ベンチマークバレー

これは、3Dアプリケーション用のコンテンツを生成するための手続き的方法に関する記事の2番目と最後の部分です。 ここで最初の部分を見つけることができます。



この部分と前の部分には、作成したソース資料をダウンロードするためのリンクがあります。プロジェクトで自由に（変更の有無に関係なく）使用できますが、純粋な形式および/または一部として販売/配布することはできませんまたはライブラリ。



これらのソースファイルはすべて、特別な準備、処理、または最適化を行っていないため、実際の状況を装飾しないように注意してください（多くの場合、時間の節約のために作成されたソリューションの汎用性/利便性を犠牲にする必要があります）。



今回は、できるだけ早く大量の写実的なコンテンツを作成するために、Valleyベンチマークを作成するために使用したツールとテクニックについて説明します。



ベンチマークを無料でダウンロードするか、単にビデオを見るだけで、 ここで行ったことを評価できます。







したがって、このプロジェクトに取り組んでいる間、作成されたオブジェクト（山から牧草地の花まで）の規模の広い広がりと高レベルの詳細で、8 x 8キロメートルの最もリアルなシベリア山谷を作成するタスクに直面しました。



生産に直接進む前に、作成のアプローチの原則に従って、必要なすべてのコンテンツを分割しました。

1. 石、木、草、花などのメッシュとテクスチャ
2. 風景（およびその上のさまざまなオブジェクトの分布のマスク）
3. 特定の効果、いくつかの自然現象、オブジェクトのテクスチャ

最初の段落で指定されたコンテンツがほとんどの場合、従来の3Dモデリングおよびテクスチャリングツールによって作成される場合、段落2および3にリストされている項目には、手続き生成ツールが使用された特別なアプローチが必要です。



たとえば、 World Machineプログラムは、ランドスケープとオブジェクトの分布マスクを生成するための特別なツールとして使用され、 Filter Forgeプログラムは次のものを作成するために使用されました。

• 雲のテクスチャ
• 苔のテクスチャ
• 風塵効果
• 発光ダストサスペンション効果
• 汚れたレンズ効果（レンズフレアダート）

雲

バレーベンチマークでのビルボードクラウド

Unigineエンジンには、物理​​的に正しい動的に変化する雲（物理ベースの体積雲）と、必要な場所に希望する形状の静的雲（ビルボード雲）の両方をシミュレートするツールがあります。



ビルボードクラウドを作成するためのツールを使用すると、ビルボード（ビルボードは常にカメラに向けられるポリゴン）の配列をランダムに作成し、指定されたパラメーター（数量、ベースサイズ、サイズの広がりなど）に従って元のバインドメッシュで埋めることができます、さらに、個々のビルボードの位置を変更するまで、すべてのパラメーターを操作します。

Unigine Engineでビルボードオブジェクトパラメーターを設定する

結果として得られるポリゴンの配列を雲に変えるために、グローバルな光源（太陽）からの照明と光の散乱を考慮して、特別なマテリアルが割り当てられます。 このマテリアルは、個々のビルボードにランダムに割り当てられたいくつかの半透明の雲の断片で構成される拡散テクスチャを割り当てます。



クラウドフラグメントの拡散テクスチャは、Filter Forgeエディターの手続き型ツールによって作成されました。

ビルボードクラウドが生成されるボリュームのメッシュ（上）と拡散クラウドテクスチャ（下）

clouds_variation.ffxmlをダウンロードします

石の上のコケ

谷のベンチマークでの石の上の苔

石にコケを作成するために、Unigineは2つのマテリアルを組み合わせることができる特別なマテリアルを使用します。その1つは、ワールド空間のマスクの2番目のマテリアルに投影されます。

コケの材料パラメータ

この材料の利便性を過大評価することは困難です。石のテクスチャでコケを焼くだけで、すぐに自由に回転する能力が失われ（3軸すべてに沿って）、これらの石を風景に配置する（コケを石の上にのみ配置する必要がある）ため、必要なものも失われるためシミュレートされた自然なオブジェクトのランダム性。これはすぐに目を引き、一般に、結果の画像のリアリズムに悪影響を及ぼします。



コケの破片の形状は、2つのテクスチャによって決定されます-ランドスケープの表面全体に固有のラフマスクと、ディフューズテクスチャの詳細ではあるが（タイル化のために）繰り返されるアルファチャネルです。 これらの2つの初期透明度の値は乗算され、結果は、サーフェス上の各ポイントで詳細で一意の苔のパターンになります。



この自然オブジェクトのすべてのテクスチャ（法線マップを含む）とマスクは、Filter Forgeで生成されました。

拡散（上）、通常（中）、不規則性（下）苔テクスチャ

moss.ffxmlをダウンロードする



この材料を使用すると、オブジェクトの錆、腐食、カビを簡単にシミュレートできます。

レンズフレアの汚れ

レンズフレアの汚れの影響

Unigineエンジンには、明るい光源でカメラレンズのレンズの照明をシミュレートする効果があります。 実際には、完全にきれいでレンズさえないので、それらに小さなほこり粒子が存在すると、照明中に非常に特徴的な視覚的アーチファクトが発生するため、よりリアルに、レンズの汚れテクスチャを使用する機能を追加しました。



この効果に必要なテクスチャは、Filter Forgeを使用して実装する方が簡単で便利でした。

汚れたレンズ効果を作成するために使用されるテクスチャ

lens_dirt.ffxmlをダウンロードする

風景

大きな屋外シーンを作成することは、風景とその上にある多くのオブジェクトをリアルタイムでレンダリングするという観点と、そのようなシーンのコンテンツを作成するという観点の両方で、かなり難しいタスクです。

Unigineには、これらの目的のために次のことができる多くのツールがあります。

• リアルタイムレンダリングに適した任意の大きなサイズのランドスケープを作成します（ツールに加えて、そのような機能はエンジンに実装された非同期データロードによって提供されます）
• マスクによってランドスケープ上のオブジェクトの配列を手続き的に配布します
• 雲、星、雨、海の形成、大気光の散乱の調整など

大規模なオープンスペースのコンテンツを作成する前に、実装するエリアの写真を含む参照資料をできるだけ多く収集することをお勧めします。 地上画像と航空写真の両方が役立ちます。 収集された参照資料を分析するには、地球の表面の形成に関与するプロセスを理解する必要があります。手続き型ランドスケープジェネレーターでの作業には、最良の結果を達成するためにそのようなことを理解する必要があります。



Unigineエンジンのランドスケープは、カメラの遠隔の度合いに応じてグリッドとテクスチャの詳細レベルを動的に変更するオブジェクトであり、視界の長い範囲（40キロメートル以上）で最適なパフォーマンスを実現します。

動的に変更された地形機能

Unigineエンジンでランドスケープを作成するには、次のソーステクスチャが必要です。

• 高さマップ-地形（地形の各ポイントの高さ）を記述する16ビットのグレースケールテクスチャ
• 拡散マップ-ベースカラーを定義するテクスチャ
• マテリアルマスク-特定のマテリアルの詳細領域を定義するテクスチャ（以下を参照）

法線マップは、高さマップのエンジンツールによって自動的に作成されるため、必要ありません。



ランドスケープを詳述するために、追加のマテリアルが使用され、そのテクスチャはその表面全体にタイル張りされ、これらのマテリアルの混合（ブレンド）の度合いはマスクによって設定されます。 このようにして、必要な表面特性は、草、砂、石、またはその他の種類の表面であっても、適切な場所に伝えられます。



上記のソーステクスチャを作成するために、特殊な地形生成プログラムがあります。 そのようなプログラムの1つがWorld Machineです。

ワールドマシン

このプログラムには、他のプログラムと同様に欠陥がないわけではありませんが、結果の品質、ノードアーキテクチャ、必要な機能の豊富なセットなど、いくつかの理由で他のプログラムから選択しました（記事の最後のリストを参照）。 それとは別に、ランドスケープテクスチャの小さなセクションを選択的に計算する機能（計算時間を節約するため）に注目する価値があります。これにより、詳細を処理するときにすばやく反復することができ、作成されたコンテンツの品質が著しく向上します。



ランドスケープテクスチャを作成するプロセスは、3つの段階に分けられます。

• 基本的な地形テクスチャの作成
• 風景を詳述するための マスクとオブジェクトを配布するための マスクの作成
• 拡散風景テクスチャを作成する

各ステージについて、World Machineでグラフが作成され、次の各ステージは前の計算の結果を使用します。 もちろん、World Machineはかなりスマートなプログラムであり、ノードのパラメーターを変更する場合、Filter Forgeとは異なり、これらの変更が影響したグラフのブランチのみをカウントしますが、ファイルを再度開くと、この計算は最初から完全に実行されます。 また、たとえば、侵食の結果の計算は非常に複雑であるため、作業の利便性に加えて、さまざまな段階に分割することで時間を節約することもできます。

基本的な地形テクスチャの作成

ランドスケープのすべての基本的なテクスチャを形成するWorld Machineでカウント

terrain_height.tmdをダウンロードする



ランドスケープを形成するグラフの中心には、異なるスケールの3つのノイズジェネレーターがあり、それらの計算結果が組み合わされて、ベースサーフェスの大、中、小の要素がそれぞれ形成されます。





窪みに近づくと、表面の丘陵性が広がります。これは、フィルター（およびWorld Machine用語ではデバイス）で山の周りの領域を拡大することによって再現されます。





結果として生じる丘の横には、小さな詳細な岩が追加されます-侵食後の山の遺跡：





Terraceデバイスは棚を追加し、ノイズを発して効果の規則性を排除し、表面の高さと角度によって制限されます。





侵食が追加されます。 これはWorld Machineで最も重要なデバイスであり、水、風、温度​​の影響下での土壌の破壊と移動のプロセスをシミュレートするように設計されています。 それがなければ、風景全体が現実からかけ離れた混合手続きノイズのセットにとどまるでしょう。





波状の地上変位が追加されます。 重力と侵食プロセスの影響下で、土壌は傾斜した表面から低地に滑り込む傾向がありますが、その中にある多数の樹木や植物の根のために、このクリープは山塊全体で発生し、それは地表のfoldを通して視覚的に現れます。 （必要なエクステントのインストールを介して）ランドスケープの指定された部分のみの結果の計算を実行する機能は、World Machineでこの効果をより詳細に形成および解決するのに役立ちます。





雪は山の頂上に追加されます。 これは主にSnowデバイスによって行われます。これにより、強度、量、風向などのパラメータを考慮して、雪の蓄積の効果をシミュレートできます。





この段階で得られた結果は、World Machineによってラスタライズされ、ファイルに保存されます。 結果は、高さマップ、侵食マップ、積雪厚マップです。

高さのマップ（上）、侵食のマップ（中央）、積雪厚のマップ（下）

風景の詳細マスクの作成

バレーベンチマークでは、次のタイプのサーフェスを送信する4つのマテリアルを使用して、ランドスケープを詳述しました。

• 雪（雪マスク）
• 石（岩マスク）
• 草マスク
• 岩（ロックマスク）

ランドスケープ上のこれらのサーフェスのマテリアルの可視性を決定するマスクも、前の手順で取得したテクスチャからWorld Machineで作成されます。

必要なすべてのマスクを形成するWorld Machineでカウント

ダウンロードterrain_masks.tmd

スノーマスク

風景の表面の積雪のマスク

雪のマスクは、雪の厚さの初期マップの強度が雪のサイズと数を決定するように形成されます（元のテクスチャのピクセルが暗いほど、数とサイズが小さくなります）。

石の仮面

風景の表面に広がる石のマスク

侵食マップは、侵食された土壌の流れがどのように流れているかを示しています。 石のマスクを得るために、風景の表面の傾斜が大きい場所はそこから取り除かれ（原則として、そのような表面の石は残りません）、低高度で傾斜が小さい領域は取り除かれます（これらの場所では細かい堆積岩、土壌、土壌が支配的です）。

草マスク

風景の表面に広がる草のマスク

このマスクでは、積雪がすでに始まっている高さは除外されます。



自然界では、草は土の上で成長します。これは、岩の多い表面や急な表面では長持ちしません。それぞれ、傾斜の大きい場所は高さマップから除外されます。



侵食マップから、堆積岩が滑る場所に関する情報が得られます。 この岩がより活発な特定の高さ（転がり、滑りのある岩）では、草はあまり活発に成長しません。 草の分布のマスクを形成する際にも、これはすべて考慮されます。

岩の仮面

風景のロッキーフェイスマスク

ロックマップは、他のすべてのマスクを除外することによって取得されます。

オブジェクト配布マスクの作成

ツリーマスク

風景の表面上のモミの木の分布のマスク

ツリーマスクは、草のマスク、高さマップ、および手順で生成されたいくつかのノイズから作成されます。これにより、トウヒの木は高地に位置しますが（草はまだ成長します）、松は中程度の高さになり、白chの木は窪地と平野にあります。



すべてのツリーマスクは相互に排他的であるため、フォレストゾーンは明確に分離されています。 小さな交差点は、隣接するエリアでのみ見つかります。



その結果、トウヒ、トウヒ、マツ、カバノキの4種類の木を配置するために使用できるマスクを取得します。

花の仮面

ヒナギク（上記）およびヤナギラン（下）の分布上のマスク

カモミールマスクとブルーミングサリーマスクは、手続き型ノイズを芝生マスクに追加するだけで得られます。

低木マスク

景観上の潅木分布マスク

低木のマスク（ブッシュマスク）も草のマスクから作成されますが、侵食マスクの助けを借りて、より多くの水が蓄積する可能性のある場所を考慮し、石が配置されているゾーンを切り取ります。

ストーンズ

石、玉石、岩を配置するには、既存の石マスクを使用します。

拡散風景テクスチャの作成

拡散した景観テクスチャを形成するWorld Machineでカウント

ダウンロードterrain_color.tmd



カラーテクスチャは、前の手順で取得したマスクを組み合わせて作成されます。 さまざまな色が混合され、ノイズが追加されます。



そのため、たとえば、緑と乾燥の2種類の草が追加されます。 緑の草は、低地、乾燥した丘の上に広がっています。 森林の下の風景を視覚的に暗くするために、木のマスクがそれに重ねられます。



必要に応じて、PhotoshopまたはGIMPで必要な色調整が行われます。

結果として生じる拡散風景テクスチャ

マスクによるオブジェクトの配置

MeshClutterオブジェクトパラメーターの構成

必要なテクスチャとマスクをすべて受け取った後、ランドスケープが生成され、必要なすべてのマテリアルが設定されます。準備されたオブジェクト（木、石、草、花、低木）をすべて配布するだけです。



このような膨大な数の小さな（ランドスケープと比較して）オブジェクトを手動で配置するのにどれくらい時間がかかるか想像するのは困難です。 したがって、時間を節約し、レンダリングを最適化するために、Unigineエンジンで特別なMeshClutterオブジェクトが作成されました。これにより、元のマスクと、たとえば密度、オブジェクトの回転角度のランダムな広がり、スケールなどのパラメータに従って、ランドスケープ上のオブジェクトを擬似ランダムに分散することができます不均一性の望ましい効果を達成できます。



この場合のオブジェクトの分布は擬似ランダムであるという事実に特に注意を払う価値があります。つまり、2つの異なるジェネレーターで同じパラメーター値（および同じシード値）を使用すると、作成するオブジェクトは常に同じ場所に配置されます。 したがって、結果の決定論も達成されます。

結論

ワールドマシン

長所

• 計算結果のキャッシュ。 グラフが変更されても、ノードは再計算されませんが、これらの変更は影響しませんでした。 これは非常に便利で、新しいコンテンツを作成する時間を大幅に節約します。
• 出力ノードの存在。これにより、グラフ内の任意の場所から任意の数の計算されたテクスチャをファイルに出力し、ボタンをクリックするだけでそれらを再保存できます。
• 大きなテクスチャのタイルレンダリングの可能性（タイルビルド）。 同時に、テクスチャはフラグメントでレンダリングされるため、レンダリングを並列化（マルチコアを使用）し、占有メモリを最適に使用することができます。 ただし、この場合の侵食アルゴリズムは、ランドスケープの表面全体ではなく、タイルごとに個別にシミュレーションによって計算され、結果として生じる侵食テクスチャのタイルは、隣接する領域をオーバーラップすることによって接着されることを忘れないでください。
• ほとんどすべてのランドスケープ構築アルゴリズムを実装するのに十分なデバイスのセット（ランドスケープを形成するアルゴリズムを作成する基本ブロック）。
• グラフの一部をグループ化して、さらに再利用するために新しいデバイスを作成する可能性がありますが、残念ながらインスタンス化は行われません。この方法で挿入されたデバイスはコピーされます。
• ランドスケープの特定のフラグメントのみを正確に計算する機能。 選択した領域の詳細を扱うときに多くの時間を節約できます。

短所

• 大量のソースデータ（ベクターとラスターの両方）と大きなランドスケープを操作する際の膨大な数の問題。 たとえば、海岸線データ（数千ポイント）でベクターを開く場合、エディターのFPSはゼロになる傾向があります。
• 侵食アルゴリズム（侵食デバイスブロック）の動作は、ランドスケープの最終的な解像度によって異なります。
• 山川を作成するためのツールの欠如。 浸食を適用せずに川の下の風景をスプラインに切断すると、非現実的な結果が得られます。 侵食を使用すると、一部の場所で川が横になって眠りに落ちる可能性があります。
• ソーステクスチャの補間を変更または無効にできない。
• いくつかのマイナーだが非常に不快な編集上の欠陥。 たとえば、Colorizerでデジタルカラー値を設定できない（これは視覚的にのみ可能）、一部のパラメーターにfloatではなくintを使用する、パラメーター値の範囲に不可解な制限などがあります。

World Machineに加えて、 Quad Software Grome Editor 、 Planetside Software Terragen を確認したり、ニーズに合わせてオープン（AGPLライセンス）GPU駆動のランドスケープジェネレータLitosphereを追加することもできます 。

手続きジェネレーター

すべての手続き型ジェネレーターの開発の主なアイデアは、2Dは3Dの特殊なケースに過ぎないため、理想的には2Dと3Dの間の線を曖昧にすることです。



現時点では、以下を許可する単一の手続きジェネレーターはありません。

1. 3次元オブジェクト（ボクセル）を形成するためのアルゴリズムを作成する
2. 独自のテクスチャベイキングアルゴリズムを作成し、ニーズに合わせて簡単に再構築する

つまり、プロシージャルジェネレーターで低ポリ、高ポリ、またはアルゴリズムによって生成されたボクセル3Dモデルからの情報を使用して、たとえばソースモデルのシームレスな石のテクスチャまたはさびの流れのテクスチャのジェネレータを作成することはできません。



3DS MAXやSubstance Designerなどのプログラムでは、一部のカードをモデルからベイクすることができますが、それらはすべてプログラムに縫い付けられたアルゴリズムによってレンダリングされますが、どのような方法でも変更することはできず、新しいものを作成する方法はありません。 3D-CoatでのAngelSriptの最近の導入は希望を与えますが、その作者が何に導きたいかはまだ明確ではありません。



また、プロシージャルテクスチャジェネレーターの現在の開発レベルで既に解決できる問題が長い間ありました：これらのエディターは、生成されたテクスチャー四角形のエッジに沿って継ぎ目をきれいにする方法を学びました（たとえば、オフセットまたはスプラットメソッドによって）が、今のところそれらを削除することはできませんモデルのUV座標を引き裂くポイントでのテクスチャのこれらの継ぎ目。



これらの欠落している機能がすべて実現された場合、自動テクスチャジェネレーター（たとえば、天候、ほこり、泥の要因が影響する金属表面）、3次元モデルと設定のみが適用される初期データを含むライブラリを作成するために使用できます素材。

便利なリンク

• オイルラッシュとバレーのベンチマークをプレイするために使用されるUnigineエンジン
• 谷のベンチマーク
• フィルターフォージプロシージャルジェネレーター
• World Machine手続き型ランドスケープジェネレーター
• Quad Software Grome Editor
• Planetside Software Terragen
• GPU駆動のランドスケープジェネレーターLitosphere
• Voxelogic Acropora手続き型ボクセルモデラー

Andrey Kushner plu1on 、Vyacheslav Sedovich slice3d （テクニカルアーティストUnigine Corp.）