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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

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)

OLM Digital R&D

December 15, 2020
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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.

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  2. 構成
    © OLM Digital, Inc. 2
    OLM Lit Sphere OLM Flow OLM Normals

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  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)

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  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)

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  5. Lit-Sphere extension for artistic rendering – 実装
    © OLM Digital, Inc. 5

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  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

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  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

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  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

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  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

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  10. パラメータ空間の移流
    © OLM Digital, Inc. 10




    フローマップ
    フローマップ = 速度場のテクスチャ

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  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)

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  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)

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  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)

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  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)

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  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)

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  16. Flow Single – 結果
    © OLM Digital, Inc. 16

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  17. Flow Single – 結果
    © OLM Digital, Inc. 17

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  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

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  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

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  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

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  21. Shift Layers – 結果
    © OLM Digital, Inc. 21
    速度


    スピードマップ

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  22. OLM Flow – 結果
    © OLM Digital, Inc. 22

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  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

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  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

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  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

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  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

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  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

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  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

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  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

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  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

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  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

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  32. ご清聴ありがとうございました
    © OLM Digital, Inc. 32

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