Когда только начался переход с DX9 на DX10 стало появляться много игр с круто смоделированной водой с правильными эффектами. Тогда разница была очень заметной, особенно если сравнивать игры прошлых поколений и тот же Crysis. Поэтому когда наткнулся на гайд, как сделать простую, но реалистичную симуляцию реки через плагин Houdini для UE4, то даже не стал задумываться и быстро перевел.

Пролог

• Скачайте ассеты Unreal и Houdini. Видео по установке — тут.
• Большую часть проекта я следовал туториалам Бена Шрайвера и Андреаса Глэда.
• Не бойтесь нод и скриптов. Это не так сложно, как может показаться.
• Для воды я использовал карту нормалей из Unreal Starter content.

Введение

Меня зовут Саймон. Я начал программировать на QBasic и Pascal еще в молодости (вот примеры), сразу осознал, что кодить сложно, и перешел в 3D-искусство. При этом я всегда сохранял интерес к технической стороне создания игр — вылилось в то, что я стал VFX-художником. Эта профессия хорошо сочетает в себе искусство и технологии.

Я работал 3D-художником над Sacred 2 и X:Rebirth, и VFX-художником над RiME, The Invisible Hours. Сейчас работаю над WiLD.



У меня также есть несколько личных проектов, связанных с разработкой игр: блог Game Art Trick, немецкий Game Dev Podcast и YouTube-каналы с туториалами по Unreal и Houdini.

Знакомство с Houdini

Я подружился с Houdini во время работы над The Invisible Hours. Тогда я сделал небольшой симулятор жидкости, который можно было приостановить, развернуть и воспроизвести задом наперед в реальном времени. Результат был таким:


Источник: Симуляция жидкости из The Invisible Hours

Я понятия не имел, как добавить жидкое моделирование в Unreal. К счастью, удивительная технология под названием Vertex-Count-Agnostic Morph Target-Based Fluid Animation была реализована в Houdini, и поэтому я смог добавить свою симуляцию жидкости в игру. Технология первоначально была разработана Норманом Шааром.


Источник: Vertex-Count-Agnostic Morph targets в UE4 Нормана Шаара

Если вы хотите узнать больше о реализации, то посмотрите этот раздел моего доклада Cool Stuff with Textures:

Эффект реки: начало проекта

Я хотел узнать, как сделать процедурно-генерируемую реку для Realtime VFX River Challenge, но понятия не имел, с чего начать. Случайно я наткнулся на шикарный туториал от Бена Шрайвера, где он рассказывает о реках в Horizon Zero Dawn. Меня зацепило и я решил попробовать!


Кстати, есть еще один очень крутой туториал по рекам Houdini от Андреаса Глада:


Эти видео очень помогли мне в начале и стали фундаментом.

Очень сложный способ построения ландшафтов

Рельеф был очень сложным. Проиллюстрирую процесс создания, чтобы все поняли:


Источник: Создание местности в Houdini

Шучу. Это слишком просто.

Эффект реки

Первые шаги на 100% скопированы из туториала Бена, и они крутые. Сначала вы создаете сплайн и даете ему «упасть» на местности. Это делается путем считывания высоты рельефа в точках сплайна, а затем перемещения точек на эту высоту:



Затем вы позволяете сплайн-точкам «скатиться» вниз по склону, чтобы лучше интегрировать реку в рельеф:



На самом деле, они не скатываются физическим способом. Вместо этого используется базовая нормаль поверхности и нормаль точки для вычисления локальной оси для каждой точки (которая перемещается от сплайна вниз по склону). Затем вы немного перемещаете точки вдоль расчетной оси (этот процесс очень хорошо показан в видео Бена).

Следующий шаг — убедиться, что река не течет вверх по течению из-за ландшафта (потому что есть небольшой холм, где река идет вдоль).



Небольшой скрипт на Python гарантирует, что точка сплайна в 3D-пространстве никогда не будет выше, чем предыдущая:



Еще один трюк, чтобы добавить естественности — это избегание непрерывных склонов. Вместо этого позвольте реке течь поэтапно (для лучшей визуализации я показываю геометрию реки здесь, но на самом деле мы все еще работаем только с одним сплайном).



Наконец, мы доходим до шага, где я вношу собственные идеи: добавляю цвета к сплайну, чтобы отметить, где уклон (зеленый), где он начинается (бирюзовый) и где заканчивается (красный). Это поможет мне позже смешивать различные текстуры воды и размещать системы частиц.



Давайте быстрее перейдем к созданию геометрии реки, так как все это прекрасно объяснено в видео Бена. Наиболее важным моментом является то, что только внешние края реки снова выравниваются с рельефом (как мы это делали со сплайном в первую очередь):

Деформирование ландшафта согласно потоку

Опять же, это 100% рабочий процесс Бена, начинающийся с перемещения рельефа ниже геометрии реки, чтобы они никоим образом не пересекались:



Затем для каждой точки местности вы проводите лучи вверх. Если они попадают в геометрию реки, то эти точки переместятся вверх в место попадания:



Каждая точка, которая никуда не попала, получит первоначальную высоту.



На этой гифке видно, что происходит при изменении сплайна:



Затем область высоты ландшафта преобразуется в полигоны и повторно перемешивается. Теперь она готова для использования в Unreal:



Теперь поговорим о UV-преобразовании, материалах, картах течений и многом другом.

Геометрия реки

Геометрия реки, которую вы видели раньше, была использована только для вырезания местности. Настоящая река немного тоньше, имеет UV и была разделена (обратите внимание, что мои цвета склонов все еще там):

Генерация UV

Поскольку сплайн всегда варьируется по длине, UV должен адаптироваться к этому. К счастью, это очень легко в Houdini. Сначала вы создаете UV в 0-1-UV-Space, а затем измеряете длину сплайна. Это значение можно использовать для масштабирования UV. Здесь вы видите, как я меняю сплайн, а в нижней части — как UV автоматически адаптируется. Поверьте мне, если вы однажды попробовали это, то больше никогда не захотите создавать UV вручную.

Русло

Еще одна деталь: я хотел сделать русло темнее и мокрым. Для этого я провожу вверх несколько лучей с каждого полигона ландшафта, и если попадаю в реку, то назначаю цвет всем точкам этого многоугольника. Созданная маска выглядит следующим образом:



А вот пример с использованием маски в материале для присвоения различных значений расплывчатости и шероховатости:

Карта течения

Создать карту течения реки с Houdini очень легко. Вы просто говорите специальному ноду «это моя геометрия реки, а это сплайн, который указывает направление реки» и бум, геометрия внезапно получает цвета вершин, представляющие поток реки:



Можно добавить еще один нод, который заставит карту потока реагировать на препятствия. Теперь вода потечет вокруг них:



И самое крутое: вы можете вызвать запекание карты потока в Unreal! Нет необходимости переключаться между Unreal и Houdini. Просто выставьте кнопку Render в Houdini в качестве параметра. Здесь вы видите, как я меняю препятствия, а затем визуализирую новую карту потока (учтите, что запекание занимает больше времени, чем на гифке):

Маска пены

Чтобы сделать пену на воде вокруг препятствий, я использую так называемый нод isoOffset. В основном он хранит расстояние до объекта в цвет вершины реки. Затем я добавил немного шума и маска готова:



Чтобы сделать маску пены менее статичной, я использую простой облачный шаблон Photoshop, который перемещаю вдоль реки и вычитаю его из оригинальной маски:



И поскольку мы говорим о пене: каскады тоже имеют простую текстуру пены, которая показана только на склоне реки. Структура пены прокручивается быстрее, чем речная вода:

Системы частиц

Я отметил, где находятся верхняя и нижняя части моего каскада, поэтому могу фильтровать эти элементы (линии использовались для создания геометрии реки), создать точку в их центре и скопировать в нее dummy-box. Позже заменим ее на систему частиц в Unreal:



Для частиц вокруг препятствий я использую нод под названием Intersection Analysis, чтобы получить пересечение препятствий и реки. Эти ребра пересечения имеют точки. К их случайному числу я снова копирую dummy-box (который позже обменивается с системой частиц в Unreal):



Так это выглядит, когда я заменю dummy-boxes в Unreal:

Экспорт проекта в Unreal

Так называемый движок Houdini представляет собой плагин для Unity, Unreal, 3ds Max, Maya и Cinema 4D и выполняет сети нод, которые вы создаете в Houdini непосредственно в указанных программах. Мне нужно сделать так, чтобы появилась местность и река для сохранения Houdini-файла как цифрового ассета. Его можно импортировать и использовать, как любой другой ресурс в Unreal:



Теперь я могу изменить параметры (которые я выставил в Houdini) или изменить сплайн, чтобы река текла другим путем:



Материалы по-прежнему создаются и назначаются в Unreal, но вы можете назначить их предварительно (ниже мой туториал об этом).

Должны ли мы одинаково изучать рабочие процессы Houdini?

В Houdini предстоит многому научиться. Кроме того, это новые инструменты разработки, поэтому в документации будут встречаться неточности.

Но это обычная ситуация для разработчиков игр. Мы постоянно работаем с передовыми технологиями, которые нужно сначала приручить. Самое главное: вы не одиноки. Thinking Procedural Discord полон крутых ребят, которые которые помогут и научат. В этих чатах вы даже можете найти разработчиков SideFX!

Ссылки

• Ассеты Unreal и Houdini. Видео по установке — тут.
• Чат Discord: Houdini Thinking Procedural
• Туториал Бена Шрайвера
• Туториал Андреаса Глэда
• River Challenge Thread
• Доклад о Liquid Implementation в The Invisible Hours
• YouTube-каналы с туториалами по Unreal и Houdini
• Vertex-count-agnostic Morph Targets Нормана Шаара