アイテムを重ならないように散布できるプラグイン「Discrete Particles 」のメモです。使用バージョンは1.0です。
Discrete Particlesとは
Discrete Particlesは高速なパッキングアルゴリズムを使用して、メッシュの表面、またはメッシュのボリューム内にパーティクルを生成するプラグインです。
modo標準の機能で例えると、Surface Particle Generator の機能強化版です。
例えば下の画像は、ブーリアンとモーフィングを適用したメッシュにパーティクルを発生させる例です。
Surface Particle Generatorを使用すると、オブジェクト通しが重なります。またブーリアンでメッシュのトポロジーが変わる場合、パーティクルがランダムに生成されます。
Discrete Particlesはオブジェクトが重ならないようにパーティクルを生成します。また、テクスチャの投影のような仕組みになってるので、トポロジーが変わってもパーティクルの生成が安定しています。
また、Packing ModeにAABBを使用すると、デフォーマでサイズを変更してもオブジェクトが重ならないようにパーティクルが生成されます。
Chaosを使用するとパーティクルサイズをよりランダムにできますが、 パーティクル生成がランダムに変化してしまいます。
WhiteNoiseを使用するとパーティクルサイズをよりランダムにしながら、アニメーションしても大丈夫なようです。
使用方法
アイテム構成
Discrete Particlesをインストールするとアイテムが4つ追加されます。基本的に「Surface Distribution」「Volume Distribution」を追加して使用します。
Ray Domain
Ray Projection
Surface Distribution
Volume Distribution
Surface Distributionはメッシュの表面にパーティクルを散布するアイテムです。
Ray DomainとRay Projectionはテクスチャロケータと同じ役割で、散布に使用するレイのプロジェクションタイプを指定するアイテムです。
パーティクル生成
Surface DistributionやVolume Distributionを使用する場合は、アイテムの「Surface(Mesh)」「Volume(Mesh)」に散布用のメッシュを接続します。
サンプル見ずに使ってみたところ、一部の設定を変更しないと機能が意図したように動作しませんでした。疑問に思った設定をまとめておきます。
「Sample Mode」 は「RayCast & Pack」に変更します。デフォルトだと「Preview」になっていてサーフェースやボリュームに散布されません。
「Weight Map」を使用する場合は「WeightMap Blend」を1.0に変更します。デフォルトの0のままだと何も変化がありません。
Discrete Particlesでは「原型となるアイテム(プロトタイプ)」は1mを基準に動作します。1mより大きいとメッシュに重なりが発生します。
プロパティ
Discrete Particlesはドキュメントがないようなので、プロパティのツールチップを翻訳してみました。
Surface Distribution
Point Sampling
Sample Mode
4種類のサンプルモード
Preview : 投影ギズモ上のパーティクルを、MinSizeをパーティクルサイズとしてサンプリングします。
Raycast : MinSizeをパーティクルサイズとして、メッシュサーフェス上のパーティクルをサンプルし、レイキャスします。
Preview & Pack : MinSizeからMaxSizeまでのパーティクルサイズを使用して、プロジェクションギズモ上でパーティクルのサンプルとパックを行います。
Raycast & Pack : MinSizeからMaxSizeまでのパーティクルサイズを使用して、メッシュサーフェス上のパーティクルをサンプル、レイキャスト、パックします。
Backface Culling
バックフェイス ポリゴンのサンプリングが有効な場合は無視します。
Distribution
パーティクル分布の一様性
BlueNoise R2(一様)
Blue-Noise Hammersley (半統一)
WhiteNoise PSRand (ランダム)
Packing Mode
AABB = 軸方向に整列したバウンディングボックス (Axis Aligned Bounding Box)
Point Count
頂点数。
Multiplier
Point Count * Multiplier はパーティクルの総数に相当します。
Point Size
GLで描画するパーティクルの大きさ。
Point color
パーティクル色です。
Particle Settings
Prototype Domain
1.0mの原型基準領域を表示し、原型のサイジングの参考にできます。
Prototype Scale
パッキングアルゴリズムは、プロトタイプのサイズが1m以下であることを想定しています。プロトタイプのサイズをエレメントレベルで設定するか、このスケーリング値でスケールを調整してください。
Weight Map
ウェイトマップ。
MaxSize
パーティクルがサーフェースでサンプリングできる最大サイズ。
MinSize
パーティクルがサーフェースでサンプリングできる最小サイズ。
WeightMap Blend
ウェイトマップに基づいてパッキングパーティクルサイズを制御します。
Chaos
サンプリング中に各パーティクルが得るサイズのばらつきを制御します。
Packing Distance
パーティクルサイズに比例して、パーティクルとパッキングボーダーの間に距離を追加します。
Shrink Spacing
パーティクルを縮小し、パーティクルのパッキング境界線に間隔を作ります。
Post Sizing
ポストエフェクトとして、グラデーションに応じたサイジングを適用します。
Normal Alignment
サーフェース法線に対するパーティクルの向きのアライメント。値0.0はオフで、デフォルトはY-Up。
Surface Offset
サーフェス法線に基づいてパーティクルをオフセットします。
Display Packing
GLパッキングモードの描画。
PackMode color
パッキングモードの色です。
Performance Statistics
Enable
3Dビューポートのパフォーマンス統計情報を表示します。
Vertical Offset
垂直オフセット。
Volume Distribution
多くのプロパティがSurface Distributionと共通なので、Volume Distributionにあるプロパティだけ書いておきます。
Particle Settings
Packing Distance
パーティクル径に比例した充填距離。MaxSizeを大きくすることで縮小するパーティクル径を補うことができます。
Volume Constraint Mode
Shrinkモードは内包するメッシュと交差するパーティクルを縮小します。
Volume Constraint
値を大きくすると内包するメッシュと交差するパーティクルを収縮させます。
Normal Alignment
パーティクルの向きを最も近いポリゴン法線に揃えます。
サンプルファイル
Discrete Particlesには11個のサンプルファイルが入ってます。
1_Introduction.lxo
Discrete Particles は、Surface Distribution と Volume Distribution というパーティクルシステムを実装しています。これらは、DEX/Discrete Particlesセクションのアイテム追加ポップアップで見つかります。
これは、Discrete Particles システムを正しく動作させるために必要な基本的/最小限のノードの設定です。
ただし、Ray Projectionアイテムの代わりに Ray Domainを使用します。Ray ProjectionとRay Domainを使用するため、シーンにDistributionアイテムを追加する必要があります。
チュートリアル
Ray Projectionアイテムをクリックし、Projectionドロップダウンリストから様々なプロジェクションタイプを試します。
Planar projectionに戻します。
Surface Distributionの項目をクリックし、そのプロパティフォームとチャンネルのツールチップを見ます。
半径 0.5m の球体を Prototype meshに追加し、アイテムリストで可視性をオフに設定します。
シーン内の紫色の破線領域は、プロトタイプのサイズ制限を定義する 1m 単位の立方体です。
この領域の外側にあるすべてのポリゴンは、重なりが発生する可能性があります。場合によってはプロトタイプをドメインより大きくしても良い場合があります。例えば平面上に高層ビルを詰め込むような場合です。
Surface Distributionをクリックし、プロパティフォームで異なるSample Modesを試します。
ツールチップを読んで、4つの異なるSample Modesが何をするのか理解してください。
サンプルモードを Preview に戻します。
Distributionのドロップダウンで3つの異なるDistributionを試します。そのツールチップを読んでください。
サンプルモードを「Raycast & Pack」に設定します。
Ray Projectionアイテム（ギズモ）を選択し、移動／回転／スケール変換を試します。
アイテムリストのSurface Tutoralフォルダの可視性をオフに設定します。
Volume Distribution を使って、同様のノード設定を行います。Volume Tutorial フォルダにアイテムを配置します。
チュートリアル終了
2_Surface_Packing_Modes.lxo
3_SurfaceDistribution_Falloff_example.lxo
この例ではBlend Falloff を使って、アニメーションするプロシージャルテクスチャをフォールオフフィールドに「変換」しています。
アニメーションをリアルタイムで見るには、タイムラインをスクラブしてください。
Distribution は完全にランダムな結果を生成するWhiteNoise PSRandに設定されています。
BlueNoise R2 は最も均一な結果を生成します。
BlueNoise Hammersley は「半」アンフォーム分布で、R2に比べてあまり均一な結果を生成しません。
4_SQUARE_vs_CUBE_Packing.lxo
スクエアvsキュービックパッキング
手順
ノードグラフを調べます。
SkyScraperプロトタイプメッシュの可視性をオンに設定します。
SkyScrapersの下部が紫色のプロトタイプドメインの中央にどのように配置されているかを観察します。
SkyScraperプロトタイプメッシュの可視性をオフに設定します。
タイムスライダーをフレーム70にドラッグします。
SkyScraperの底面が平面ポリゴン上に完全に配置されていることを確認します。
Surface Distributionを選択し、Packing modeをCubicに設定します。
Normal Aligmentを1.0に設定して、パーティクルが表面の湾曲にどのように整列するかを確認します。
次にSquare と Cubic パッキングモードを切り替えて、違いに注意してください。
結論
5_Volume_Packing_Modes .lxo
6_VolumeDistribution_Falloff_example.lxo
この例ではBlend Falloff を使用して、アニメートされたプロシージャルテクスチャをフォールオフフィールドに変換しています。
アニメーションをリアルタイムで見るには、タイムラインをスクラブしてください。
パーティクル分布は、最も均一な結果を生成するBlueNoise R2に設定されています。
BlueNoise Hammersleyは「半」アンフォーム分布で、R2よりも均一でない結果を生成します。
WhiteNoise PSRandは、完全にランダムな結果を生成する擬似ランダム分布です。
7_CUBE_vs_AABB_Packing_and_Transforms.lxo
Cubic vs AABB パッキングとトランスフォーム
AABBとは、Axis Aligned Bounding Boxの頭文字を取ったものです。
このチュートリアルでは、どちらのボリューム分布も VolumeMesh アイテムと Prototype アイテムを共有しています。
Distributions （Raycast mode）は、ボリュームメッシュやプロトタイプとは独立して動かすことができます。
チュートリアル
シーン内のオレンジ色のロケータをクリックし、「Normal Aligment」チャンネルを開きます。
Cubicパッキングが、すべてのバウンディングボックスの XYZ 寸法をどのように保持するかを観察します。
AABBパッキングが、Replicatorのバウンディングボックスを動的に更新する様子を観察します。
Particle Countを増やし（このチュートリアルリグでは1万個に制限）パッキングを観察します。AABBはパッキングをより最適化しますが、Cubicパッキングより若干パフォーマンスが劣ります。
Ray Domain と Volume メッシュの可視性をオンにします。
Volume Distribution アイテムの1つを移動します。
次に Ray Domain アイテムを動かして、何が起こるかを観察します。
Ray DomainはDistributionがレイキャスティングを実行する場所をコントロールします。
Sample ModeがPreviewに設定されているときにステップ6と7を試してみると、結果がRay domain gizmoに束縛され、Volume meshのポリゴンを無視することが分かります。
8_VolumeDist_Fill_a_Bowl_.lxo
この例では球に立方体のパーティクルを充填するセットアップを紹介します。
チュートリアル
シーン内のパーティクルが球メッシュの「壁」内にどのように配置されているかを観察してください。
プロパティのInvert Normalsパラメータをチェックし結果を確認します。
レイキャスティングロジックを反転させたので、球にパーティクルが含まれているはずです。
Replicatorの一部が球と干渉しています。これを修正するにはVolume Contraint を1.0に増やして、交差を減らします。
Volume Contraint Mode を Replace に変更します。このパラメータのツールチップを見てください。
DistributionはWhiteNoise PSRandに設定されています。均一なBlueNoise Distributionsを試して、その違いを見てください。
チュートリアル終了
9_Surface_Projection_Example.lxo
タイムラインをスクラブすると、アニメーションが表示されます。
10_Surface_Projection_Weightmap.lxo
Plane メッシュを選択し、プロパティのWeight Mapにあるウェイトマップ「SurfDistWmap」を選択します。
PalmTreeScene.lxo
この数式ノードで使用する値によっては、かなり重いシーンになる可能性があります。そのため、クランプ関数は0.1〜5.0の間に値を制限しています。
このシーンでは、2つのSurface Distributionが使用されています。
また、Gound Planeにはウェイトマップが用意されています。いずれかの分布を選択し、ドロップダウンを使って選択します。ウェイトマップブレンドパラメータを使用して、それを微調整します。
参考
VIDEO
