案例 —— 怪物出水

一，Ocean Setup

二，Water Setup

解算前设置

解算设置

解算后设置

三，Meshing Setup

Meshing

剔除外围边界mesh

应用低频频谱变形并添加变形速度

为whitewater创建自定义的surface、vel

清理属性和组并缓存

四，Whitewater Source Setup

生成对白水影响的空气场

水面白水发射源粒子

角色身体白水发射源粒子

五，Whitewater Setup

解算控制

wedding缓存

合并缓存

六，Solaris Render

角色导入及环境预设

Surface导入

whitewater导入

创建海洋材质

创建白水材质

渲染分层

批量渲染

七，合成

一，Ocean Setup

设置海洋Surface Grid（使用Large Ocean工具架）

调节默认Grid的大小尺寸及细分（使用非常小尺寸来测试）；
调整频谱输入点的多少，频谱Grid Size，波浪方向，速度，起伏大小等等，以确定surface形态及动态；

按离相机远近细分Grid以展现足够细节，并删除相机额外的部分；

TriDivide

//转化为相机坐标
@P = fromNDC('/obj/camera', @P);

将频谱分为低频和高频（particle fluid mask）

高频用于渲染；

二，Water Setup

解算前设置

容器设置

使用预设的Tank设置，并根据角色轨迹，绘制交互范围；
- 目的是减少模拟区域，以提高解算效率；

容器及解算器参数调整

FLIP Container

设置粒子间隔为0.2，Grid Scale为2.2；
测试时粒子间隔可以适当调大（如0.6），以快速迭代；
由于是大尺寸镜头，可稍微降低体素精度Grid Scale（默认为2）；

添加vorticity、id、及relativedensity属性；

FLIP Sover

解算器最大子步为1（默认2）；
设置为FLIP(Swirly)模式；
Velocity Smoothing（0.01），以更加飞溅；

碰撞体设置

FLIP Collide，关闭Surface Collide（贵）；
FLIP Sover，使用Move Outside Collidion；
File Cache，缓存碰撞体以增加解算效率，Cache Frames预加载一帧以加速解算；
primitive（16bit），优化缓存大小；

由于ocean surface是有波浪变形的，而解算时的水面时未变形平静的，最后水面变形会与碰撞体不匹配的，解决方法有：

Guide Simulation，引入引导的surface和vel，会非常的慢；
对于比较平静的海面，可使用海洋频谱反向变形碰撞体，最后还原碰撞体；

注，可只模拟特定范围，以快速模拟测试；

解算设置

删除空中飞溅的小块，通过体素内粒子密度判断；
volume rasterize particles

添加阻力POP Drag（0.15）；
对分离的低密度粒子使用更高的阻力；
airresist *= fit(@ptdensity, 3, 8, 1, 0.05);
添加些噪波POP Force；
针对水面以上的粒子，低密度粒子或碰撞体周围的粒子；
float mask = fit(@P.y, 1, 2, 0, 1);
mask *= max(fit(@ptdensity, 6, 15, 1, 0), fit(volumesample(1,0,@P), 0.5, 2, 1, 0));
@nosemask = mask;
添加最大速度限制POP Speed Limit；

注，Gas Project Non Divergent Adaptive节点Error Tolerance默认非常慢，改为0.01；

解算后设置

压缩以减少缓存大小

Fluid Compress，压缩粒子及volume；

针对粒子压缩：

如相机相对稳定，也可删除相机外的粒子；
如pscale值一样，可转化为detail属性；
压缩属性值为16bit(attribute cast)，如v、vorticity；
删除不必要的属性；
Convert VDB Points，使用vdb存储点，以压缩数据；

针对volume压缩：

vel场可不用完全的精度，如降低2倍（VDB Resample）；
降低surface场激活体素（VDB Active SDF）；

三，Meshing Setup

注意避免水花和边界碰撞；
控制flip解算精度，避免添加过多的细节；大部分细节来自于whitwater；

注，取小范围解算粒子，以快速测试mesh；

Meshing

先解包vdb点，在还原pscale属性；
Particle Fluid Surface，Spherical模式会快很多；
- 可降低voxel scale以提高精度；
- 提高adaptivity自适应；
- 勾选过滤内的smooth，以控制表面凹凸不平；

注，如空中mesh大块太大，可调节pscale属性；还可根据粒子相对密度，来控制pscale属性；速度向下时，可认为已转化为白水；
//向下掉落时，越来越小
@pscale *= fit(@P.y,2,30,1,0.4) * fit(@v.y,-1,-13,1,0.6) * fit(@ptdensity,2,16,0.4,1);

注，通过v，对凹凸不平的表面模糊平滑（blur，deltamush）；

剔除外围边界mesh

根据绘制的边界曲线，压平y轴；
根据边界框和相机，剔除外围边界mesh；
控制边界v、vorticity；

float dist = xyzdist(1, @P);
float depth = volumesample(2,0,@P);
float multi = fit(dist,2,12,0,1);
if(depth < -1) i@group_keep=1;
@P.y *= multi;
@v *= multi;
@vorticity *= multi;

应用低频频谱变形并添加变形速度

在blast剔除前应用；
将频谱变形的速度，添加到解算速度上；

为whitewater创建自定义的surface、vel

对变形后的mesh生成surface、vel（vdb from polygon）；
降低vel场的精度vdb resample（降低2倍），调整激活范围vdb activate；
将这两个场存储为16位（primitive）；

清理属性和组并缓存

分开缓存mesh，和surface、vel（白水最关心此两个场）；
- 由于此两个缓存有许多共同的节点，单独缓存会重复计算；
- 针对用于白水的surface、vel缓存，可Cache Frames预加载一帧以加速解算；

//缓存water_surface节点时，先缓存water_fields
fieldsNode = hou.node('/obj/water_sim/water_fields/render')
fieldsNode.render(frame_range=(hou.frame(), hou.frame()))

四，Whitewater Source Setup

对缓存的surface/vel场，Cache Frames预加载一帧以加速解算；

生成对白水影响的空气场

以角色作为发射源，生成烟雾，模拟精度可适当调低；
使用水体surface场、角色，作为碰撞场；
- 应用于force_output接口；
使用Gas Vortex Confinement添加更多的涡旋；
对其缓存Cache Frames预加载一帧以加速解算；
限制最大速度；

float speed = length(v@vel);
v@vel = v@vel/speed * min(speed, 20);

水面白水发射源粒子

使用已经变形后的mesh，定义发射源区域（通过mesh的curvature，vorticity，v）；
- 使用默认whitewater source节点（使用解算后的压缩粒子）生成emission volume，不理想；
- 对发射区域模糊，以形成自然的过渡；

在发射区域scatter撒点，并删除不必要的属性（保留emission、v）；
- 对emission压缩属性值为16bit(attribute cast)；
- 并转化为vdb存储点Convert VDB Points，以压缩数据；
缓存此发射源粒子；

//控制发射区域
int pts[] = pcfind(0, "P", @P, ch("radius"), chi("maxpts"));

float curature = 0;
foreach(int pt; pts){
    vector closeP = point(0, "P", pt);
    vector Pdiff = normalize(@P - closeP);
    curature += max(0, dot(Pdiff, @N));
}

@emission = fit(curature, 0.1, 1, 0, 1) * fit(@vorticity, 0.5, 2, 0, 1) * fit(length2(@v), 8, 100, 0, 1);

增加白水发射源粒子并添加更多细节

解包发射源粒子vdb点；
对速度属性v，添加noise；
- anti-aliased noise，只改变方向，不改变大小；
- random，随机速度大小（0.9~1）；

添加粒子数量，point replicate；
- 通过属性控制复制的量，速度大的地方粒子复制多；
略微向速度方向移动下粒子，避免粒子太靠近surface；

@replicate = clamp(length(@v)*0.1, 1, ch('maxpts'));
@P += @v * 0.4/24;

由于解算的飞溅粒子，相对成块，在对位置添加些noise（attribute noise）；

为更像水花的结构，可在添加平滑（attribute blur）；

在使用point replicate增加粒子数量；

设置粒子寿命life；

@life = fit01(@emission, 2, 6) * fit01(rand(@ptnum+@Time),0.8,1.2);

角色身体白水发射源粒子

控制角色发射区域，为避免发射位置杂乱可先平滑模型；
使用peak稍微向外扩开些；
使用aanoise打破发射源并随时间删除发射粒子；

int pts[] = pcfind(0, "P", @P, ch("radius"), chi("maxpts"));

float curature = 0;
foreach(int pt; pts){
    vector closeP = point(0, "P", pt);
    vector Pdiff = normalize(@P - closeP);
    curature += dot(Pdiff, @N);
}
//曲率控制
@emission = fit(curature, -0.5, 0.1, 1, 0);
//方向控制，向下的面发射较少
@emission *= fit(dot(@N, set(0,1,0)), -1, 1, 0.2, 1);
//高度控制
@emission *= fit(@P.y, -3, -2, 0, 1);
//出水时间控制
@emission *= fit(@Frame, 1060, 1180, 1, 0.3);

@Cd = @emission;

五，Whitewater Setup

解算控制

使用默认的whitewater solver节点，不会有很好的控制（如air场）；直接使用POP solver节点，以获取更多控制；

添加重力POP Force，并通过粒子密度控制重力；；

force *= fit(@ptdensity, 0, 4, 0.6, 1);

删除水面过低不必要的粒子POP Kill；

//删除水面过低不必要的粒子
if(@P.y<-3.5) dead = 1;

邻近的粒子间速度会大致相同（通过张力等），通过转化的速度场实现；
- 可使用编译块，以提高运行速度；

@ptdensity = pow(volumesample(1,0,@P), 0.5);

float ratio = fit(@age, 0.5, 5, 0.5, 0.1);
@v = lerp(@v, volumesamplev(2,0,@P), ratio);

使用空气场驱动粒子，并通过粒子密度控制airresistance；

airresist *= fit(@ptdensity, 0, 3, 1, 0.2*rand(@id));
airresist *= fit(@age, 0, 0.8, 0.65, 1);

降低高密度区的点数，避免粒子过渡聚集；

//降低高密度区的点数，避免粒子过渡聚集；
if(rand(@id+532) < fit(@ptdensity, 8, 15, 0, 1))
    dead = 1;

对高密度区速度引入noise，以破开形态；

与水面交互，将水面内部的粒子推出到表面并附加水面速度（pop advect by volumes）；

@depth = volumesample(0, 'surface', @P) - 0.05;
if(@depth < 0){
    vector grad = normalize(volumegradient(0, 'surface', @P));
    @P -= grad * @depth;
}

与角色交互，角色相对高精度，将内部的粒子推出到表面；
- 反弹速度reflvel的切线速度（反弹速度减去法线速度）；
- 并随机融合些角色碰撞速度；

@depth = volumesample(0, 'surface', @P) - 0.05;

if(@depth < 0){
    vector grad = normalize(volumegradient(0, 'surface', @P));
    @P -= grad * @depth;
    
    vector collisionvel = volumesamplev(0, 'vel', @P);
    vector refvel = reflect(@v, grad);
    refvel -= grad*dot(grad, refvel) * 0.9;
    
    float bias = fit01(rand(@id + 145), 0.05, 0.15);
    @v = lerp(refvel, collisionvel, bias);
}

wedding缓存

为避免内存溢出，可分割发射源分开缓存（使用wedge）；
删除相机外和角色背后的粒子，以优化缓存（VDB Occlusion Mask）；
删除不必要的属性和组；
缓存时，记得缓存为不同文件夹；

`chs("basedir") + "/" + chs("basename")``ifs(ch("enableversion"), "/" + chs("versionstr"),"")`/wedge`@wedgenum`

合并缓存

File Merge，可将wedding后缓存一起加载；

六，Solaris Render

角色导入及环境预设

Reference导入对应的usd模型；

添加demelight，并添加环境贴图hdr；

默认karma渲染可能非常模糊，关闭Enable Depth of Field；

通过Correction Toolbar，设置ACES；

Surface导入

Ocean surface

将Ocean surface分为远近两部分，近景surface删除解算部分；
使用Ocean Evaluate（用低频low）变形surface，在不改变外形的情况下调整下采样（如3）；

FLIP Surface

计算用于渲染泡沫的区域（通过curature、vorticity、v）；
删除渲染时完全透明的点；

whitewater导入

对水面白水和身体白水分开，水面白水density为1，身体白水density为0.5；
通过标准化年龄和点稀疏度调整density；

//生命控制密度
@density *= fit(@normalize_age, 0, 1, 1, 0.05) * fit(@normalize_age, 0, 0.01, 0.5, 1);
//粒子稀疏控制密度，越稀密度越低
@density *= fit(@ptdensity, 0.5, 2, 0.5, 1);

轻微将粒子朝相机移动，以避免非常靠近角色或水面的粒子渲染丢失；

vector camP = point(1, 'P', 0);
@P += normalize(camP - @P)*0.1;

将粒子转化为VDB；
- 为渲染过的最大细节，可将每个像素对应一个体素（如相机分辨率为1920*820，则设置1920）；
- 直接添加运动模糊，包括本身运动和相机运动（避免创建速度场使用渲染器渲染生成运动模糊，效率低）；

//补偿相机速度
//将点x/y轴位置转化为0-1的区间，计算此区间点的前后0.25帧位置
@P = toNDC('/obj/camera', @P);

//在还原前后0.25帧的位置，即可计算相机运动
vector P1 = point(1, 'P', @ptnum);
vector P2 = point(2, 'P', @ptnum);
P1 = fromNDC('/obj/camera', P1);
P2 = fromNDC('/obj/camera', P2);

@v += (P2 - P1) * 24 * 2;

估计density场，计算并生成梯度场gradient，用于渲染反射；
创建低精度density（如1920/2），用于投射阴影和反射；

创建海洋材质

设置海洋材质表面着色（Classic Shader Core），设置对应的反射折射，无漫反射；
- 水材质，打破海洋表面的统一，对反射的specular roughness添加aanoise（使用rest并去除y方向的值）；
- 泡沫材质，在特定区域显示该泡沫材质；
  - 海洋表面随机aanoise区域，及高emission区域；
- 对飞溅出来的水块，影响真实性，这些水块周围会有大量白水，可通过透明度隐藏；
  - 由于透明会非常影响渲染，所以对那些完全透明的点提前删除；

设置海洋材质高频置换（Ocean Sample Layers）；

注，Render Geometry Settings以下置换参数非常耗资源，测试时可关闭；

创建白水材质

直接将basicwhitewater从默认材质库中复制到即可Solaris内材质库内即可；
- 对gradient场取反；
使用pyroshadercore替代volumeshadercore（无shadow color）；

渲染分层

对导入的角色引用，设置激活变量（如@swith_creature、@swith_bird），对应水面和白水使用switch节点切换，以便在分层时，根据此变量选择对应的对象；使用Edit Context Options节点选择对象；

karma_ocean_far，远处水面，注意要开点速度用于速度模糊，Dicing细分置换；
- primary samples：16，max secondary samples：4；
- diffuse limit：0，reflection limit：2，refraction limit：1；
- 压缩DWA-A,Lossy and Fast(32-scaline block)；
karma_FLIP，近处水面及解算水，使用低精度白水作阴影和反射；
- primary samples：16，max secondary samples：4；
- diffuse limit：1，reflection limit：2，refraction limit：1；
- 压缩DWA-A,Lossy and Fast(32-scaline block)；
karma_whitewater，白水，以水面和角色为遮罩（不需次级射线-diffuse&-reflect&-refract），可不考虑水面Dicing细分置换；
- primary samples：32，max secondary samples：1；
- diffuse limit：0，reflection limit：1，refraction limit：0；
- 压缩DWA-A,Lossy and Fast(32-scaline block)；
karma_bird，角色鸟；

注：为得到正确运动模糊（对变形动画），需让渲染器知道在当前帧之前和之后的时间采样，使用Cache节点；