背景

とりあえず Low poly なメッシュを入力したら, subdivision surface で smooth なメッシュを生成して, subdivide された形状情報(vertices, normals, uvs, ...)がほしい.

レイトレレンダー時に subdiv したいのであれば, embree の subdivision surface 機能を使う手もあります(API はとっても使いやすい)

が, これだと subdivide されたメッシュは取得できないっぽい?

OpenSubdiv

雰囲気で subdiv したいために OpenSubdiv を使うのは, OpenSubdiv の API が非常にややこしいのでおすすめしません.
オフラインであれば Blender で十分かもしれません(メッシュは .obj で import/export). 代替案を検討してみてダメだったら OpenSubdiv を使いましょう.

ビルド

オフィシャルだといろいろ機能つけていて, ビルドが面倒です.

Android(AARCH64)対応の port(aarch64 branch)を作りました. x86 も対応しています. 依存ライブラリなしで CPU only のビルドのスクリプトを作りましたので, 可能なかぎりこちらを利用ください.

PTex はお好みで追加して.

PTex aarch64 版もあります.

ちなみに OpenSubdiv 自体は Ptex は使っていません(example のコードで ptex を使っている)ので, 基本 Ptex off でよいです.

Windows(MSVC) も, たぶん OpenSubdiv-aarch64 でビルドはできると思いますが, 以下では Linux を基本とします.

利用方法

基本的には template class を作ってユーザ定義アクセスメソッドを提供して対応していきます(NanoRT 的な使い方ですね)

git repo の example コードは実装がややこしい(+ GPU backend を想定したテンプレートクラスを使っているため, CPU backend だと動作しない)のでおすすめしません.

OpenSubdiv ページの tutotiral がよいでしょう.

最低限, 以下の形状データが必要になります.

頂点データ
face を構成する頂点の index データ
face(面)が何頂点持つかの情報(3 = triangle, 4 = quad)
- 全ての面が quad であれば省略も可能

自前のデータを処理させたい場合は, 基本四角形オンリーのメッシュを用意して(.obj, .ptx, etc), 上記のデータ構造にしておきます.

tutorial を参考に, .ptx から形状情報を読んで subdivide できました.

Subdivision Surface with OpenSubdiv is ... super fun!!! (visualization by NanoRT ray tracer) 🤩🤩🤩🤩🤩🤩😍😍😍😍😍🎉🎉🎉🎉🎉🎉🎉🎉✌️✌️✌️✌️✌️💯💯💯💯💯💯💯💯💮💮💮💮💮 pic.twitter.com/fKqMIZLAUg
— Syoyo Fujita 🌸 RayWa(Ray and Peace) (@syoyo) November 15, 2019

Uniform Catmark subdivision

一様分割 + Catmark(カットマーク? Catmull-Clark subdivision の短縮系)ルールでまあ普通の利用用途はほぼカバーできるかと思います. Far tutotiral 2 あたりまでやればよいでしょう.

ちなみに Clark のほうは SGI と Netscape の創立でがっぽがっぽして富豪になっています.

https://en.wikipedia.org/wiki/Catmull%E2%80%93Clark_subdivision_surface
https://en.wikipedia.org/wiki/James_H._Clark

用語

OpenSubdiv は独自用語があって面倒です.

Sdc : Subdivision core
Vtr : Vectorized topology refiner.
Far : Feature-adaptive refinement(とりあえずは subdiv 分割のルール本体と考えればいいのかしらん?)
Osd : SubD 補間する?
Hbr : Hierarchical Boundary Representation
Primvar : normal uv, 頂点カラーなどの頂点アトリビュート. subdivision するときはこの値が補間される.
- 頂点データは基本 face-varying とする.

説明を読んでおくと理解が進みます.

トポロジ固定 subdivision, crease, adaptive subdivision など

メッシュのトポロジが一定であれば(e.g. blendshape や skinning 変形など, animation したあとに subdivision をかけたい), 分割ルールを事前に計算しておいて, subdivision の高速化を図ることができるのが容易に予想されます.
PatchTable, StencilTable などを使えばいけるのかしら?

edge crease や adaptive 分割などは, これは example のコードを見た方がはやそうでしょうか.

OpenSubdiv のサンプルでは crease tag などの情報を .obj に拡張で指定しています.

一応 TinyObjLoader でも, OpenSubdiv サンプルの .obj の tag のロードに対応していますので, .obj から tag 情報を読んで subdv かけたい場合に利用できそうです.

Vulkan 対応

まだされていません.

TODO

GPU backend を試す.
libigl あたりに subdivision surface 機能が無いか調べる.
隣接情報を取得して, ptex と連携をとる(ptex 用の機能が OpenSubdiv にあったような).
Embree のコードあたりを参考にして, 自前 Subdivision surface 実装を行う.
優秀な OpenSubvid 若人さまが, 人類史上最速で優秀な OpenSubdiv + Vulkan 若人さまへと昇華なされるスキームを確立する旅に出たい