Houdini 過程化地形系統（二）：基於UE4的FC5植被系統（1）

背景

經過以前的幾篇分析實踐，已經基本打通了UE4的Houdini植被管線部分，並對Far Cry5（簡稱FC5）的植被系統的需求作了整理，在接下來的幾節中，會關注於如何使用Houdini基於UE4來開發相似FC5的植被生成系統。這裏按工具製做流程分爲幾個部分來作闡述。

1. 使用Houdini開發相似FC5裏的Generate_Terrain_Entities的HDA節點
   
2. 修改Houdini Engine，讓Generate_Terrain_Entities的Input和Output能夠支持在UE4裏生成植被
   
3. 進一步優化Houdini Engine，可讓關卡設計人員能夠在UE4 Editor裏更加靈活和方便的修改
   

本節的目標就是如何開發一個 Generate_Terrain_Entities的HDA節點，並在Houdini裏實現相似上圖中FC5的效果，大體流程分爲：

• 建立HDA面板，爲內部的過程化實現建立參數關聯
• 根據Viability中選擇Terrain Data以其餘的過程化生成的2D data，肯定植被的生成範圍
• 根據Density，Sizes，Scale，Color，Rotation等面板參數，來生成Point Colud，以及Point對應的旋轉，顏色，縮放等信息。
• 多個HDA鏈接，每一個HDA表明一種植被類型。並實現按照Viability範圍和優先級的選擇正確的Species。
• 根據最終的PointCloud，用Copy to Point節點作植被的Instance化

面板製做

首先要作的，是建立一個 Generate_Terrain_Entities的SOP節點，而且HDA的參數面板和Input/Ouput，這裏先建立一個SOP節點，

參考FC5，建立一個相似的 Generate_Terrain_Entities的參數面板和Input，Output的輸出。

參數面板就和FC5文檔裏介紹的同樣，具體作法就很少作敘述了，稍微有些Houdini經驗的美術均可以實現。

參考FC5把Input  Laber 設置爲2個，Output爲3個，Input Output接續的數據在下圖有註釋。這樣把每一個Speices連接連接在一塊兒，具體如何起做用的在後文會有介紹。

複製完參數面板後，就是要實現根據參數來生成植被的Point Cloud信息的功能了，在以前管線裏已經提到過，Point Cloud是使用Scatter節點，基於Heightfiled Mask的信息來生成的。接下來的目標就是如何根據植被系統的設置，正確的生成所對應的Mask。

肯定生成區域

FC5的植被系統的生成區域來源主要是兩部分，一個是基於地形數據生成的各類Mask數據，例如AO，Flow，Slope，這些Mask一般肯定植被會生長在哪些區域，

另一種就是直接導入的2D數據，好比場景美術手繪的區域，以及一些在引擎裏經過其餘的過程化工具生成內容，好比街道，水塘的Mask，保證這些區域不會有植被放置。

把這不一樣Mask的組合根據規則和麪板參數作數學組合，就得出最終的生成區域結果，這裏簡單的介紹下如何使用VEX腳本結合Houdini的節點來實現功能。

首先是 AO，Flow，Slope，Direction（Sun or Wind）等Terrain Abiotic Data的生成，這些大部分能夠用Houdini自帶的節點來生成

AO的生成，這裏使用官方論壇上的一個OpenCL加速的heigtfiled AO節點，連接地址： https://www.sidefx.com/forum/topic/54318/?page=1#post-243847

Altitude能夠直接讀取height信息，但由於一些特殊的緣故，height的最低值並不必定爲0，這裏使用了一個Python節點，調用terraintoolutils.computeInputRange的函數來得到height的範圍

這裏增長一個altitude的Attribute的Ramp，用來獲取制定範圍內的高度信息

在 Generate_Terrain_Entities內部，在名爲Mask的SubNetwork裏主要作這些各類Mask的處理工做

這個示例Vex代碼裏，迭代每個Attribute的Ramp的Mask，而後合併到一塊兒。爲了簡化有些功能沒實現到Vex裏，好比每一個Attribute的Toggle開關和Power值的判斷，不一樣的Attirbute，例如Altitued還要作一些特殊處理等等。另外FC5能夠支持多組Combined Data後的Data Group再作二次Combine。最終會是雙重循環的形式。

下圖的效果就是隻有一個 Altitude（Height） Attribute的效果。

    

接着，在單獨加入一個Slope的Attribute的效果

最後獲得兩個Attribute合併的效果。

這樣，houdini的生成區域的基本功能就完成了，後面就能夠參考FC5，基於flow，direction等信息，製做出不一樣的植被生成區域的pattern

除此以外，FC5中還有一些用過程化工具生成mask要作爲exclusion區域來使用，

好比這裏把生成water的區域，做爲 exclusion mask。

把exclusion mask做用到Alittude Attribute上，

就獲得了 exclusion後的結果。

除此以外還有Noise，FC5的Noise的Size是受地形法線影響的，這根據Volume中height的位置，來取得height mesh裏對應的Point的Normal，根據Normal的Y值來控制生成Noise的Size。

這樣，不一樣坡度的噪聲大小也不一樣。下圖就是water和altitude attribute以及noise共通做用的結果。

最後獲得的Mask，就是對應的植被生成區域。接下來就要根據Mask，來生成植被的Scatter Point Cloud了。

生成Point Cloud

基於HeightFiled Mask來生成Point Cloud，一般使用HeightField Scatter就能夠實現，

而FC5的植被系統裏，仍是要考慮植被的Size和Age參數，來肯定最終的Point Cloud，這裏使用下面兩個Attribute的Data Group來做爲植被的生成信息

下圖就是獲得的Viability的信息。

接下來，須要把V iability Mask用SDF的方式轉爲Age的mask

經過convertvolume和isooffset節點，用SDF方式從新生成Age Mask

接下來，經過Density面板，來配置密度，而後把Density寫入到HeightFiled的Mask裏（也能夠本身新建一個volume來保存）。而經過Density Ramp來控制不一樣Size植被的密度值，也就是Age（Mask）越小的外圍的小樹，密度越高，而Age（Mask）比較大的樹林中心的大樹，密度會比較小。

把Density值做爲Density Attriube傳入到Scatter節點，同時輸出Point的Radius屬性。

這樣就獲得了初步的Point Cloud，以及對應Point的Size，Pscale的信息。

而後，經過Size面板，設定不一樣等級的植被的具體大小。

以及對應的植被的顏色值。

就獲得了帶有具體Color和Transform信息的Point Cloud.

再經過Copy to Point節點，用Debug Tree進行測試，這樣就獲得了一種植被的Scatter結果。能夠看到Age信息外圍顏色較淺的樹木密度相對較大，尺寸也較小，而Age信息內部的顏色較深的樹木則尺寸比較大，散佈的也相對稀疏一些。

這樣，一種植被的生成功能已經初步完成，但生態系統裏，仍是要考慮多種植被的共通生長的競爭關係。以及同一種植被之間的競爭關係。這就須要實現FC5裏經過對 Viability Radius的判斷來選擇Species的功能。

根據Viability選擇Species

FC5使用的方法，是根據 Viability Radius和Viability強度，來肯定一個範圍內生成哪一種植被。

這個實現也比較簡單，先獲取一個Point Radius範圍內的所有Point，把Viability相對較小的剔除掉就能夠了。

這樣，在以前的演示的植被效果下面，再增長一個HDA節點。生成Species B

Species B的生成信息以下。

這裏 Species B的Viability值比 Species A要高

這樣， Species B和Species A混合在一塊兒後，Species B會把Viability Radius裏的Species A剔除掉

增長密度後，2種植被的佈置效果。

最後像FC5這樣，把地貌的生態環境中的每種特定位置的植被用HDA文件一一描述再串聯起來，就能夠構成區域複雜的植被體系了。

總結

這樣，就初步實現了FC5的 Generate Terrain Entities的基礎功能，但欠缺的地方仍是不少的。

• Density，Size，Age等參數使用以及規則上，須要去對應最終的遊戲世界的尺寸作修改。
• 如何更優雅的與UE4的FoliageSystem結合，須要再Houdini Engine裏作進一步的擴展
• 算法上的調試，優化，也須要基於具體的製做示例來進行
• 像Rotation，TerrainData的輸出，在以前幾節有過介紹，在後文與UE4的整合裏也會有進一步的改進。

在下一節裏，在介紹如何使用 Generate Terrain Entitie在UE4裏製做效果的同時，進一步的優化和改進 功能。