На основе проведённого исследования разработки пайплайна стилизованной динамики волос в Houdini и Maya XGen можно сделать следующие выводы: Houdini демонстрирует значительные преимущества в области симуляции волос, обеспечивая более простой и интуитивный рабочий процесс, более низкие вычислительные требования, а также большую гибкость при работе с параметрами симуляции.
Сравнительный анализ пайплайнов
Исследование выявило существенные различия в архитектуре и подходах к созданию и симуляции стилизованных волос в двух инструментах. Maya XGen представляет собой мощную систему инстанцирования, разработанную Walt Disney Animation Studios и интегрированную в Maya 2016, которая позволяет распределять произвольную геометрию по поверхности с помощью карт, выражений и направляющих. Однако эта система требует от пользователя глубокого понимания сложных технических инструментов, включая скриптинг и работу с выражениями, что создаёт крутую кривую обучения.
Рендер симуляции волос в Xgen Maya - оказался не только затратным по времени и ресурсом способом. Засимуленные направляющие передали малое количество физики на волосы, что получилось менее реалистично, нежели в Houdini/
Процесс создания волос в XGen предполагает выбор между двумя основными подходами: использованием направляющих для управления инстанцированной геометрией или полностью процедурным рабочим процессом. Критически важным является решение об архитектуре пайплайна на ранних стадиях, поскольку изменение подхода на промежуточных этапах создаёт значительные сложности. Кроме того, традиционный интерфейс XGen требует постоянного переключения между режимом предпросмотра и режимом редактирования, что замедляет итеративный процесс разработки и затрудняет оценку визуальных результатов в реальном времени.
В контексте симуляции волос XGen предоставляет встроенные инструменты динамики, однако их применение требует тщательной настройки и часто вызывает нестабильность при работе с трансформациями персонажа. Процесс интеграции динамики волос с анимацией персонажа может привести к проблемам масштабирования и несогласованности движения геометрии волос относительно остального персонажа. Также постоянное назначение проекта на папки ухудшает производительность и требует постоянного контроля сохранений в нужные папки. Иначе ошибки ненайденных файлов и форматов не избежать — это приведет к потере времени и результата.
Преимущества Houdini при симуляции волос
Houdini принципиально отличается своим процедурным, основанным на узлах подходом к симуляции волос. Система Vellum, встроённая в Houdini, специально разработана для эффективной работы с волосами и предоставляет пользователю прямое и интуитивное управление параметрами симуляции без необходимости сложного программирования. Ключевым преимуществом является использование направляющих кривых (guide curves), которые позволяют художникам достичь прецизионного контроля над потоком и формой волос при симуляции множества прядей. Сложность создания волос в Houdini значительно снижается благодаря встроенным инструментам, таким как слоистое грумирование (layered grooming), которое позволяет строить причёску в несколько этапов, где каждый слой служит определённой целью.
Рендер симуляции волос в Houdini (vellum) - имеет преимущество в достаточно простом и быстром подключении необходимых нод солвера, с уже выставленными настройками под задачу. Кэш симуляции направляющих на 600 кадров считался 2 минуты, в отличие от 25 минут в Maya. Таким образом добавлять обновления и вносить правки становится гораздо проще и легче, и результата добиться быстрее.
Система Vellum в Houdini использует реализацию mass-spring solver, которая обеспечивает надёжную и стабильную симуляцию даже при низких частотах кадров, что делает её идеальной для создания реалистичной динамики волос в различных сценариях. Симуляция волос в Houdini проходит существенно быстрее по сравнению с XGen благодаря оптимизированной архитектуре системы. Как выявлено при исследовании, процесс симуляции в Houdini настолько эффективен, что не требует даже сохранения результатов на диск для обеспечения приемлемой производительности.
Параметры симуляции в Houdini, такие как bend stiffness (жёсткость изгиба), stretch stiffness (жёсткость растяжения), damping ratio (коэффициент затухания) и mass (масса), предоставляют пользователю максимальную гибкость при настройке поведения волос. Процедурная архитектура позволяет быстро вносить изменения без переопределения симуляции с нуля, что даёт художникам свободу экспериментировать и тонко настраивать свою работу. При возникновении необходимости изменить параметры симуляции в Houdini, пользователь может просто отредактировать значения узла и повторить просчёт, что занимает минимальное время.
Сложность и кривая обучения
Maya XGen исторически славилась сложностью использования, требуя от пользователей глубокого понимания технических аспектов с самого начала работы. Хотя Disney позже выпустила интерактивный инструмент grooming (Interactive Grooming Tools), который предоставляет более художественный подход с GPU-ускорением и живыми обновлениями в реальном времени, эта версия остаётся ограниченной в возможностях и требует тщательного планирования исходных параметров. Сложность возрастает при необходимости модификации базовых параметров на поздних стадиях разработки, так как XGen становится менее отзывчивым при добавлении дополнительных модификаторов и слоёв.
Houdini, напротив, предоставляет интуитивный и постепенный путь обучения благодаря своему узловому интерфейсу, где каждая операция визуально представлена и может быть легко модифицирована. Системы XGen существует также более простой вариант с интерактивными инструментами grooming, однако даже базовая версия Vellum в Houdini демонстрирует более низкий порог входа для новичков. Художники могут быстро визуализировать результаты своей работы и вносить итеративные изменения без постоянного переключения между режимами просмотра.
Производительность и оптимизация
Одним из критических факторов при выборе инструмента симуляции волос является производительность симуляции. Vellum в Houdini демонстрирует значительно более высокую производительность по сравнению с встроенными инструментами динамики XGen. Исследования показывают, что Houdini может эффективно симулировать миллионы прядей волос, используя сравнительно небольшое количество направляющих кривых (например, 200 направляющих для управления 1 миллионом прядей). В то время как Maya требует достаточно точно описания и искревления гайда, для генерации волоса в дальнейшем.
Слева количество направляющих с увеличенных количеством дубликатов в Houdini, справа направляющие из Maya
Интеграция в пайплайн и гибкость
Houdini, как процедуральный инструмент, обеспечивает превосходную интеграцию в современные пайплайны создания контента благодаря своей способности легко адаптироваться к изменениям в дизайне персонажа или сцены. При возникновении необходимости внести изменения в геометрию головы или форму причёски, художник может быстро переопределить параметры узла без необходимости начинать процесс грумирования и симуляции заново. Процедурная природа узловой системы Houdini означает, что все операции при надобности могут быть переигроны или модифицированы, обеспечивая максимальную гибкость при работе над проектом.
Maya XGen требует более тщательного планирования архитектуры пайплайна в начале работы, так как глобальные изменения могут привести к необходимости переопределения всей системы направляющих и параметров симуляции. Кроме того, интеграция XGen с динамикой персонажа может вызвать неожиданные проблемы при масштабировании или деформации персонажа, что требует дополнительной отладки.
Заключительные рекомендации
Проведённое исследование демонстрирует, что Houdini является более предпочтительным инструментом для разработки пайплайна стилизованной динамики волос по следующим ключевым параметрам:
1. Простота симуляции: Vellum обеспечивает прямолинейный и понятный процесс симуляции волос без необходимости сложного настройки или программирования.
2. Производительность: Симуляция в Houdini протекает значительно быстрее благодаря оптимизированной архитектуре системы, позволяя художникам быстро получать результаты и итеративно работать над проектом.
3. Гибкость параметров: Узловой интерфейс Houdini предоставляет прямой доступ ко всем параметрам симуляции, позволяя художникам экспериментировать и вносить изменения в любой момент без переопределения всей системы.
4. Кривая обучения: Процедурный подход в Houdini демонстрирует более низкий порог входа для новичков по сравнению с требованиями XGen, где необходимо глубокое понимание технических аспектов.
5. Производственная эффективность: Профессиональные студии предпочитают Houdini за его способность использовать встроенные инструменты практически без разработки пользовательских расширений, что сокращает время разработки и снижает стоимость проекта.
Несмотря на то, что Maya XGen остаётся мощным инструментом для создания волос и может использоваться в специализированных сценариях, Houdini предоставляет более эффективное, более простое и более гибкое решение для задач симуляции стилизованной динамики волос. Для художников и студий, стремящихся оптимизировать процесс создания волос и симуляции, переход на Houdini представляет собой рациональный выбор, который обеспечит лучшие результаты при минимизации временных и вычислительных затрат.
