CGの基礎理論を学べる！「テクニカルアーティストスタートキット」本を詳しく紹介 / CGWCC2021-TA2021

[CG World クリエイティブカンファレンス2021] スライド
テクニカルアーティストを目指すクリエイターに不足がちだと思われる知識や、すぐに身に付く分野を厳選し解説した書籍「テクニカルアーティストスタートキット 改訂版」の著者が本書の読みどころをご紹介します。
この本は2012年に初版が出版されましたが、2021年の改訂版でいろいろと加筆しました。講演では、加筆部分を中心に本書のいくつかの章をピックアップして、わかりやすく説明いたします。
書籍紹介： https://www.borndigital.co.jp/book/23543.html

Transcript

1. CGの基礎理論を学べる！
   「テクニカルアーティストスタートキット」本を
   詳しく紹介
   四倉 達夫・Salvati Marc・曽良 洋介
   1
   

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2. はじめに
   • 著者紹介
   • アジェンダ
   – 初版から改訂版へ
   – あらためてテクニカルアーティストとは？ ＋ この本のねらいは？
   – 新しく加えた部分をMaya Bifrostを使って紹介します！
   © OLM Digital, Inc. 2
   

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3. 2011 → 2021
   • あれから10年経ちました
   

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4. 2011 → 2021
   • 10年でこんなに変わりました
   

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5. 2011 → 2021
   • CGもこんなにいろいろ変わりました
   • 2011年アカデミー視覚効果賞「ヒューゴの不思議な発明」
   

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6. 2011 → 2021
   • だから本も変えました
   

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7. なにが書いてあるの？
   

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8. こんなことを書きました
   1. カメラと座標系
   2. プロシージャ
   3. カラーモデル
   4. ライティング、シェーディングとシャドウ
   5. テクスチャ
   6. パーティクル
   7. NURBSとサブディビジョン
   8. イメージ/ムービーフォーマット
   

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9. で、読むとなんの役に立つの？
   

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10. こんなことに役立つはずです
    • シェーディングパラメータの設定がわかる！
    • エフェクトがわかる！
    • あ、その設定じゃ色が狂いますよ？
    • 新しいソフトも怖くない！
    • 写真撮るの楽しくなる！
    • CGだけじゃない！
    

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11. そう言えばテクニカルアーティストってなんすか？
    

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12. こんな感じのポジションです
    • 狙った画作り
    • カッコいいエフェクト
    • 無駄のないノード構成
    • サクサク動くリグ
    • 効率的なパイプライン
    • 量産体制の構築
    • これらを実現させることができます
    

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13. いろいろなTAのカタチ
    • エフェクトに強いTA
    • 万能型TA
    • パイプラインの魔術師TA
    • サーバー管理もできちゃうTA
    

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14. たとえば…
    • https://iquilezles.org
    • http://saihtam.com
    • https://www.youtube.com/watch?v=YJ42ruf2WQE
    • https://www.youtube.com/watch?v=l-wUKu_V2Lk
    

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15. あ、そういうの目指してないんで
    

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16. そんなこと言わずにw
    • TAじゃなくても各ポジションで役立ちます！
    • みんな喜ぶカラーモデル！
    • モデラーにはNURBSとサブディビジョン！
    • ライティング！
    • プロシージャ！
    • テクスチャ！
    • TA/エンジニアとの共通言語！
    

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17. 難しいのは嫌いです
    

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18. そんなこと言わずにw
    • 確かに難しいかも知れません…
    • 演習もあるので体感しながら学べます
    • 少しずつ、ご自身の作業で
    • 完全に理解しなくてもOK
    

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19. 読み終わった！TAだ！
    

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20. …かも知れません
    • 可能性はないこともないけど…
    • すぐに強い敵があらわれます
    • すぐに技が破られます
    • でも土台があれば怖くない！
    

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21. TAに向けたよいスタートを！
    

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22. 続いて追加パートの解説
    • ページ数が大きく増えたあの章！
    

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23. テクニカルアーティストスタートキット
    Bifrost編
    Salvati Marc
    © OLM Digital, Inc. 23
    

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24. 今日の内容
    • 本の内容の一部の紹介
    – 第２章 プロシジャー
    – 第６章 パーティクル
    • Bifrostで具体的な例
    – 数式の実装
    – Compound
    – Instance
    – Autoloop
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25. 概要
    • Bifrostについて
    • TA本の例の紹介
    – バウンドするボール
    • 数学、物理
    ‐ 本に参考してください
    • スクリプト
    ‐ 勉強してください
    • パイプラインの重要性
    • Autoloop, Instance
    – らせん
    • 数学
    ‐ 本に参考してください
    • Compound、Autoloop、Instance
    • まとめ
    © OLM Digital, Inc. 25
    

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26. Bifrostとは
    • Bifrostの歴史
    – 2009年、 Exotic Matter がNaiadを発表
    • Avatarなどに使用
    – 2011年Autodeskが買収
    – 2015年BOSS
    • Bifrost Ocean Simulation System
    – 2019年Bifrost Graph
    • Bifrostの特徴
    – 流体シミュレーション
    – パーティクル、メッシュ・・・
    – ノードベース
    – JIT
    • Fabricを覚えている人？
    © OLM Digital, Inc. 26
    

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27. なぜBifrost？
    • JIT⇒早い
    • ArnoldとMayaとの相性
    – データのやり取り
    – レンダリングアトリビュート
    – GPUプレビュー
    • ノードエディターのUIが優秀
    – ノードアトリビュートを最小限・追加とリネームしやすい
    – タイプの自動変換、Autoloop
    – Compound、Backdropで整理
    • OpenVDB 、Alembic, PDC, Field3D, のサポート
    – そろそろUSDも（Bifrost v2.3.2.0 beta 以降）
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28. なぜBifrost？
    • インスタンスが強い
    • ノードが多い
    – 数式の実装 (add, multiply, sin, cos…)
    – メッシュ (sample_mesh_Uvs, get_closets_point…)
    – ボリューム (mesh_to_level_set, openvdb…)
    – シミュレーション (simulate_mpm, simulate_aero…)
    • Compoundライブラリー
    – 再利用しやすい
    – 勉強しやすい
    – Rebel Pack https://area.autodesk.com/downloads/rebel-pack-041/
    – MJCG https://mjcg.gumroad.com/l/mjcg_compounds_2_0_0
    – Autodesk Area https://area.autodesk.com/downloads/
    © OLM Digital, Inc. 28
    

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29. プロシジャー、シミュレーション、キャッシュ
    • プロシジャー
    – 状態を持たない
    – 入力から出力
    – 時間も入力
    • 前のフレームの計算しなくても計算ができる
    ⇒ タイムスライダーを動かしてプレビュー
    • シミュレーション
    – 状態を持つ
    – 入力が パラメーター + 前のフレーム
    ⇒最小から再生しないとプレビューができない
    © OLM Digital, Inc. 29
    • キャッシュ
    – 状態を持つ
    • メモリ
    • ファイル
    – 計算をデータで避ける
    ⇒タイムスライダーを動かしてプレビュー
    ⇒パラメーターを変えるとキャッシュを吐き出す必
    要
    

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30. バウンドするボール
    • 本の練習問題
    – 手づけアニメーション
    – バウンドボールのASS連番を配布
    – Autoloop、インスタンス
    • 今日は動きをプロシジャーで
    – ある程度物理的
    • 群衆シーンなどに応用可能
    – プロシジャーでバリエーション
    – バリエーションのASS出力
    – Bifrostで配置と再生
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31. 動きの構成
    • 50フレームのアニメーション
    • 圧迫されている球体が通常に戻って初期速度（6フレーム）
    • 自由落下（38フレーム）
    – 初期速度によって床から離れる（19フレーム）
    – 重力によって床に落ちる（19フレーム）
    • バウンド（6フレーム）
    © OLM Digital, Inc. 31
    

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32. 自由落下の実装
    • 数式（本参照)
    – Ԧ
    𝐹 = 𝑚 Ԧ
    𝑎 = 𝑚 Ԧ
    𝑔、 Ԧ
    𝑎 = 𝑔
    𝑚
    – 𝑃 = 𝑃0
    + 𝑣0
    𝑡 + 1
    2
    Ԧ
    𝑔𝑡2
    • Ԧ
    𝑔 = (0, −9.8,0)
    • 𝑣0
    = 0, 9.8, 0
    – Ԧ
    𝑣 = 𝑣0
    𝑡,
    – t = 1 → Ԧ
    𝑣 = 0, 0, 0
    © OLM Digital, Inc. 32
    pSphere1.translateY = pSphere1.initVelocityY * $t -9.8*0.5* $t*$t;
    float $velocityY = pSphere1.initVelocityY -9.8* $t;
    

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33. 時間
    • Mayaフレームから
    – 圧迫時間
    – シミュレーション時間
    © OLM Digital, Inc. 33
    frame 1 … 6 … 25 … 45 … 50
    t <0 … 0 … 1 … 2 … >2
    float $animationTime =50;
    float $bounceTime =6;
    float $updownTime = ($animationTime - 2*$bounceTime)/2;
    float $t = (frame-1-$bounceTime)/$updownTime;
    

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34. バウンドの実装
    • 球体のスケールのプロシジャーアニメーション
    – スケールが変わる球体が楕円体
    – https://ja.wikipedia.org/wiki/楕円体
    • 数式
    – 𝑉 = 4
    3
    𝜋𝑎𝑏𝑐 = 4
    3
    𝜋𝑟𝑆𝑥
    𝑟𝑆𝑦
    𝑟𝑆𝑧
    = 4
    3
    𝜋𝑟3𝑆𝑥
    𝑆𝑦
    𝑆𝑧
    = 4
    3
    𝜋𝑟3𝑆𝑝
    2𝑠𝑦
    – 𝑉
    𝑠
    = 4
    3
    𝜋𝑟3
    – 𝑉 = 𝑉
    𝑠
    – 4
    3
    𝜋𝑟3 = 4
    3
    𝜋𝑟3𝑆𝑝
    2𝑠𝑦
    – 𝑆𝑝
    = 1
    𝑆𝑦
    © OLM Digital, Inc. 34
    float $volumeSphere = 4.0/3.0*3.14159;
    float $scaleXZ = sqrt(1.0/pSphere1.scaleY);
    pSphere1.scaleX = $scaleXZ;
    pSphere1.scaleZ = $scaleXZ;
    

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35. デモ
    © OLM Digital, Inc. 35
    float $animationTime =50;
    float $bounceTime =6;
    float $updownTime = ($animationTime - 2*$bounceTime)/2;
    float $t = (frame-1-$bounceTime)/$updownTime;
    if ($t<0){
    pSphere1.translateY=0;
    pSphere1.scaleY = 1 - 0.5*($bounceTime- frame)/($bounceTime-1);
    }else{
    if ($t>=0 && $t<=2){
    pSphere1.translateY = pSphere1.initVelocityY * $t -9.8*0.5* $t*$t;
    float $velocityY = pSphere1.initVelocityY -9.8* $t;
    pSphere1.velocity = $velocityY;
    pSphere1.simulationTime =$t;
    float $magV = abs($velocityY);
    pSphere1.scaleY = 2 - $magV/pSphere1.initVelocityY;
    }else{
    pSphere1.translateY=0;
    pSphere1.scaleY = 1 - 0.5*(frame- ($animationTime - $bounceTime +1))/($bounceTime-1);
    }
    }
    float $volumeSphere = 4.0/3.0*3.14159;
    float $scaleXZ = sqrt(1.0/pSphere1.scaleY);
    pSphere1.scaleX = $scaleXZ;
    pSphere1.scaleZ = $scaleXZ;
    

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36. インスタンス化の二択
    • ASS出力
    – プレビュー・レンダリングが早い
    • オブジェクト出力
    – 1フレームが1つのインスタンス
    – BifrostでGPUプレビューができるように
    – ルックデブ
    • 決まり次第でASS切り替え
    – スクリプトで
    • 各フレームのオブジェクトのコピー
    • オブジェクトのリストをBifrostへのインポート
    © OLM Digital, Inc. 36
    

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37. MayaとBifrostのAPIのスクリプトインスタンス化
    • https://help.autodesk.com/cloudhelp/ENU/Bifrost-Tech-
    Docs/CommandsPython/index.html
    – ノード・アトリビュートの追加
    – 接続
    © OLM Digital, Inc. 37
    def addObjectsAsInputToBifrostGraph(objs):
    cmds.vnnCompound(“|bifrostGraph1|bifrostGraphShape1”, “/”, addNode=“BifrostGraph,Core::Array,build_array”)
    objsL = cmds.ls(objs, long=True)
    for o in objsL:
    longN = cmds.listRelatives(o, shapes=True, fullPath=True)[0]
    shortN = cmds.ls(longN, shortNames=True)[0]
    print(shortN)
    cmds.vnnCompound( “|bifrostGraph1|bifrostGraphShape1”, “/”, addIONode=True)
    cmds.vnnCompound(“|bifrostGraph1|bifrostGraphShape1”, “/”, renameNode=[“input1”, shortN]);
    cmds.vnnNode(“|bifrostGraph1|bifrostGraphShape1", "/"+shortN, createOutputPort=[shortN, "Amino::Object"],
    portOptions="pathinfo={path="+longN+";setOperation=+;active=true}")
    cmds.vnnNode("|bifrostGraph1|bifrostGraphShape1", "/build_array", createInputPort=[shortN, "Amino::Object"])
    cmds.vnnConnect("|bifrostGraph1|bifrostGraphShape1", "/"+shortN+"."+shortN, "/build_array."+ shortN)
    import maya.cmds as cmds
    def frameByFrame(obj, start, end):
    for frame in range(start,end+1):
    cmds.currentTime(frame)
    cmds.duplicate(obj)
    frameByFrame("pSphere1", 1,50)
    アニメーションの出力
    Bifrostへインポート
    

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38. デモ
    © OLM Digital, Inc. 38
    

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39. らせんの運動
    • 本の練習問題
    – 数式の活用
    – Compoundの使用
    • FXに活用
    – プロシジャーでアニメーション
    – GPUプレビュー
    © OLM Digital, Inc. 39
    

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40. 動きの構成
    © OLM Digital, Inc. 40
    円の動き らせんの動き 追跡 多重化、形の制御
    

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41. R*cos(a)
    円の上の動き
    • R=円の半径
    • t=時間
    • s=速度
    • P
    – xp=R*cos(s*t)
    – yp=R*sin(s*t)
    © OLM Digital, Inc. 41
    O x
    y
    P(xp, yp)
    R*sin(a)
    a
    

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42. Mayaでの円の動き
    • R=円の半径
    • t=時間
    • s=速度
    • Mayaの軸
    – Y軸に上がっていく
    – XとZ軸で円の動き
    • P
    – zp=R*cos(s*t)
    – xp=R*sin(s*t)
    – y=s*t
    © OLM Digital, Inc. 42
    X
    Z
    Y
    原点
    

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43. デモ：らせんの動き
    • Compoundの活用
    © OLM Digital, Inc. 43
    

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44. デモ：らせんの追跡
    • Instanceの活用
    • Autoloopの活用
    © OLM Digital, Inc. 44
    

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45. 多重化
    • Spiral number：らせんの数
    • Spiral height：らせんの球の数
    • １つの配列ですべてのパーティクルを管理
    – Particle ID：0からSpiral number* Spiral height
    – 整除法でSpiral/Phase ID（商）とAge（剰余、modulo）
    © OLM Digital, Inc. 45
    Particle ID 0,1,2..
    spiral height -1
    spiral height…
    2*spiral height-1
    … …spiral height*spiral
    number-1
    Spiral/
    Phase index
    0 1 … Spiral number -1 Particle ID/spiral height
    Age 0,1,2..
    spiral height -1
    0,1,2..
    spiral height -1
    … 0,1,2..
    spiral height -1
    Particle ID％Spiral Height
    

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46. デモ：多重化、形の制御
    • カーブで形の制御
    • ランダム性
    © OLM Digital, Inc. 46
    

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47. さらに
    • カーブでレンダリング
    • シミュレーション投げる
    – AgeをPropertyに追加
    – Ageを条件にインスタンスまたはParticleへ
    – 速度の計算があるとより厳密に
    • BifrostでSet Dressing
    – MashからBifrostへ
    – Particle Instancerの代わりに
    © OLM Digital, Inc. 47
    

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48. プロシジャーの先に
    • プロシジャーで数学と物理学の活用が大事
    – 早い
    – いろんな問題の答え、数式など存在している
    • SIGGRAPHのプロダクショントークでは
    – Disney/Pixarなど
    – プロシジャーを使う
    • ベースをキャッシュしてから手動の微調整も結構ある
    – 新しいアイデア
    • Generative Coding, generative art
    – https://twitter.com/MacTuitui
    – https://twitter.com/iquilezles
    • MayaのBifrostではやっとそういうのできるようになりました！
    © OLM Digital, Inc. 48
    

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49. まとめ
    • 10年経つといろいろなことが変わります、、が
    • 変わらない部分もあります、それは基礎知識（数学・物理）です。
    ここから宣伝…
    TA本カンファレンス中 20% Off！！
    © OLM Digital, Inc. 49
    

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50. ご清聴ありがとうございました！
    50
    © OLM Digital, Inc.
    

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