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@jyouryuusui

Vellum Configure Grains [Mardini2024]

Last updated at Posted at 2024-04-29

これはMardini2024のDay12 Vellum Configure Grainsの動画を視聴してまとめたものです。

動画

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公式のサンプルファイル

Day11 Vellum Brush | Day12 Vellum Configure Grains | Day13 RBD Material Fracture

Vellum Configure Grainノードは、Vellumグレインとフルイドのシミュレーションを設定できます。また、剛体シミュレーションにも応用できます。

要約

  • Vellum Configure Grainノードは、Vellumグレインとフルイドのシミュレーションを設定するために使用される
  • ジオメトリからポイントを作成するか、既存のポイントを使用できる
  • パーティクルサイズ、パッキング密度、物理属性を調整できる
  • 摩擦、引力、反発力は、Vellumソルバーノードで設定する必要がある
  • フルイドシミュレーションでは、粘度、表面張力、フェーズを調整できる
  • フェーズを使用して、複数のフルイドを区別できる
  • Vellum Configure Grain Piecesノードを使用して、ジオメトリを剛体シミュレーションに変換できる

サンプルファイル

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GRAINS_BASIC

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FLUID

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COPIES

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Vellum Configure Grain SOPの基本

  • Vellum Configure Grain SOPは、Vellum Grainsのセットアップに使用されるノードです

  • Houdiniのシェルフ（シェルフにGrainのグループがありますが、そっちではなくVellumの方にあります！）からVellum Grainsを選択すると、AutoDopNetworkとGrains Vellumノードが作成されます。実際のシミュレーションはDOP Network内で行われます

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    • シェルフ選択後、例えばSphereを選択する
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    • AutoDopNetwork内
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    • このままでは地面がないので、GroundPlaneを追加します
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  • 再生させてみると、崩れていくことが確認できます

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    • このシミュレーションはDOPNet内のvellumsolverが制御しています。サブステップがすでに5に設定されていますが、これはグレインやフルイドを扱う際に推奨される値です
    • image.png

ポイントの作成方法

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  • 先程のシェルフのVellum Grains作成時に、AutoDopnetwork以外にも元のSphereジオメトリ直下にVellum Configure Grainsが追加されています。まず注目すべきは、このCreate Points from Volumeです

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  • vellumconstraints_grainノード作成時Create Points from Volumeは無効なのがデフォルトの状態です。無効状態の場合ポイントを取り込むことを期待しています。Create Points from Volumeを有効にすると、スフィアがポイントに変換されます

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  • ポイントの作成方法は、Regular Grid（規則的なグリッド）またはSphere Packing（球体のパッキング）から選択できます

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  • Particle Sizeパラメータは、パーティクルのサイズを制御します。Particle Sizeをデフォルトの0.1から0.05に小さくすると、パーティクル数が増えます。0.03ではさらに増えます

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  • Packing Densityパラメータは、パーティクルの過剰パッキングに使用されます。グレインの場合は使用されませんが、流体の場合は増加させる必要があります。グレインでPacking Densityを上げると、最初に実行したときに重なったコライダーができてしまい、爆発してしまいます

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Physical Attributesと乗数（マルチプライヤ）

  • Physical Attributesを見ると、Phase（フェーズ）、Viscosity（粘度）、Surface Tension（表面張力）などがグレーアウトしているのがわかります。これについては後ほど説明します。そのほかにFriction(摩擦)、Dynamic Friction（動摩擦）、Attraction Weight（吸引力）、Repulsion Weight（反発力）があります

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  • ここで、ポイントを引き付け合ってまとまるようにしたいとします。そのためにはAttraction Weightを使用します。これを100のような極端に高い値に設定してみましょう。その状態でアニメーションさせてみると、パーティクルが全て引き付け合います！‥と思いきやまったく効果がありません

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  • よく見てみると、これらのオプションは乗数になっています。Vellum SolverのAttraction Weightパラメータに対するマルチプライヤーとして機能すると書かれています。では、これを1に戻して無効にし、Vellum Solverに移動します

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  • Vellum Solverの Advanced タブに移動し、Grain Collisionsの下にAttraction Weightがあります。これを0.3のような値に設定して再生すると、粒子が引き寄せられているのがわかります

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  • Vellum Configure GrainsのAttraction Weight Multiplierを使えば、Attraction Weightを変更できます。これを2に上げると、さらに高い値になります。0.3の2倍なので、0.6になります。Repulsion Weight、Friction、Dynamic Frictionも同じです。先ほど100の値を入れても効果がなかったのは 0 x 100 = 0 だったためです

    • Vellum Configure GrainsのAttraction Weight Multiplier:2　Vellum Solver　Attraction Weight:0.3　の場合の動作
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    • Vellum Configure GrainsのAttraction Weight Multiplier:4　Vellum Solver　Attraction Weight:0.3　の場合の動作
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SOPレベルでのグレインのセットアップ

  • では、Phase、Viscosity、Surface Tensionはどうでしょうか。これらはVellum Fluidsのためのものです。先ほど作成したノードを削除して新しく作っていきす

    • これを消す　
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  • フルイドを見る前に、SOPレベルで通常のグレインSOPを構築する方法を見てみましょう。新規のジオメトリ作成

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  • Sphereを追加し、Vellum Configure Grainsを使用します…しかし、接続しても何も起きません。なぜならCreate Points from Volumeを使用する必要があるからです

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  • もう一つの方法は、Grain Sourceを使うことです。このノードはVellum Constraintsにインフォームを送るので、一緒に使うと便利です。

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  • Point Separationを0.05程度に減らしても、パーティクルの実際のスケールは変わりません。これは、Particle Sizeを手動で設定しているからです。これを無効にすれば、Grain Sourceから取得されます。ここで値を下げると、それに合わせて変化します。

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  • あとはVellum Solverに入れるだけです。この3つを取り、GroundPlaneをY=-1に追加し、サブステップを5に上げ、少しAttraction Weightを追加すれば、グレインができあがります

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流体のセットアップ

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  • 次はVellum Fluidで試してみましょう。このノードを取得する方法は、Vellum Configure Grainsの代わりにVellum Configure Fluidを使うことです

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  • Vellum Configure Fluidを配置すると、実際にはVellum Configure Grainsノードになっています。TypeがGrainからFluidに変更されただけです

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    • これにより、粘度、表面張力、摩擦などの他の物理属性にアクセスできます。配置すると、Packing Densityが1より大きい値に増加するのがわかります
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  • Sphereを作成し、Vellum Fluidに接続し、コライダーを接続します

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フェーズ

パーティクルのGroupがFluid AとFluid Bに分割されています。図で選択されているのがfluid_A
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Fluid Aは白で、質量が低くなっています。これにより、白いパーティクルが上に来ます。他のパーティクルの半分の質量しかありません。また、粘度が少し高いので、速度を共有します。表面張力もあります。フェーズを1に設定しています。フェーズは、これらが2つの異なるフルイドであることをソルバに伝える方法です。2つの異なるフェーズ値があれば、2つの異なるフルイドです。フェーズの実際の値はあまり重要ではなく異なっていれば十分です。同じフェーズ値を持っていれば、互いにブレンドします。フェーズ1とフェーズ2があれば、より2つの独立したフルイドとして扱われます。
Vellum Solverで再生すると、白いパーティクルが上に上がり、青いパーティクルが下に沈んでいくのがわかります。白いパーティクルは粘度が高いので、泡のように動きます。これは非常に安価にフルイドを作る方法です。

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ここで使用されているのは、粘度、表面張力、フェーズの3つの値です。粘度は、パーティクルが近くのパーティクルと速度をどの程度共有するかと考えることができます。表面張力は、フルイドがどの程度まとまろうとするかです

Fluid A（白）泡のような動作
v@Cd = set(1,1,1);//白
@mass *= 0.5;//水の半分の重さ、軽いので上に来る
@viscosity = 2;//粘度が高い
@surfacetension = 1;//表面張力が高い
@phase = 1;//フェーズ1
Fluid B（水色）水のような動作
v@Cd = set(0.4,0.7,1);//水色
@mass *= 1;//重さ1
@viscosity = 0.7;//粘度が泡より低い
@surfacetension = 0.2;//表面張力が低い
@phase = 2;//フェーズ2

まとめ

  • Vellum Configure Grain SOPは、TypeをFluidに設定することで、流体のセットアップにも使用できます
  • Viscosity、Surface Tension、Phaseなどのパラメータを使用して、流体の動作を制御できます
  • Phaseパラメータを使用して、異なる流体グループを定義できます。同じPhase値を持つパーティクルは混ざり合い、異なる値を持つパーティクルは別々の流体として扱われます

Vellum Configure Grain Pieces SOPの使用

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ラバートイを用意し、グリッドをたくさん作り、ランダム化されたOrientアトリビュートを各ポイントに追加し、それらをポイントにコピーしています。
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その際、Pack and Instanceを必ず行います。各ジオメトリを1つのジオメトリとして扱いたいからです。
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Vellum Configure Grain Piecesを使用すると、Vellum Grainsと Shape Matchを使用されます。これを最初の入力に接続すると、計算に少し時間がかかりますが、グレインを使ってジオメトリの推定をしているのがわかります。
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Sphere Packingは、ジオメトリの形状を可能な限り正確に推定するために、たくさんの球をジオメトリにパックしようとしています。
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Particle Sizeを0.07程度に減らすことで精度が上がります。ただし、デフォルトではMax Spheresが100上限の設定制限があるため無効にしておきます。

この仕組みは、実際に各ピースの接続性を取得し、ピースアトリビュートを追加します。ジオメトリスプレッドシートに行くと、このピースアトリビュートを見ることができます。ピース0からピース599まであります。各ポイントは異なるピースに属することになります。

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次に接続されているVellum Shape Matchは、同じピース番号を共有するポイントを接続します。これらのコンストレイントのすべてが、これらのポイントを一緒に保つようにしていることがわかります。アニメーション時に1つのピースとして動作します。

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つまり、Vellum Solverを使えば、簡単に剛体のような振る舞いを再現できます。
しかし、ここまではただのグレインのポイントで、ジオメトリには反映できていません。ここで使うのがTransform Vellum Piecesです。
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このノードは、最初の入力としてVellumジオメトリを取り、2番目の入力としてVellumコンストレイントを取り、最後の入力としてピース、つまり最初のジオメトリを取ります。そして、このVellumシミュレーションに基づいてそれらのピースのジオメトリを変形します。
これは剛体シミュレーションを行う方法です

まとめ

  • Vellum Configure Grain Pieces SOPは、複雑なジオメトリを剛体としてシミュレートするために使用されます
  • このノードは、入力ジオメトリを分析し、グレインを使用してジオメトリの形状を推定します
  • Particle SizeとMax Spheresパラメータを調整して、推定の精度を制御できます
  • Vellum Shape Match SOPを使用して、同じピース番号を持つポイントを接続し、ジオメトリが1つのまとまりとして動作するようにします
  • Transform Vellum Pieces SOPを使用して、Vellumシミュレーションに基づいてピースジオメトリを変形させ、剛体シミュレーションを実現します
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