Houdini技術體系基礎管線（三）：UE4以選擇區域的方式對地形作生成和更新上篇

時間 2019-11-06

標籤 houdini 技術體系基礎管線 ue4 選擇區域方式地形生成更新上篇简体版

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背景

前一節裏，解決了Houdini地形無縫導入到UE4的流程問題。但這種方法也有它的侷限性，在實際遊戲項目裏，LA和LD仍是偏向在遊戲引擎編輯器裏工做，他們的一些設計也會影響到地形的信息，那麼就須要Houdini對已經導入UE4中並Bake成Landscape的地形資源作二次修改。一般會選擇兩種方案：

方案一：把整個地形和建築都導回到Houdini裏，從新過程化和調整生成後，再所有導入回UE4作處理。
方案二：使用HDA節點的Input和Output，經過調用Houdini Engine API，直接在UE4裏完成調用Houdini過程化節點對地形作修改。

這裏方案一不但要求美術和策劃對Houdini有必定了解，並且由於Houdini裏和引擎的渲染效果不一致。可能還須要導入到UE4裏才能看到最終效果，大地形還要作 WorldCompositon和 LandscapeStreamingProxy的生成。除了地形之外的的場景和建築部分，還會和GamePlay以及優化顯示邏輯相關，一般會包裝成BP或Prefab的形式，這些東西要導入Houdini再導回也不只僅是資源處理的工做。這麼看方法一是很是費時費力的方法。這也致使了國內一部分項目雖然是把Houdini的地形引入到製做管線裏，但也僅僅是做爲WordMachined的替代品，並不能徹底發揮Houdini的所有功能。

因此，咱們的目標仍是方案二的開發方式，除了第一次在Houdini裏作完初始地形導入到UE4裏生成 WorldCompositon後，就再也不須要從新導回到Houdini，而是在UE4裏調用預先封裝好過程化功能的HDA節點來完成功能。這也是近年來Ubisoft在Tom Clancy’s Ghost Recon: Wildlands和Far Cry 5裏使用Houdini的方案。具體案例在GDCVault上有GDC2017和GDC2018的相關視頻，這裏的目標也是要UE4裏用相似他們的方法來實現功能。

圖：Far Cry 5的地形編輯工具示例。能夠直接在編輯器裏調用Houdini功能對地形作修改。

可是使用原生的UE4 Houdini Engine的前提下，無縫大地型的UE4內部修改仍是會有如下幾個問題：

雖然Houdini Engine支持Landscape的讀回到Houdini，但他Output只支持使用回讀的Landacape Data信息建立一個新的Landscape：

每次修改，都要從新跑一遍上節提到的生成WorldCompositon和LandscapeStreamingProxy的過程，從新對地形對切割，仍是很是耽誤時間
雖然提供了基於Landscape Component的Input，但Output時每一個Component會Cook成一個landscape，致使生成多個Component。

在原生配置下，即使只處理一部分地形的迭代也必須把整個Landsacape Data經過HDA Input到Houdini來進行處理：

假如使用Houdini裏讀入8x8k的地形，內存佔用和過程化處理和交換數據量都會變大，從而致使Cook時間變長，下降迭代的速度。
不能基於Componment的控制生成範圍，那就須要給HDA額外加入一個選擇區域的Input，致使美術工做上變的更加繁瑣。

很難在UE裏作資源的版本管理，也不方便多人合做地形

對前面提到的一些概念和方法不瞭解也不要緊，我接下來會用示例還原這些過程，直到最終的目標方案的原型，也就是 Far Cry 5的功能效果。

圖 Far Cry 5 地形編輯器，能夠選擇一個Terrain的Section或Sector區域來作過程化生成，極大的減少了處理和引擎與Houdini交換的資源量。

時間和篇幅的緣故，本節會分爲上下篇，上半部分主要是在如何修改Houdini Engine源碼，能夠在UE4裏基於Landscape Component進行小規模的迭代迭代的功能，下篇則是實現Houdini Engine管線的基礎上，如何製做HDA節點，實現各類不一樣的編輯效果。

使用Houdini製做閉環

本節繼續使用上一節的場景資源作做爲測試用例，講解一些HDA Input基礎知識，讓沒有Houdini開發經驗的程序人員也能很快接手Houdini Engine的改造。首先建立一個用來開發調試用的HDA節點，它的功能就是能夠選中UE4場景裏的一個Landscape做爲Input，經過Houdini Engine把UE4 Landscape Height Data和Layer Data 轉換爲Heightfiled Height和Mask Data傳入到HDA，在HDA裏不作任何處理直接輸出原始的Height和Mask,再次通過Houdini Engine生成UE4的Landscape Data。

下圖就是一個Houdini閉環處理地形的流程展現，不須要打開Houdini，在UE4裏就能完成閉環的操做。

如何建立一個SOP（Surface OPerators or geometry nodes ）類型的Houdini Node Input的流程，Houdini Engine的官方文檔裏也有講解 https://www.sidefx.com/docs/unreal/_inputs.html

方法一，Houdini裏File->New Asset，按下圖的建立一個新的Operator

方法二建立一個Gemotry節點，Create Digital Asset，在HDA的Parameter裏添加一個Operate Path的參數，把這個參數的與Object_Merge的Object作關聯。

不論用這兩種哪一個方法制做均可以獲得這個HDA文件，把它加入到UE資源並拖入到Level的話，按下圖那樣把 Input類型選擇爲Landscape Input，就能夠選擇要處理LandscapeStreamingProxy。而勾選上最下面的「Export Selected Landscape Components Only 」，就能夠把Landscape Component做爲Input輸入給Houdini。但就像一開始提到的，原生Houdini Engine的這個功能並不能知足咱們的需求。

基於component的更新的問題

以下圖所示，原生UE4的Landscape的是支持多選Component Selection的，Houdini Engine也是支持多個Landscape Component 的Input。

選擇4x4個Component做爲要處理的Landscape信息，而後用Recommit看下結果.

以下圖所示，雖然在效果面上，Houdini Enine把讀入的LandScape Data轉成HeightField Data 輸入給Houdini又沒有絲毫偏差的的Output後轉爲 LandScape Data，但Houdini Engine把這16個Component建立成了16個Landscape，這明顯不是想要的結果。

另外要注意的是，新建立的Landscape的Transform和老的Landscape的Transform也不同，這是Houdini和UE4的高度信息單位不一樣致使，這個問題也會在後面修改Houdini Engine時形成必定的困擾。並且原生的 Component多選功能在Height和Mask更新上也會有一些問題。另外預先提到的一點，雖然Houdini Engine的Landscape的更新上有以上各類問題，但相似讀取Landscape的信息來動態擺放，生成植物生態系統等不會修改LandscapeData的功能並不會受影響，這個具體的HDA開發也會在下篇裏涉及到。

圖：相似FarCry5根據選擇地塊的Mask信息生成植被的管線，原生的Houdini Engine也是能夠勝任的。只須要一些Houdini HDA的功能開發就能夠了。

定製Houdini Engine支持基於Component的生成和更新

由於時間和篇幅關係，這裏提供一個不須要修改UE4源碼，只少許修改 Houdini Engine就能夠解決問題的方法，先進入到UE4的Houdini Engine Plugin工程代碼裏。

和Landscape相關的功能，是在HoudiniLandscapeUtils和HoudiniEngineUtils裏，建議有時間仍是全看一遍，這裏用註釋簡單描述下整個數據流程方便定位問題。

Input部分：

調用FHoudiniLandscapeUtils:: CreateHeightfieldFromLandscapeComponentArray函數，把選擇的Landscape Component的Height Data信息轉爲Houdini的HeightField Data。

1. Extracting the height data

2. Convert the height uint16 data to float

3. Set the HeightfieldData in Houdini

4. Extract and convert all the layers

// 1. Extract the uint8 values from the layer

// 2. Convert unreal uint8 to float

// 3. Set the heighfield data in Houdini

Output部分：

當數據在Houdini裏處理完成後，調用 FHoudiniLandscapeUtils:: CreateAllLandscapes基於Houdini的volume數據生成Landscape。

// First, we need to extract proper height data from FoundVolumes

// Check that all layers/mask have not changed too

// Extract the Float Data from the Heightfield

// Convert the height data from Houdini's heightfield to Unreal's Landscape

// Look for all the layers/masks corresponding to the current heightfield

// Extract and convert the Landscape layers

// Create the actual Landscape

定位到 FHoudiniLandscapeUtils::CreateLandscape函數裏，它的核心功能把轉換後的的uint16的Landsacpe的Height信息（TArray< uint16 >& IntHeightData）和Layer信息（TArray< FLandscapeImportLayerInfo >& ImportLayerInfos），經過調用UE4的ALandscapeProxy::Import來生成一個全新的Landscape。

這裏選擇的解決方案是不建立新的Landscape，把HeightData和LayerData作適當的封裝，直接使用FLandscapeEditDataInterface的SetHeightData和SetAlphaData輸入到須要修改的Landscape的對應Component的數據作更新。

Layer Data的處理方法

爲了講解簡單起見，直接在CreateAllLandscapes函數的後面加上這部分功能。其中的Height Layer的更新相對簡單，把以前Import用的TArray< FLandscapeImportLayerInfo > ImportLayerInfos的數據對應的用LandscapeEdit.SetAlphaData傳給老的Landscape就能夠了。

// Set Layer Data
for (int32 LayerIndex = 0; LayerIndex < ImportLayerInfos.Num(); LayerIndex++)
{
    LandscapeEdit.SetAlphaData(ImportLayerInfos[LayerIndex].LayerInfo, 
    SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().X, 
    SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().Y, 
    SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().X + 
    SelectLandscapeComponent->ComponentSizeQuads, 
    SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().Y + 
    SelectLandscapeComponent->ComponentSizeQuads, 
    (uint8*)ImportLayerInfos[LayerIndex].LayerData.GetData(), 0);
}

而後選中一個Component，給HDA配置上Landscape材質，以及一個HeightField Mask Noise節點，給地形的Groud信息圖層信息增長一些噪聲。

左邊是處理前的效果，右邊是增長噪聲後的效果。

能夠看到，這裏已經把Houdini處理過的Height Mask信息寫回到了UE4本來的Landscape Layer上，實現了目標的效果。

Height Data的處理辦法

和處理Layer Data的方法相似，把Houdini Engine Output的（ TArray< uint16 >& IntHeightData）用LandscapeEdit.SetHeightData函數傳回給Landscape Component。

ULandscapeInfo* LandscapeInfo = 
SelectLandscapeComponent->GetLandscapeProxy()->GetLandscapeInfo();
FLandscapeEditDataInterface LandscapeEdit(LandscapeInfo);

int Num = IntHeightData.Num();
for (int i = 0; i < Num; i++)
{
    // Convert Transform 
    IntHeightData[i] = (IntHeightData[i] - ZeroValueInDigit)* 
    SelectLandscapeScale.Z / OldLandscapeScale.Z + 32768.f;
}
// Set HeightData
LandscapeEdit.SetHeightData(SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().X,
    SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().Y, 
    SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().X + 
    SelectLandscapeComponent->ComponentSizeQuads , 
    SelectLandscapeComponent->GetSectionBase().Y + 
    SelectLandscapeComponent->ComponentSizeQuads , 
     (uint16*)IntHeightData.GetData(), 0, false );

Convert Transform註釋部分的處理，是由於通過從新處理後Houdini的Height Field的Data Range和以前的發生了變化，致使ConvertHeightfieldDataToLandscapeData裏生成的HeightData和Transform信息和Input時的Transform信息不匹配，ZeroValueInDigit和OldLandscapeScale.Z分別表明了新地形的Transform信息。須要把兩個Transform信息的差別對HeigtData作修正，才能把正確的Height Data寫回到Landscape。若是你發現寫回的地形總體高了一塊或低了一塊，或者高度比例和原來不一致，那一般就是這個HeightData的還原處理出錯了。因此原始的Landscape Transform也要儘可能標準，例如本節示例裏初始Landscape的Transform就作的儘可能正規化

看下修改代碼後的效果，選擇一個Landscape Component地塊，在HDA節點裏增長一個Heightfiled Noise的節點，對Landscape Height Data作一些輕微的噪聲修改：

左側是未處理的，右側是處理完的。能夠看到地塊有了噪聲的高低差的效果。

繼續作一個Height Field Erode的測試，用TimeShift來控制Height Field Erode的演算幀數。

下圖結果是 TimeShift = 30 和 TimeShift = 60的效果對比。基本上實現了用Houdini Engine對一個Landsape Component的修改功能。可是問題也很明顯。處理的Component和未處理的Component的邊緣高度沒法很好的銜接。距離推上生產線，還有很多功能須要開發和支持。