10 Houdini FLIP Tricks

Verbesserte Houdini FLIP Flüssigkeitssimulationen

Houdini bietet ein leistungsstarkes Werkzeugset für die Simulation von Flüssigkeiten. Allerdings ist es immer eine Herausforderung, Flüssigkeiten realistisch aussehen zu lassen, besonders für Broadcast-Arbeiten.

In diesem Artikel erkunden wir Hacks von DNEG-Artist Kevin Pinga, um schnellere und flexiblere FLIP-Flüssigkeitssimulationen zu erstellen. Diese Tipps wurden ursprünglich von Kevin Pinga für CG Channel geschrieben; wir haben sie um operative Einblicke aus unserer eigenen render farm ergänzt, wie diese Workflows in großem Maßstab bei der Bearbeitung komplexer Flüssigkeitssequenzen funktionieren.

1. Quellflüssigkeiten mit POP Source, nicht FLIP Source

Quellflüssigkeiten mit POP Source bieten vertraute Emissions-, Aktivierungs- und Geschwindigkeitsattribute

Die Standardmethode zum Quellen von Flüssigkeiten für FLIP ist die Verwendung eines FLIP Source Node. Dies erzeugt ein VDB, das von dem Volume Source Node in DOPs gelesen wird. Dieser Ansatz funktioniert gut, wenn man von einer großen mehrdeutigen Form sourced; allerdings kann er ziemlich ressourcenintensiv und zeitaufwändig sein, bevor Sie überhaupt zur Simulationsphase kommen.

Stattdessen sollten Sie reguläre polygonbasierte SOP-Geometrie direkt ohne Umwandlung in VDBs verwenden. Diese Quelle kann von dem POP Source Node gelesen werden, der in den Sourcing Input des FLIP Solver selbst verdrahtet ist, genau wie Sie eine Quelle für eine reguläre Partikelsimulation importieren würden.

Diese Methode ist intuitiver, da Sie vertraute Steuerelemente am POP Source Node haben, basierend auf Ihrer Erfahrung mit regulären Partikeln. Sie können Partikel einfach und unabhängig von der Particle Separation des FLIP Objekts selbst kontrollieren und überwachen.

2. Verwenden Sie POP Nodes mit FLIP Flüssigkeiten

Houdini Interface zeigt einen POP Force Node, der zu einer FLIP Simulation hinzugefügt wurde, um detaillierte Flüssigkeitsbewegung und Rauschen zu erzeugen

FLIP ist im Wesentlichen eine Serie von POPs mit einigen volumetrischen Advektionsschritten dazwischen. Die Basis selbst ist jedoch nur Partikel, was bedeutet, dass alle POP Nodes in DOPs für FLIP Flüssigkeiten verwendet werden können. Das ist der Grund, warum Sie den POP Source Node in dem vorherigen Tipp verwenden konnten.

Der POP Force Node ist ein Grundpfeiler für die Schaffung interessanter Bewegungen bei der Arbeit mit regulären Partikeln. Sie können ihn auch mit FLIP Flüssigkeiten verwenden. Seine Verwendung, um auch nur eine kleine Menge Rauschen einzuführen, kann eine ansprechendere Flüssigkeit erzeugen. Niedrigfrequentes Rauschen kann auch Details erzeugen, ohne die Partikelanzahl oder Particle Separation erhöhen zu müssen. (Passen Sie auf, nicht zu viel Rauschen hinzuzufügen, da dies zu unrealistischen Simulationen führen kann.)

Ein weiterer POP Node, der in FLIP Simulationen nützlich ist, ist POP Speed Limit. In Kombination mit einem POP Drag Node funktioniert er hervorragend zur Kontrolle hochgeschwindiger Partikel, die ansonsten außer Kontrolle geraten können.

3. Verwenden Sie Bounds qL, um Ihre FLIP Limits zu setzen

Die Parameter in Bounds qL referenzieren hilft dabei, Simulationsgrenzen zu setzen

Der Bounds qL Node ist ein sehr nützliches Werkzeug, das viele einfache Funktionen bietet. Es ist Teil eines größeren Open-Source Houdini Toolsets namens qLib. In den meisten Studios ist qLib standardmäßig installiert. Wenn es nicht in Ihrer persönlichen Produktionsumgebung vorhanden ist, können Sie es selbst installieren, indem Sie den Anweisungen auf GitHub folgen.

Kevin Pinga teilt mit, dass er Bounds qL hauptsächlich verwendet, um seine Volumengrenzen für FLIP und Pyro Simulationen zu setzen. Dies ist ein Schritt über den Standard Bound Node hinaus, da er eine Option zum Erstellen von Grenzen basierend auf einer animierten Eingabe enthält.

Die nützlichste Funktion ist der Output: Values Checkbox, die die Werte der Größe und des Mittelpunkts der Bounding Box freischaltet. Diese Werte können dann zu jedem Parameter in der Volume Limits Registerkarte des FLIP Solver oder zu anderen Operationen, die eine Bounding Box erfordern, kopiert werden. Zentralisierte Bounding Box Informationen können Benutzerfehler vermeiden und helfen beim Erstellen prozeduraler Setups.

4. Aktivieren Sie nützliche Attribute im FLIP Solver

Aktivierung zusätzlicher FLIP Attribute: Wie bei vielen Dingen in Houdini ist die Lösung nur ein paar Kontrollkästchen entfernt

Es gibt drei Hauptparameter im FLIP Solver, die Sie in Ihren FLIP Sims aktivieren sollten: ID, Age und Vorticity. Sie sind im FLIP Solver unter den Behavior und Vorticity Registerkarten zu finden.

Die meisten Artists sind bereits mit dem ID Attribute und seiner Leistungsfähigkeit vertraut. Ihre Datengröße könnte einen kleinen Treffer erleiden, wenn Sie ein zusätzliches Attribute zwischenspeichern, aber es ist immer eine gute Idee, diese Informationen verfügbar zu haben.

Sie können kontrollieren, wie eine Sim im Laufe der Zeit aussieht, indem Sie das Age Attribute über das Age Particles Checkbox aktivieren (das auch das Life Attribute exportiert). Dies ist besonders nützlich, wenn Sie eine Quelle haben, die ständig emittiert.

Das Vorticity Attribute ist praktisch zum Sourcing sekundärer Simulationen wie Whitewater und eignet sich hervorragend zur Manipulation von Shading.

5. Führen Sie Post-Simulations-Tweaks durch, um fehlerhafte Sims zu retten

Ein einfacher VEX Wrangle zur Anpassung der Partikelgröße basierend auf der Dichte der Punktwolke

Es gibt eine Neigung, sich stark auf die Ausgabe einer FLIP Simulation als Endergebnis zu verlassen. Obwohl dies ein idealer Workflow ist, haben Sie aufgrund von Zeitbeschränkungen nicht immer den Luxus, eine Simulation neu zu starten, um Probleme zu beheben. In solchen Fällen kann das Durchführen von Post-Simulations-Tweaks bei den FLIP Partikeln selbst helfen, die Sim zu retten.

Sie sollten auch das ID Attribute hinzufügen, damit Sie den Retime Node verwenden können, um eine Sim zu retimen.

Pinga bemerkt, dass er auf ein anderes häufiges Problem stößt, wenn er Mid-Res Simulationen durchführt: die Größe der Flüssigkeitstropfen ist in hochdichten Bereichen der Simulation gut, aber zu groß in dünneren Bereichen. In solchen Fällen kann ein einfacher Wrangle mit der pcfind Funktion helfen, dünnere Bereiche zu markieren und ihren pscale Wert zu senken.

Hier ist das Codeausschnitt, das in dem Wrangle verwendet wird:

int pc[] = pcfind(0,'P',@P,chf('max_dist'),chi('max_pts'));
@pscale *= float(len(pc))/ch('max_pts');

6. Verwenden Sie xyzdist zur Handhabung hochauflösender Kollisionsflächen

Verwendung von xyzdist() und primuv() zum Verschieben von Partikeln zur Kollisionsfläche

Dies ist ein weiterer Post-Simulations-Tweak. Zusammen mit primuv() ist xyzdist() bei weitem die nützlichste Funktion zur Kollisionsverfinerung.

In einem VEX oder VOPs Kontext berechnet xyzdist() die Entfernung zum nächsten interpolierten Punkt auf einer Oberfläche. In Kombination mit primuv() können Sie jedes Attribute aus den parametrischen UVs des Objekts extrahieren.

Im obigen Beispiel extrahieren Sie die Position der hochauflösenden Kollisionsfläche und verwenden sie, um Partikel zur Oberfläche zu verschieben. In einigen Fällen können Sie dies auch direkt auf der vermaschten Oberfläche selbst ausführen, besonders in Szenen, in denen die Kollisionsfläche durchsichtig ist (beispielsweise Flüssigkeit in ein klares Glas gießen). Das Begrenzen der Entfernung auf einen wirklich kleinen Wert hilft Ihnen, Berechnungen zu beschleunigen.

Hier ist das Codeausschnitt, das in dem Wrangle verwendet wird:

//initializing variables
int p_prim;
vector p_puv;
//getting the distance and the parametric position of the closest point
float dist = xyzdist(1,@P,p_prim,p_puv);
vector P2= primuv(1,"P",p_prim,p_puv);
//mixing the P of the points, influenced by a mapped distance
@P = fit(dist,chf("min_dist"),chf("max_dist"),P2,@P);

In der Produktion gibt es einen praktischeren Einsatz. Sie verwenden einen niedrig aufgelösten Collider während der Simulation und führen diese Funktion dann in einem Post-Simulations-Wrangle aus, um die Flüssigkeit so aussehen zu lassen, als würde sie mit einem hochauflösenden Collider interagieren. Dieser Ansatz spart erhebliche Simulationszeit, während die visuelle Genauigkeit erhalten bleibt.

7. Löschen Sie problematische Partikel mit ID

Eine einfache Methode zum korrekten Entfernen problematischer Partikel via ID Attribute

Dies ist ein einfacher, aber effektiver Trick, wenn Sie eine Simulation haben, die zu 98 % nahe am Endergebnis ist, aber wo die restlichen 2 % der Partikel einfach nicht funktionieren. Wenn Sie das ID Attribute aus den vorherigen Tipps gespeichert haben, können Sie es verwenden, um die Problempartikel zu sprengen. Ohne ID würden Sie die korrekten Partikel zum Löschen nicht markieren können, da sich die Punktzahl von Frame zu Frame ändert.

Sie können dies beheben, indem Sie in den Point Selection Mode gehen und [9] auf Ihrem Numpad drücken. Dies öffnet den Group Selection Pane. Zum Auswählen nach ID klicken Sie auf das Zahnrad-Icon und wählen Sie Attributes > id. Jetzt können Sie die Partikel, die Sie entfernen möchten, einfach im Viewport auswählen und [Delete] drücken. Ein Blast Node wird automatisch generiert und verweist auf die Point ID anstelle der Punktnummer.

8. Verwenden Sie Reseeding, um dünnere Bereiche zu verstärken

Erhöhe Surface Oversampling, um dünnere Bereiche einer Simulation zu füllen

In der Produktion begegnen Sie manchmal einem Problem, bei dem das endgültige Rendering nicht korrekt aussieht, weil es nicht genug Partikel hat. Dies liegt an der Verwendung einer Mid-Res FLIP Sim.

In solchen Fällen sollten Sie die Reseeding Parameter erhöhen, anstatt Ihre Particle Separation zu ändern. Standardmäßig ist Reseeding bereits aktiviert, aber das Erhöhen des Surface Oversampling Parameters kann die Partikelanzahl in dünneren Bereichen erhöhen, indem die Partikel verteilt werden. Auf diese Weise behalten Sie das allgemeine Aussehen Ihrer Simulation, haben aber genug Partikel, um zu vermeiden, dass die vermaschte Flüssigkeit falsch aussieht.

9. Verwenden Sie die ursprüngliche FLIP Sim direkt als anderes Element

Rendern der ursprünglichen FLIP Sim direkt als Whitewater

Der traditionelle Weg zur Erstellung von Whitewater ist die Simulation der FLIP Flüssigkeit und dann das Ausführen des Whitewater Solver darauf. Der zweite Schritt ist jedoch nicht immer erforderlich, besonders für schnell bewegte Flüssigkeiten wie Spritzer und Wasserstrahlen (denk an einen kaputten Hydrant oder unter Wasser in einer heißen Wanne). Zusätzlich kann es ziemlich knifflig sein, die Flüssigkeit richtig aussehen zu lassen, wenn man die Partikel vermascht.

Sie können jedoch die FLIP Sim nehmen und sie direkt mit einem Whitewater Shader rendern. Sie können entweder die Partikel selbst rendern oder sie zu einem VDB rasterisieren und das Ergebnis als Volume rendern.

10. Optimieren Sie die Sim und Caches

Verwende das Delay Load Geometry Checkbox im File Cache Node, um die Arbeit mit hochauflösenden Sims zu beschleunigen

Eine der Herausforderungen bei hochauflösenden FLIP Sims ist der Umgang mit den großen Datenmengen, die sie erzeugen. Eine gängige Praxis ist, alle Attribute zu löschen, die Sie nicht brauchen, bevor Sie einen Teil einer Simulation zwischenspeichern.

Eine weitere Maßnahme, die Sie ergreifen können, um Ihren Speicherfußabdruck zu reduzieren, ist das Entfernen von Partikeln außerhalb der Kamerafrustruation. Wenn Sie Geometrie haben, die bereit zum Rendern ist, ist es eine gute Idee, sie auszugeben und das Delay Load Geometry Checkbox aktiviert zu haben. Anstatt dass Mantra die Geometrie in die IFD Datei einbettet, wird sie stattdessen auf die Datei auf der Festplatte verwiesen. Dies hilft bei der Reduzierung von Ladezeiten und reduziert sowohl die IFD Generierungszeiten als auch die Dateigröße drastisch.

Beim Rendering großer FLIP Simulationen über verteilte Infrastruktur werden diese Caching Strategien entscheidend. Wir haben mit Studios zusammengearbeitet, die Wochen von FLIP Animation rendern, und die ordnungsgemäße Cache Optimierung reduziert typischerweise die Transferzeit und Gesamtrenderzeit um 30 % bis 40 %.

Super Renders Farm ist eine Houdini-render-farm in der Cloud. Unsere Software integriert sich mit Houdini und verbindet Sie über ein einfaches Plugin mit der Farm.

FAQ

Kann ich Houdini FLIP Simulationen auf einer Cloud-render-farm rendern?

Ja. FLIP Simulationen exportieren als Geometrie Caches oder VDB Sequenzen. Sie müssen sicherstellen, dass alle Cache Dateien, Texturen und referenzierte Geometrie von der render farm zugänglich sind. Houdini auf render farms lädt typischerweise vorberechnete Simulationsdaten, anstatt die Simulation selbst während des Renderings auszuführen.

Welches Format sollte ich meine FLIP Sim vor dem Farm Rendering verwenden?

VDB (OpenVDB) Sequenzen sind ideal für die Verteilung der render farm — sie komprimieren gut und laden schnell über Netzwerkzugriff. Alternativ können Sie als Alembic (.abc) Sequenzen exportieren, wenn Sie die Topologie für Deformation Shading beibehalten müssen.

Wie viel Speicherplatz benötigt ein typischer FLIP Cache?

Dies variiert stark. Eine 10-Sekunden-Hochauflösung FLIP Sim kann je nach Partikelanzahl und Cache Häufigkeit leicht 10 bis 50 GB betragen. Berechnen Sie immer die erwartete Cache Größe vor der Übermittlung an eine Farm — viele Farms berechnen basierend auf Datentransfer und Speicher.

Wird meine FLIP Simulation identisch ausgeführt, wenn sie zwischengespeichert und auf verschiedenen Maschinen gerendert wird?

Ja, einmal zwischengespeichert, ist die Simulation gesperrt. Das Rendering von zwischengespeicherter Geometrie erzeugt unabhängig von der Hardware identische Ergebnisse. Das Wichtigste ist, sicherzustellen, dass alle Texturpfade und externen Verweise Farm zugänglich sind.

Benötige ich Houdini auf Maschinen der render farm?

Nur zum Rendern, nein. Wenn Sie Mantra verwenden, benötigen Sie nur Houdini Apprentice oder Houdini Engine. Zum Rendern in V-Ray oder anderen Drittanbieter Engines brauchen Sie Houdini überhaupt nicht — nur die Geometrie und Textur Dateien.

Was ist, wenn meine Simulation externe Kollisionsobjekte oder animierte verformbare Geometrie referenziert?

Baken Sie alle Kollisionen in Ihren Cache während der Simulation. Die Farm wird das vorberechnete Ergebnis rendern. Für wirklich dynamische Setups (Live Verformung während des Renderings) müssen Sie höherfrequente Caches baken oder prozeduralen Ansätze verwenden.