OLM R&D祭 2020 11/25 OLMシェーダーできるかぎり紹介します / matsuri2020-Shaders

デザイナーからの要望、または技術的制限を解決するためにR&Dでは様々なプロダクションシェーダを開発しています。本発表では、その中からいくつかのシェーダについて紹介いたします。（甘口）

Transcript

1. OLMシェーダーできるかぎり紹介します R&D ソフトウェアエンジニア 古川浩也 1 © OLM Digital, Inc.
2. 構成 © OLM Digital, Inc. 2 OLM Lit Sphere OLM Flow OLM Normals
3. The Lit Sphere: A Model for Capturing NPR Shading from Art • マテリアルのプロパティを含むサンプ ルを用意 • サンプルをLit Sphereと呼ばれる仮想 の球体に投影 • 最終的なメッシュへの色付けを行うた めにLit Sphereの法線を用いる © OLM Digital, Inc. 3 Lit Sphere Final mesh Sloan, Peter-pike & Martin, William & Gooch, Amy & Gooch, Bruce. The Lit Sphere: A Model for Capturing NPR Shading from Art. In: Proceedings of Graphics Interface 2001, pp. 143-150 (2001)
4. Lit-Sphere extension for artistic rendering • ライト空間の法線を用いる • ライティングの形の変形 • その他の特徴 – リムライティング – シェーディングストローク © OLM Digital, Inc. 4 Hideki Todo, Ken Anjyo, Shun'ichi Yokoyama. Lit-Sphere extension for artistic rendering. The Visual Computer, Volume 29, Issue 6, pp. 473-480 (2013)
5. Lit-Sphere extension for artistic rendering – 実装 © OLM Digital, Inc. 5
6. OLM Lit Sphere – 実装 • オリジナルのLit Sphereを実装 • 追加された特徴 – コンポジット – 透明度 © OLM Digital, Inc. 6
7. OLM Lit Sphere – 結果 © OLM Digital, Inc. 7 車のボディ 金属 ガラス 方向指示器 タイヤ シート 運転席
8. OLM Flow – 背景と要望 • 背景 – プロダクションで必要 – 背景の流れの作成 • 川 • 滝 • 要望 – 最小限の入力 – コントロールしやすい – 高速 © OLM Digital, Inc. 8 Source: https://www.youtube.com/watch?v=z2ucI9IK8m8
9. OLM Flow – アプローチ • 流体シミュレーション – シミュレーションで見た目と動きをコントロール – シミュレーションが必要 – コントロールがしづらい • 流体シミュレーションへの見た目の転送 – テクスチャで見た目をコントロール – シミュレーションで動きをコントロール – シミュレーションが必要 • パラメータ空間の移流 – テクスチャで見た目、動きのコントロール – 高速 – コントロールしやすい © OLM Digital, Inc. 9 (Texture Synthesis) LazyFluids - Appearance Transfer for Fluid Animations – SIGGRAPH 2015 Lava Simulation Source: https://www.youtube.com/watch?v=Mx3tDZWcDSs
10. パラメータ空間の移流 © OLM Digital, Inc. 10 左 上 右 下 フローマップ フローマップ = 速度場のテクスチャ
11. OLM Curl Noise 2d © OLM Digital, Inc. 11 パラメータ カールノイズから作成されたフ ローマップ • 入力: 2次元 ノイズ (例 パーリンノイズ) • 出力: 発散の無い速度場 – ベクトル場の回転の計算 – 流入および流出がない – 物質の体積は常に一定 Robert Bridson, Jim Hourihan, Marcus Nordenstam. Curl-Noise for Procedural Fluid Flow. SIGGRAPH. (2007)
12. パラメータ空間の移流 © OLM Digital, Inc. 12 t0 t1 t2 t0 t2 前方移流 各フレーム毎にポイントを順方向に 移動させる 反復処理 後方移流 流れの反対方向のソースポイントを見つける 線形バックトレース Max, N., & Becker, B. Flow Visualization Using Moving Textures. UC Davis: Institute for Data Analysis and Visualization. (1996) Stam, Jos. Stable Fluids. ACM SIGGRAPH 99. (1999)
13. パラメータ空間の移流 © OLM Digital, Inc. 13 入力テクスチャ フローマップ 後方移流 ループ 複数のループのブレンド Max, N., & Becker, B. Flow Visualization Using Moving Textures. UC Davis: Institute for Data Analysis and Visualization. (1996) Stam, Jos. Stable Fluids. ACM SIGGRAPH 99. (1999)
14. パラメータ空間の移流 © OLM Digital, Inc. 14 異なる時間のオフセットを適用させた3つのループ ブレンド t0 t1 t2 Max, N., & Becker, B. Flow Visualization Using Moving Textures. UC Davis: Institute for Data Analysis and Visualization. (1996) Stam, Jos. Stable Fluids. ACM SIGGRAPH 99. (1999)
15. Flow Single – 実装 © OLM Digital, Inc. 15 • 入力(Input) – 色（テクスチャ） • フロー(Deformation) – フローマップ – 全体と変形用のスケール • ループ(Cycle) – 入力のテクスチャの分割数 – 時間の長さ – 時間のオフセット – ランダムな位置のオフセット (uv)
16. Flow Single – 結果 © OLM Digital, Inc. 16
17. Flow Single – 結果 © OLM Digital, Inc. 17
18. Shift Layers © OLM Digital, Inc. 18 • Flow Singleから分離 • テクスチャを崩すことなく移動 – 流れる溶岩の中に含まれる黒い部分 • Flow Single と同様に流れのコントロールを可能に
19. • 複数のレイヤーを前方移流を用いて移動 • レイヤーのプロパティ – 色 – 不透明度 • レイヤーの移動：テクスチャ座標のオフセット – 角度と速さ – オプションでフローマップに影響される • レイヤーのブレンド – 加算 – スピードマップ Shift Layers © OLM Digital, Inc. 19
20. Shift Layers – 結果 © OLM Digital, Inc. 20 入力のテクスチャ Flow Singleのみ Flow Single + Shift Layers
21. Shift Layers – 結果 © OLM Digital, Inc. 21 速度 速 遅 スピードマップ
22. OLM Flow – 結果 © OLM Digital, Inc. 22
23. OLM Normals 法線編集 Direction Brush Comb Brush カスタムの 法線ロック Arnoldシェー ダー Use Custom Normals © OLM Digital, Inc. 23 • 背景 – 法線の編集をしたい – 正しく法線のロックをしたい
24. Direction Brush – ブラシを使って法線を設定 © OLM Digital, Inc. 24 編集前 編集後 法線編集
25. Comb Brush – マウスの方向によって法線を編集 法線編集 © OLM Digital, Inc. 25
26. 問題 © OLM Digital, Inc. 26 サブディビジョン無 サブディビジョン有 オリジナル 回転後 望ましい結果 カスタムの法線ロック
27. 解決 カスタムの法線ロック © OLM Digital, Inc. 27 細分化されたメッシュの法線をベイク エクスポート .assファイル •カスタムMtoAシェイプトランスレーターを使用 カスタムArnoldシェーダーから法線を取 得し、補間する ArnoldのUser Dataとしてメッシュの法線を ベイク Arnoldによってメッシュが細分化され、User Data（ベイクされた法線）も補間される カスタムArnoldシェーダーから補間された 法線を取得 MtoA APIとの互換性 / バージョン問題 Vertex Face Normal はメッシュの頂点カ ラーとしてベイク (MtoA API の制限) Face Normal Vertex Normal Mayaの編集された Vertex Face Normal 平均 平均 大きなオブジェクトに 対しては重い
28. 結果 © OLM Digital, Inc. 28 Arnold サブディビジョン + カスタム法線ロック 法線が正しくロックされている Arnold サブディビジョン + Maya 法線ロック 法線が正しくロックされていない カスタムの法線ロック
29. • 質感の表現の幅を広げるシェーダー、ツール開発 • 3DCGソフトウェアの制限に対処する – 法線のロック機能の上書き – 新たな法線の編集方法の提供 • デザイナーからのフィードバックを大事に まとめ © OLM Digital, Inc. 29
30. 参考文献 • OLM Lit Sphere – Sloan, Peter-pike & Martin, William & Gooch, Amy & Gooch, Bruce. The Lit Sphere: A Model for Capturing NPR Shading from Art. In: Proceedings of Graphics Interface 2001, pp. 143-150 (2001) – Hideki Todo, Ken Anjyo, Shun'ichi Yokoyama. Lit-Sphere extension for artistic rendering. The Visual Computer, Volume 29, Issue 6, pp. 473-480 (2013) • OLM Flow – Max, N., & Becker, B. Flow Visualization Using Moving Textures. UC Davis: Institute for Data Analysis and Visualization. (1996) – Stam, Jos. Stable Fluids. ACM SIGGRAPH 99. (1999) – Neyret, Fabrice. Advected Textures. ACM-SIGGRAPH/EG Symposium on Computer Animation (SCA). (2003) – Robert Bridson, Jim Hourihan, Marcus Nordenstam. Curl-Noise for Procedural Fluid Flow. SIGGRAPH. (2007) © OLM Digital, Inc. 30
31. 謝辞 • Buddha Mesh: https://www.lugher3d.com/free-3d-models/happy-buddha-fbx • Cow Mesh: https://github.com/ics-creative/160914_aframe/tree/master/assets • Car Mesh: https://sketchfab.com/3d-models/ac-cobra-red-51249171d0ec4af38765a8eb118358b7 © OLM Digital, Inc. 31
32. ご清聴ありがとうございました © OLM Digital, Inc. 32