動作環境

本記事の動作環境は以下の通りです。

項目	環境
OS	Windows 10
Blender	2.82

#アウトプットイメージ

以下のような雨を表現する。

参考：https://www.youtube.com/watch?v=35bbyAJodEQ&feature=youtu.be

#キーテクニック

PBRテクスチャ：Physical Based Renderingの略でリアルな質感を表現するための技術。
ダイナミックペイント → Image Sequence
パーティクル（ヘアー） → テクスチャ（Image Sequence）

ワークフロー

以下のアドオンを有効にする
- Images as Planes
- Node Wrangler
道路用のPBRテクスチャを用意する
Images as Planes を使用して道路を作成
道路テクスチャを使用して道路マテリアルを作成
ICOsphereを使用して雨粒を作成
グラスBSDFノードを使用して雨粒マテリアルを作成
パーティクルを設定して雨を降らす
ダイナミックペイントを使って連続画像を作成①_気泡のような水しぶき編
ダイナミックペイントを使って連続画像を作成②_雨の跡編
ダイナミックペイントを使って連続画像を作成③_雨粒の小さな水たまり編
道路マテリアルを編集して雨を表現
跳ね上がる水しぶきを作成_事前準備
跳ね上がる水しぶきを作成

以下のアドオンを有効にする

以下のアドオンを有効にする

【アドオン①】
アドオン：Images as Planes
概要：イメージを平面としてインポートするアドオン
リファレンス：https://docs.blender.org/manual/ja/2.82/addons/import_export/images_as_planes.html

【アドオン②】
アドオン：Node Wrangler
概要：ノードを使うときの便利ツール
リファレンス：https://docs.blender.org/manual/ja/2.82/addons/node/node_wrangler.html

道路テクスチャを用意する

PBRテクスチャとは、Physical Based Renderingの略でリアルな質感を表現するための技術。
以下のサイトから道路テクスチャ一式をダウンロードする。

cgbookcase.com：https://www.cgbookcase.com/textures/?category=Street&resolution=1&page=1&color=all&search=
使用テクスチャ：Two Lane Road Wet 02(4k)

今回はヒビが入っていて、濡れていれば他のでもOK。
同じ大きさの1セットをダウンロード。
クリック→画像を表示→右クリック→名前をつけて保存でダウンロード完了（多分。他の方法もあるかも）

Images as Planes を使用して道路を作成

以下の手順で道路を作成

Image as Planeを使用して道路を追加
- 操作：shift + a > 画像 > Image as Plane
- ポイント：ダウンロードした道路テクスチャのうち、Base_Colorを使用する
pitch(y軸回り)とyaw(z軸回り)に90°ずつ回転
- 操作：r→y→90、r→z→90
5倍の大きさに変更
- 操作：s→5

道路テクスチャを使用して道路マテリアルを作成

以下の手順でマテリアルを作成

粗さテクスチャを設定 ( 水たまりの反射の表現 )
- 操作①：既存の環境テクスチャをコピー
- 操作②：Roughnessを指定
- 操作③：環境テクスチャの色空間をNon-Colorに変更
- 操作④：プリンシプルBSDFの粗さに接続 ( 黒:0 白:1に変換される = 黒いほどツルツル )
法線テクスチャを設定（反射方向の細かい表現）
- 操作①：既存の環境テクスチャをコピー
- 操作②：Normalを指定
- 操作③：環境テクスチャの色空間をNon-Colorに変更
- 操作④：Shift + a > ベクトル > ノーマルマップを追加
- 操作⑤：環境テクスチャのカラー出力をノーマルマップのカラー入力に接続
- 操作⑥：ノーマルマップのノーマル出力をプリンシプルBSDFのノーマルに接続 ( 黒:0 白:1に変換される = 黒いほどツルツル )
AOテクスチャを設定 ( アンビエントオクルージョン：リアルな影の表現 )
- 操作①：既存の環境テクスチャをコピー
- 操作②：AOを指定
- 操作③：Shift + a > カラー > ミックスをBase_Colorの環境テクスチャとプリンシプルBSDFの間に追加
- 操作④：ミックスノードの計算タイプをミックスから乗算に変更
- 操作⑤：AOの環境テクスチャノードのカラー出力を乗算ノードの色2入力に接続

以下のサイトも参考。

PBRテクスチャーの使い方：https://www.cgbookcase.com/textures/how-to-use-pbr-textures-in-blender
アンビエントオクルージョンとは：http://ambientocclusion.hatenablog.com/entry/2013/10/15/223302

ICOsphereを使用して雨粒を作成

以下の方法で雨粒を作成

ICOsphereを追加
- 操作：Shift + a > メッシュ > ICOsphere
編集モードでプロポーショナル編集を使用して縦長に編集
- ポイント：プロポーショナル編集のモードはシャープで編集
スムーズシェードをかける

グラスBSDFノードを使用して雨粒マテリアルを作成

以下の方法で雨粒マテリアルを作成

雨粒に対してマテリアルを新規作成
既存のプリンシプルBSDFを削除
グラスBSDFを追加
- 操作：Shift + a > シェーダー > グラスBSDF
グラスBSDFのIORを1.33に変更

パーティクルを設定して雨を降らす

以下の方法でパーティクルを設定する

道路オブジェクトをコピー
- 操作：オブジェクトモードで道路を選択 → Shift + d → z →適当な高さまで持ち上げる
コピーしたオブジェクトにパーティクルを設定
- 操作：パーティクルプロパティタブ > + ボタン
以下の設定を反映
- レンダーに雨粒オブジェクトを設定
  - 操作1：パーティクルプロパティタブ > レンダー > レンダリング方法 > オブジェクトに変更
  - 操作2：パーティクルプロパティタブ > レンダー > オブジェクト > インスタンスオブジェクトに雨粒オブジェクトを設定
- 速度を修正
  - 操作：パーティクルプロパティタブ > 速度 > ノーマルを 0 か -1 に変更
- 放射を修正
  - 操作①：数を20000に変更
  - 操作②：終了を250以上に変更
  - 操作③：寿命を36~37に変更
全物理演算をベイク
- 操作：パーティクルプロパティタブ > キャッシュ > 全物理演算をベイクをクリック

ダイナミックペイントを使って連続画像を作成①_気泡のような水しぶき編

以下の方法で連続画像を作成する

上の道路オブジェクトにダイナミックペイントを追加
- タイプはキャンバス
  - 操作：物理演算プロパティ > ダイナミックペイント > タイプをブラシに設定
- ソースをパーティクルシステムに設定
  - 操作①：物理演算プロパティ > ソース > イベントをパーティクルシステムに変更
  - 操作②：物理演算プロパティ > ソース > パーティクルシステムを作成したパーティクルシステムに変更
- エフェクトソリッド半径を0.03に設定
  - 操作：物理演算プロパティ > ソース > エフェクトソリッド半径を0.03に設定
- 半径をスムージングを0に設定
  - 操作：物理演算プロパティ > ソース > 半径をスムージングを0に設定
下の道路オブジェクトにダイナミックペイントを追加
- タイプはキャンバス
  - 操作：物理演算プロパティ > ダイナミックペイント > タイプをキャンバスに設定
- フォーマットは連続画像
  - 操作：物理演算プロパティ > 設定 > 連続画像を選択
- 解像度は1024
  - 操作：物理演算プロパティ > 設定 > 解像度を1024
- 乾燥を無効化
  - 操作：物理演算プロパティ > サーフェス > 乾燥のチェックを外す
- サブステップは2
  - 操作：物理演算プロパティ > 設定 > サブステップを2
- エフェクトは収縮を有効にして、速度は0.6
  - 操作①：物理演算プロパティ > エフェクト > 収縮にチェックを入れる
  - 操作②：物理演算プロパティ > エフェクト > 収縮 > 速度を 0.6に設定
- 初期色を黒に変更
  - 操作①：物理演算プロパティ > 初期色 > タイプをカラーに変更
  - 操作②：物理演算プロパティ > 初期色 > カラーを黒に変更
- 出力先を指定
  - 操作：物理演算プロパティ > 出力 > キャッシュパスを任意のフォルダに指定
- UVマップを指定
  - 操作：物理演算プロパティ > 出力 > UVマップをUVマップに指定
連続画像をベイク
- 操作①：物理演算プロパティ > 出力 > キャッシュパスに任意のフォルダを指定
- 操作②：物理演算プロパティ > 出力 > 連続画像をベイクをクリック

以下のサイトも参考。

公式リファレンス：https://docs.blender.org/manual/ja/2.82/physics/dynamic_paint/canvas.html#surface

ダイナミックペイントを使って連続画像を作成②_雨の跡編

以下の方法で連続画像を作成する

下の道路オブジェクトにダイナミックペイントを変更
- エフェクトは収縮を無効にする
  - 操作：物理演算プロパティ > エフェクト > 収縮にチェックを外す
- エフェクトは広がりを有効にして速度は0.06
  - 操作①：物理演算プロパティ > エフェクト > 広がりにチェックを入れる
  - 操作②：物理演算プロパティ > エフェクト > 広がり > 速度を 0.06に設定
- 乾燥を有効にして時間は150
  - 操作①：物理演算プロパティ > サーフェス > 乾燥のチェックを入れる
  - 操作②：物理演算プロパティ > サーフェス > 乾燥 > 時間を 150に設定
連続画像をベイク
- 操作①：物理演算プロパティ > 出力 > キャッシュパスに任意のフォルダを指定(先のフォルダとは別のものにすること)
- 操作②：物理演算プロパティ > 出力 > 連続画像をベイクをクリック

#ダイナミックペイントを使って連続画像を作成③_雨粒の小さな水たまり編

以下の方法で連続ファイルを作成する

下の道路オブジェクトにダイナミックペイントに新しいサーフェスの追加
- 操作①：物理演算プロパティ > 設定サーフェスを追加
- 操作②：新しいサーフェスをダブルクリックしてリネーム
新しいサーフェスの設定を変更する
- フォーマットは連続画像
  - 操作：物理演算プロパティ > 設定 > 連続画像を選択
- 解像度は1024
  - 操作：物理演算プロパティ > 設定 > 解像度を1024
- サブステップは2
  - 操作：物理演算プロパティ > 設定 > サブステップを2
- サーフェスタイプは波
  - 操作：物理演算プロパティ > サーフェス > サーフェスタイプを波に変更
- 時間尺度は0.8
  - 操作：物理演算プロパティ > サーフェス > 時間尺度を0.8
- 速度は0.3
  - 操作：物理演算プロパティ > サーフェス > 速度を0.3
- スムーズは0.3
  - 操作：物理演算プロパティ > サーフェス > スムーズを0.3
- ファイルフォーマットはOpenEXR
  - 操作：物理演算プロパティ > 出力 > ファイルフォーマットをOpenEXR
連続画像をベイク
- 操作①：物理演算プロパティ > 出力 > キャッシュパスに任意のフォルダを指定(先のフォルダとは別のものにすること)
- 操作②：物理演算プロパティ > 出力 > 連続画像をベイクをクリック

道路マテリアルを編集して雨を表現

エディタータイプのシェーダーエディターを表示して、以下の手順で道路マテリアルを編集して雨を表現する

Image Sequenceの追加_気泡のような水しぶき編
- Image Sequenceノードを追加
  - 操作：Shift + a > テクスチャ > Image Sequence で気泡のような水しぶきの連続イメージを保管したフォルダ内の全てのファイルを選択(a でフォルダ内の一括選択ができる)
  - 操作②：繰り返しと自動更新にチェック
- RGBミックスを追加してベースカラーにImage Sequenceを加算
  - 操作①：Shift + a > カラー > RGBミックスを追加
  - 操作②：乗算ノードとベースカラーノードの間に挿入
  - 操作③：追加に変更
  - 操作④：追加ノードの色2入力にImage Sequenceノード(気泡のような水しぶき)のカラー出力を接続
- カラーランプを追加して白領域を減らす
  - 操作①：Shift + a > コンバータ > カラーランプでカラーランプノードを追加
  - 操作②：「+」をクリックしてカラーステップを追加
  - 操作③：少し暗めの色を選択してステップを少し右に移動。白い領域を少し狭める
  - 操作④：Image Sequenceノード(気泡のような水しぶき) と追加ノードの間に挿入
Image Sequenceの追加_雨の跡編
- Image Sequenceノードを追加
  - 操作：Shift + a > テクスチャ > Image Sequence で雨の跡の連続イメージを保管したフォルダ内の全てのファイルを選択(a でフォルダ内の一括選択ができる)
  - 操作②：繰り返しと自動更新にチェック
- RGBミックスを追加して粗さにImage Sequenceを乗算
  - 操作①：Shift + a > カラー > RGBミックスを追加
  - 操作②：RoughnessノードとプリンシプルBSDFノードの粗さ入力の間に挿入
  - 操作③：乗算に変更
  - 操作④：乗算ノードの色2入力にImage Sequenceノード(雨の跡)のカラー出力を接続
- 白黒反転
  - 操作①：Shift + a > カラー > 反転を追加
  - 操作②：Image Sequenceノード(雨の跡)と乗算ノードの間に挿入
- RGBミックスを追加してベースカラーにImage Sequenceを乗算
  - 操作①：Shift + a > カラー > RGBミックスを追加
  - 操作②：ベースカラーに続く乗算ノードと追加ノードの間に挿入
  - 操作③：乗算に変更
  - 操作④：乗算ノードの色2入力にImage Sequenceノード(雨の跡)のカラー出力を接続
  - 操作⑤：係数を少しだけ上げて黒を強調
Image Sequenceの追加_雨粒の小さな水たまり編
- Image Sequenceノードを追加
  - 操作①：Shift + a > テクスチャ > Image Sequence で雨粒の小さな水たまりの連続イメージを保管したフォルダ内の全てのファイルを選択(a でフォルダ内の一括選択ができる)
  - 操作②：繰り返しと自動更新にチェック
- バンプノードを追加
  - 操作①：Shift + a > ベクトル > バンプを追加
  - 操作②：ノーマルマップとプリンシプルBSDFノードのノーマル入力の間に挿入
  - 操作③：Image Sequenceノード（雨粒の小さな水たまり）のカラー出力をバンプの高さ入力に接続
  - 操作④：強さを少し大きくする

跳ね上がる水しぶきを作成_事前準備

以下の方法で跳ね上がる何枚か水しぶきの画像を保存する。

流体シミュレーションで水しぶきを作成
- 操作①：Shift + a > メッシュ > 立方体を追加
- 操作②：物理演算プロパティ > 流体でタイプをドメイン、ドメインタイプを流体、に設定
- 操作③：Shift + a > メッシュ > ICO球を追加
- 操作④：物理演算プロパティ > 流体でタイプをフロー、フロータイプを液体、初期速度のzを-10に設定
- 操作⑤：Shift + a > メッシュ > 立方体をドメインの立方体の中に追加
- 操作⑥：物理演算プロパティ > 流体でタイプをフロー、フロータイプを液体に設定
- 操作④：ドメインのマテリアルに雨マテリアルを設定
- 操作⑤：ドメインの立方体でデータとメシュをベイク
- 操作⑥：ドメインにスムースシェードをかける
レンダリング準備
- 適当なHDRI背景を設定
  - 操作①：ここから好きな.hdr画像をダウンロード
  - 操作②：シェーダーエディターをワールドに変更
  - 操作③：Shift + a > 環境テクスチャ > で任意のhdr画像を設定
  - 操作④：Shift + a > ベクトル > マッピングを追加し、環境テクスチャノードのベクトル入力に接続
  - 操作⑤：Shift + a > 入力 > テクスチャ座標を追加し、生成出力をマッピングノードのベクトル入力に接続
- 背景を好きな角度や位置に変形
  - 操作：マッピングノードの位置や回転、拡大縮小を変更する
  - ポイント：好みの水の反射具合になればいよい
- レンダーエンジンをcyclesに変更
  - 操作①：レンダープロパティ > レンダーエンジンを変更
  - 操作②：デバイスをGPU演算に変更(GPUを使っていれば)
- 背景を透明化
  - 操作：レンダープロパティ > フィルム > 透過を有効にする
- ICO球をレンダーに映らないように変更
  - 操作①：ICO球を選択
  - 操作②：オブジェクトプロパティ > 可視性 > レンダーで表示を無効化
- カメラ位置の設定
  - 操作①：水しぶきが飛び跳ねているとこまでフレームを移動させる
  - 操作②：大体の視点を決めてビューを移動させる
  - 操作③：Ctrl + Alt + 0 で決めたビューにカメラを配置する
  - 操作④：サイドバー > ビュー > ビューのロック > カメラをビューにロックを有効にして微調整する
  - ポイント：水面が映らないこと
レンダリング
- 操作①：f12 キーを押す
- 操作②：画像 > 保存で保存画面を開く
- 操作③：ファイルフォーマットを png、カラーを RGBAを選択して、名前をつけて保存

跳ね上がる水しぶきを作成

以下の手順で跳ね上がる水しぶきを作成する

水しぶき平面を作成する
- Image as Planeを使用して水しぶきを追加
  - 操作：shift + a > 画像 > Image as Planeで作成した水しぶきのイメージを選択
- 平面メッシュを縦長に加工 & 原点を水しぶきの発生点に設定
  - 操作①：水しぶきの平面を選択し、編集モードに移行
  - 操作②：全ての頂点を選択し、原点が底辺となるように Z 軸方向に移動
  - 操作③：水しぶきが縦長になるように修正
- マテリアルを修正する
  - 操作①：シェーダーエディターに移動する（ワールドにしている場合はオブジェクトに修正する）
  - 操作②：プリンシプルBSDFの粗さを0までさげ、IORを1.33に変更する
  - 操作③：Shift + a > シェーダー > シェーダーミックスを追加し、プリンシプルBSDFとマテリアル出力の間に挿入する
  - 操作④：Shift + a > シェーダー > 透明BSDF を追加し、シェーダーミックスの第2シェーダー入力に接続する
  - 操作⑤：シェーダーミックスノードの係数を0.22に設定する
  - 操作⑥：Shift + a > カラー > 色相/彩度を追加し、テクスチャノードとプリンシプルBSDFのベースカラーの間に挿入する
  - 操作⑦：色相/彩度（HSV）ノードの値を1.9に変更する
- 水しぶきを複製する
  - 操作①：作成した水しぶきの平面を選択し、Shift + d で複製する
  - 操作②：データにリンクしているユーザー数の数字をクリックし、シングルユーザー化する
  - 操作③：テクスチャノードのイメージを他のものに変更数
  - 操作④：先に作成したものより小さくするなどしてアレンジを加える
- 水しぶきコレクションを作成する
  - 操作①：アウトライナーで右クリック > コレクション > 新規で新しいコレクションを作成する
  - 操作②：作成した水しぶき平面たちを新しいコレクションに加える
  - 別解①：水しぶき平面たちを選択
  - 別解②： Ctrl + G > オペレーションパネルで命名して新しいコレクションを作成
道路に水しぶきが跳ねる設定をする
- ヘアーパーティクルの設定をする
  - 操作①：道路を選択し、パーティクルプロパティ > 「 + 」ボタンで新規作成
  - 操作②：パーティクルタイプをヘアーに変更
  - 操作③：詳細設定を有効にする
- 水しぶきを設定する
  - 操作①：パーティクルプロパティ > レンダー > レンダリング方法をコレクションに変更する
  - 操作②：パーティクルプロパティ > レンダー > コレクション > コレクションインスタンスに水しぶき平面のコレクションを設定する
  - 操作③：パーティクルプロパティ > レンダー > 拡大縮小と拡大縮小のランダム化の値を変更して、水しぶきを小さくする
- 雨粒が道路にぶつかったときに水しぶきを発生させる
  - 操作①：パーティクルプロパティ > テクスチャ > 新規でテクスチャを新規作成
  - 操作②：テクスチャプロパティ > 画像 > 開くで気泡雨のような水しぶき編で作成したイメージをすべて読み込む
  - 操作③：テクスチャプロパティ > 画像 > 繰り返しと自動更新を有効にする
  - 操作④：テクスチャプロパティ > マッピング > 座標を UVに変更
  - 操作⑤：テクスチャプロパティ > マッピング > マップを UVMapに変更
  - 操作⑥：テクスチャプロパティ > 影響 > General Timeを無効にする
  - 操作⑦：テクスチャプロパティ > 影響 > 密度を有効にする
  - 注意：タイムラインで再生しても水しぶきは更新されない。次の操作で更新を確認できる
    - 操作：テクスチャプロパティ > 設定 > フレームで更新ボタンをクリック
- 水しぶきの数を増やす
  - 操作：パーティクルプロパティ > 放射 > 数を雨のパーティクルに揃える
- 水しぶきたちに回転を与える
  - 操作①：パーティクルプロパティ > 回転を有効にする（項目がないときは詳細設定を有効にする）
  - 操作②：パーティクルプロパティ > 回転 > 位相と位相のランダム化を変更する（値は任意）
- カメラを配置する
  - 操作①：Shift + a > カメラで新規にカメラを追加する
  - 操作②：カメラアイコンをクリックしてカメラを有効にする
  - 操作③：ある程度の視界を決めておく
  - 操作④：Ctrl＋Alt＋0 で決めた視界にカメラを配置
  - 操作⑤：ビュー > ビュー > ビューのロック > カメラをビューにロック
  - 操作⑥：いつもと同じように視点を移動させてカメラを固定する
- カメラの設定を変更する
  - 操作①：オブジェクトデータプロパティ > レンズ > 焦点距離を 80mm に変更する
  - 操作②：オブジェクトデータプロパティ > 被写界深度を有効にする
  - 操作③：オブジェクトデータプロパティ > 被写界深度 > 距離を 1.8m に変更する
  - 操作④：オブジェクトデータプロパティ > 被写界深度 > 絞り > 絞り羽を 5 に変更する
- 既存のライトを削除する(背景の明るさのみで十分なため)
- 背景の設定を変更する
  - 操作：ワールドプロパティ > サーフェス > 強さを小さくする（お好みのムーディーさが演出できればok）
- 透明度を変更する
  - 操作：レンダープロパティ > ライトパス > 透過を 64 に変更
- レンダリングの設定を変更する
  - 操作①：レンダープロパティ > カラーマネージメント > ルックを High Contrast に変更
  - 操作②：レンダープロパティ > モーションブラーを有効にする（ブレを有効にする）
  - 操作③：レンダープロパティ > モーションブラー > シャッターの値を 0.6 に変更
- レンダリングして現状を確認
  - 操作：f12 キーを押す
- ノイズ除去をする
  - 操作①：エディターをコンポジターに変更する
  - 操作②：ノードを使用を有効化
  - 操作③：Shift + a > フィルター > デノイズをレンダーレイヤーノードとコンポジットノードの間に追加
  - おまけ①：次の操作で背景で見える
  - 操作①：サイドツールバー > ビュー > 背景を有効
  - 操作②：Shift + a > 出力 > ビューアーを追加し、デノイズの画像出力と接続
  - おまけ②：次の操作で画像をフォルダに出力する
  - 操作①：Shift + a > 出力 > ファイル出力を追加し、デノイズの画像出力を接続
  - 操作②：ファイル出力ノードを選択した状態で、サイドツールバー > ノード内の設定を適宜変更
  - 操作③：アニメーションをレンダリングで画像がフォルダに出力される
- アニメーションレンダリングをする
  - 操作①：出力プロパティ > 出力 > ファイルフォーマットでFFmpeg動画を選択
  - 操作②：出力プロパティ > 出力 > エンコーディング > コンテナで好きな拡張子を選択
  - 操作③：レンダー > アニメーションレンダリングで動画を作成（時間がかかるよ）

#あとがき

冒頭の参考動画をもとに作ってみたので、覚書として。
もともとは波紋を誇張表現したくて。
物理演算は、シェーディングの部品を作るのに便利なんだなと、学んだ。