Houdini Rigging for Game, A Brief Research | Houdini游戏绑定,入门踩坑

1 Why? 可行吗?

当然是很少见的。笔者所见大部分游戏公司都是Max,少部分是Maya或者Motionbuilder。虽然常见吐槽Max Biped不再维护了。然而不可否认这套系统用起来还挺方便的,而且对于大部分国内动画师,Max是入行培训学习的,也足够满足大部分手游的需求了。Maya由于方便编写工具,同样也可以是建模特效软件,自带HIK,因此全套Maya也是不错的选择。Motionbuilder对于动画制作更方便,原生HIK,动捕支持也最好。

笔者还真听说了有工作室全套Houdini绑定动作的流程。有影视工作室是使用的,可在游戏中,教程都很少见。

但是还真的有,这里就有位大佬Glen Debello,写了一个系列的Houdini/Unity绑定流程, 细读他博客,神奇的是他们工作室建模也大量Houdini流程。

笔者研究了一下,确实还可以,虽然有些坑,但也有不少好处。最主要的好处,就是来自”Procedural”,也就是Houdini这个工具的核心。不仅仅指绑定流程的Procedural了,更可以扩展到美术资产Pipeline整体的Procedural。如果所有的资产,不仅仅是场景,而扩及到载具,武器,角色,模型都是Procedural生成的,那么必然就需要其后的绑定,引擎整合,配置等全部可以Procedural。

当然本文也没有很深入,大概只是个踩坑绑定之旅吧。

左:Houdini中骨骼和控制器,右:导入Unity中配置Humanoid, Enforce T-Pose就不红了。

2 怎么使用

自然官方是有教程的,比如这个系列对于理解Houdini的骨骼系统相当有帮助,里面讲解了用父子关系等等基础概念,创建骨骼方法,脚本创建控制器的方法,IK\FK及其他约束,还是比较全的。

不过主要的问题是,这个教程目测是面向影视的,骨骼层级问题。这和使用Houdini自带的Autorig工具是一个问题,创建确实很方便,但是骨骼中多余的东西实在太多了,导进引擎大量无用的GameObject,而且层级结构不符合Humanoid/HIK之类系统的要求,根本没法用。

笔者看的这个Udemy教程感觉也不错,当然内容大纲上和官方教程很相近了,不过比上一个好的是,看过教程发现作者把创建的骨骼导入Unity匹配了Humanoid,也就是说,游戏中肯定是可以用的了。

2.1 基础概念与注意

2.1.1 基于骨骼的(Bone Based),而不是基于关节的(Joint Based)

官方文档给了很清楚的描述 

Bone Based vs Joint Based

如果自己创建骨骼,推荐像左侧这样。但FBX导进来会像右边这样。但这对我们制作绑定有什么影响? 笔者的测试结果是,就制作动画来说没有区别,反正都被控制器封装了。

但是基于关节的,在蒙皮时Biharmonic不认,这样刷权重就很麻烦了。所以还是推荐创建时使用基于骨骼的系统

2.1.2 Pretransform

ObjNoded都会有这个参数,可以理解为Rest Position,文档里面说物体最终的世界坐标位置是:

(object’s transform) * (pretransform) * (parent transform)

用Pretransfrom的好处是可以通过Clean Transform提取Pretransform,让参数面板的坐标数值归零,这样就好理解哪里是Rest Position了。所有骨骼回到Rest Pose只需要参数面板归零即可,确实是很不错的设计。

参数全清零0,下拉菜单可以改PreTransform

2.1.3 Parent

ObjNode的连线

ObjNode的连接是Parent关系,容易混淆的是SopNode的连接是数据上下游关系。所以所有骨骼和Null节点都是ObjNode,通过连线定义了层级关系。

2.2 骨骼创建

理论上是可以自动创建骨骼的。有很多很多论文将如何通过模型或者图片确定关节位置,不过大部分的DCC都没有集成这种算法(笔者唯一知道的是Maya的Quick Rig)。大部分DCC都是自动帮你创建一套骨骼,需要手动把关节点移动到模型的对应骨骼位置上,Max Biped,HumanIK,Houdini AutoRig都是如此。

如果集成一些现成的外部工具包,比如OpenPose,以及(如果有的话)扩展版的识别生物骨骼的工具,完全可以自动创建骨骼,不仅仅是人体,更可以是动物,怪兽,甚至载具….然而笔者这里不会就此展开,本文还是比较基础的,关于如何手动创建骨骼的。

首先要注意的是骨骼的层级结构,要符合Humannoid标准,而且不要带多余的Null,要不然进引擎会有多余计算。Houdini AutoRig的主要问题就是节点太多而且层级结构不对。比如笔者这样搭建的,在导出fbx选择不导出隐藏节点,这样进引擎就很干净了。

一般来讲创建骨骼用Shelf里面的Bone Tool就好(位置Rigging-Bones),具体操作还是看视频的好。需要注意的是,骨骼默认旋转顺序是zyx,所以主要旋转方向要是X轴,骨骼尖的方向。比如这里ForeArm的X轴就要指向肘关节运动方向

另外一个需要注意的是骨骼镜像,所有Houdini Rigging教程里都会直接使用Mirror Tool(Modify-Mirror)镜像骨骼。甚至官方文档都建议用Mirror Tool 但这样的问题是,会造成镜像骨骼-1的缩放。尽管影视里这无所谓,不过游戏引擎中还是要避免,否则不知道哪里会出问题(比如笔者碰到过镜像骨骼上碰撞体坏掉。。。)

解决方法是可以自己写一个Shelf Tool基本原理就是把Pretransform放进来,一些参数做负,然后做Pretransform

2.3 控制器与约束

FK控制器创建很简单,主要逻辑以这个LeftArm为例,前文提到的视频教程里一般都会写一个Shelf Tool创建,就是

  1. 创建节点,parent到LeftArm,使得位置与LeftArm一致
  2. parent到父节点,不改变位置,坐标归入Pretransform
  3. 骨骼旋转Channel连到控制器,锁上不需要改变的Channel

比较简单代码就不贴了

IK就用Shelf上Rigging-IK From Bone就好。这里IK作用原理是在Chop中位置信息,然后override掉ObjNode本身的位置。同样可以在Chop中设置transform约束,lookat约束等,这里就不展开了。

Houdini中很方便的一点是Null这个ObjNode是可以改显示属性的,和Motionbuilder中很相似,简单勾选就可以改变形状和颜色等等,因此作为控制器非常合适(其实内部是个Control Sop)。

2.4 权重

自动创建蒙皮权重有两种方法,比较推荐Bone Capture Biharmonic,少有会有失效的情况。典型使用如下

另一种是Bone Capture,需要设置骨骼的Capture Region,如下面笔者自动生成的Capture Region,效果没有Biharmonic好。

Capture以后可能有需要手修的地方,用Capture Layer Paint真的可以手刷权重。它可以指定只作用于某个group prim,选择面的工具也挺方便。另外还有一种方式是可以输入一个Intersection Geometry,根据和这个几何体相交的情况计算权重。

还有个trick是可以用Smooth Sop属性写Bonecapture,可以平滑权重。

另一个常用的功能是权重转移,如Max Skinwrap,Maya Wrap。Houdini中虽然没有一个节点专门做这个,但是可以直接用Attribute Transfer啊,简直万能转移attribute。可见官方文档

3 Pro and Con

缺点: 需要自己开发很多

  • 没有GameReady Rig,Biped/HumanIK
  • 需要自己搭建骨骼,自己设置控制器,IK/FK
  • 没有FullBody IK,动画没有HumanIK方便
  • 刷蒙皮有点痛苦,骨骼的配置很重要,需要保证自动蒙皮效果足够
  • 没有Mocap和Retarget工具,当然Houdini + Mobu也是可以的选择。 不过其实,也有硬核玩家自己在Houdini里做出了Retarget 

优点: Procedural

  • Houdini方便写工具和搭建Pipeline,没有做不到只有想不到和自己菜。
  • 方便Procedural生成引擎需要的属性配置等,比如Ragdoll,布料等
  • Procedural整条制作Pipeline,从模型到绑定整合

总结

用Houdini做游戏绑定时可以的。

至于有没有必要,要看具体情况了。游戏玩法,资产数量级,制作方法,质量标准,团队水平。。。。

参考资料

Udemy教程(收费)Game Character Rigging with houdini

Gdebello’s houdini unity 角色绑定博客

骨骼镜像问题论坛帖子

Houdini 官方绑定教程

Houdini Mocap帖子

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