのパーティクルを発生できないので「放射レート」にキーを設定して、必要なパーティクル数になったら「放射レート」を0にしています。また「初期速度」「速度の広がり」を0にしてパーティクルが移動しないように設定しています。

矢印をパーティクルの進行方向を向け、速度に応じてスピンするような回転を設定してみた。

進行方向に回転する処理は、パーティクルオペレータの「前の位置」「位置」を Matrix Construct ノードを使用してベクトルチャンネルを位置のマトリクスに変換します。次ぎに Matrix Construct の出力を Direction Constraint の「起点」と「終点」にリンクします。これで「回転出力」を「回転」にリンクすればパーティクルの進行方向に合わせて Replicator が回転するのですが、今回は「速度」を回転に加えたいので、Direction Constraint の「回転出力」をMatrix To Euler の「ワールド回転」にリンクします。

パーティクルオペレータの「速度」を乗算ノードで適当に50倍にして、 Matrix To Euler の値と加算した値を Matrix From Euler でマトリクスに変換。Matrix From Euler の「ワールド回転」をパーティクルオペレータの「回転」にリンクすれば完成です。今回はZ軸方向に回転したかったので速度Zしか使用していませんが、XYZの3軸で好きに回転できると思います。

紙吹雪や花びらを回転する場合でも速度を使用すると移動量に合わせた回転になるので、「寿命」を使って回転するより少しリアルな感じが出せるようになる気がします。

modoの Particle Operator の基本的な使い方について書いてみます。
はじめてmodoのパーティクルを使ったとき、使い方がわからず他のソフトで簡単に設定できた表現ができないことにストレスを感じたのを思い出しました。今回はパーティクルでよく使う表現を組む方法をまとめてみました。

Particle Operator とは？

Particle Operator はパーティクルが持つ「特性」を制御するためのノードです。使用頻度の高いものだとパーティクルが発生してから徐々にアイテムを大きくしたり、回転したり、透明にしたりと、パーティクルでよく見るような制御ができます。
他の3Dソフトではエミッターにパーティクル制御の設定がまとまってたりしますが、modoはノードベースのパーティクルシステムなので制御用のノードが色々わかれています。

Particle Operator は様々な「特性」を追加することができます。特性は Replicator 、Blob、Volume 、Sprite、グラディエントなどの機能で使用することができます。特性が使用できるかは Replicator など受け取る側によって決まります。

デフォルト

Particle Operator を使用せず、単純にパーティクルを放射するとこんな感じになります。変化がわかりやすいように Replicator でティーポットを複製しています。

サイズ

パーティクルが発生してから、徐々にサイズを大きくする方法です。

単純な設定方法は Particle Operator の「寿命」を「サイズ」にリンクするだけです。「寿命」はパーティクルが発生してから値をカウントアップするチャンネルなので、徐々にサイズが大きくなります。

チャンネル リレーションシップを使うと、グラフを使用してサイズを制御することができて便利です。

 回転

パーティクルが発生してから、回転し続ける（スピンさせる）方法です。

単純な設定方法は Particle Operator で「寿命」を「回転」にリンクすればいいのですが、「回転」はチャンネルタイプが行列なので、そのままリンクすることができません。そこで Matrix From Euler ノードを使ってベクトルチャンネルを行列チャンネルに変換します。
「寿命」をそのまま Matrix From Euler にリンクすると、回転の値として小さすぎるので、適当に 360 という値を乗算しています。

ランダムに回転を変える方法です。

ランダムさを設定するのに Randomiz ID ノードを使用します。パーティクルを個別に制御する場合は Particle Operator の「ID」を使用し、追加した 「ID」を Randomiz ID にリンクします。
Randomiz ID はパーティクルの「最小値」「最大値」で値の出力範囲を設定できるのが便利です。

位置

パーティクルが発生してから、振幅し続ける方法です。

Channel Waveform ノードを使用してサイン波をパーティクルの「位置 X」にリンクします。

ディゾルブ

パーティクルが発生してから、徐々に消す方法です。ディゾルブはビューポートで確認できないので、レンダリングする必要があります。

単純な設定方法は Particle Operator で「寿命」を「ディゾルブ」にリンクするだけです。

ランダムな速度で消す方法です。 Randomiz ID を使用してパーティクルにランダムさを設定しています。

modoのパーティクルは少し難しい感じがしますが、かなり細かな表現ができます。今回は Particle Operator の単純な使い方について書いてみましたが、「特性」通しを組み合わせるだけでも面白い表現を作り出せると思います。速度で回転やサイズ、色を変化させたり、組み合わせや制御の自由度が高いくて凄いです。
スケマティックは面倒という人向けにエクスプレッションで制御するノードもあるので、色々試してみると面白いと思います。

補足ですがパーティクルオペレータのチャンネルに値を設定したい場合、パーティクルオペレータのチャンネルに直接値を入力しても無視されるので注意が必要です。ユーザーチャンネルなど他のチャンネルを経由して値を設定する必要がります。