Niagara Ribbon製作植物生長

最近看官方視頻，看到肖月大佬提到用Ribbon的方法製作植物生長。一直也對這比較感興趣，所以花時間試著做了一下。還有很多地方需要完善，希望大家多多提提意見。

目前首選的考慮當然是Houdini，這就需要Houdini To Niagara來完成信息傳導。相關的插件地址：

https://github.com/sideeffects/HoudiniNiagara

https://github.com/sideeffects/SideFXLabs

一個是UE引擎的，一個Houdini的。網上有很多教程講了如何安裝插件，我就不贅述了。插件默認可以傳遞很多屬性（點是關鍵），包括位置，ID，旋轉，大小，Type等。

首先當然是在Houdini中製作我們所需的植物。我只需要植物的最終形態，只需要當前幀的數據，植物的生長效果在引擎內完成。

在最開始，對於Ribbon部分。我設想傳遞點的位置，大小來確定Ribbon。

首先Circle,Scatter節點在圓內創建幾個點，作為最開始的根部。而後用AttributeRandomize分別對N，pscale進行隨機化（確定曲線的朝向以及長度）。對於主幹用Line和Resample做出一根很多點的線。

通過Length設置點的數量，更改TreatPolygon使線更加平滑。並且勾選curveu屬性，此屬性根據曲線長度進行0~1的賦值。

AttributeVOP節點，通過curveu進行曲線採樣，然後採樣的值與Noise相乘來改變點的位置，將Noise的Frequency、Roughness、Amplitude節點用滑鼠中鍵提升為參數，這樣就可以對曲線進行彎曲操作了。曲線的左端保持為0，讓連接處的點不發生偏轉。最後用CopyToPoint節點將散布的點的屬性傳遞給曲線。

至於AttributeWrangle定義的屬性有什麼用，這在後面將會提到，現在我們專註構建基礎形狀。出與美術的考慮使用Twist對曲線進行扭曲。

這樣主幹部分就完成了。

隨後用OrientAlongCurve使法線沿著曲線方向對齊，再對N和pcale進行隨機化處理，Scatter產生點以進行下一層級的生成。其他的就和上面的一樣，Copy&Paste改下參數名稱就行了。

接下來，我想要在枝條末端生長花。為此，GroupRange節點就是選擇枝條的最後一個點，並作為END的組。這個不能放在CopyToPoint的節點後面，不然你只會得到一朵花。別問我怎麼知道，都是淚。

那麼一個關鍵的問題來了，怎麼確定花的朝向了。這個就要用到四元數了，我們首先OrientAlongCurve讓法線沿著曲線的方向。而後用AttributeWrangle寫上我們的朝向。我們只關注前三行關於方向的。1.定義旋轉矩陣m，該矩陣的作用是讓花的模型的Y軸（0,1,0）（參考UE方向）對齊到@N法線方向。2.對模型進行旋轉，旋轉的軸向是@N，旋轉的角度用參數ang來控制然後與ptnum相乘讓每朵花的旋轉值不同。3.最後把矩陣m參與矩陣運算賦予orient。

後面的就是Copy&Paste過程了，然後瘋狂的調整參數來達到你想要的美術效果。最後的花我沒有進行方向的調整，因為這朵花相對較小，在UE里我就用GPU粒子朝向攝像機來解決，已獲得那微小的性能提升。

好，做完了！！！准備導出到UE.

最後我們把需要導出的點用Merge合在一起，用我們安裝好的插件的Niagara節點，選擇渲染當前幀。導出！

什麼，你問我，多了幾個屬性和節點。那是後來的事了，因為我把這個導進UE里一看。

CrazyWork!!!

好了，不皮了。導進UE里，我們還面對幾個問題。

我們該怎麼區分每個層級，區分不同的花以及枝幹。

UE里的Ribbon怎麼一條線連到底呢，怎麼判斷Ribbon那是起點，那是終點。

怎麼做植物生長的效果。

通過查閱官方示例以及其他大佬的視頻文章之後，慢慢的解決了。

1. 在每次CopyToPoint節點之前，創建一個新的屬性Type用來區分他們。

需要注意的是花我們記得把之前的END組給上。

2. UE官方提到Particle.RibbonID和RibbonLinkOrder決定Ribbon的鏈接方式，但我仍然不明白究竟如何鏈接的。於是自己創建一個測試的粒子系統，把上面提到的兩個變數賦予隨機值。結果如下：

從第一張圖不難發現，RibbonID一樣時，Ribbon才會連起來，從第二張第三張圖我們發現Ribbon的鏈接順序取決於LinkOrder的大小。

RibbonID我們可以在CopyToPoint節點之前用ptnum賦值。LinkOrder則用之前提到過的curveu、1、2來賦值。忽視掉那些被注釋掉的黃色代碼，本來打算用pscale來做Ribbon的Width的，但由於樹枝間的接縫問題以及LinkOrder的出現我沒有用這種方法。

3. 植物的生長是通過對ID的重新排序得到的，我們得出每個點到原點的距離，並以此來進行重新排序。

然後在UE里根據這個值做出生長的效果。

以上就是整個Houdini的工作了。接下來導進UE里。

在安裝好HoudiniNiagara插件後，我們找到官方自帶的發射器，以此為模版。

我們只需要起始狀態就行了，不需要變化，可以把Update里的Sample刪除。然後把我們自己得到的點的數據到進來。

檢查一下點的屬性是否是我們想要的。

枝條用Ribbon發射器，UV就用默認的。Width等下我們自己設定。

Niagara里我們只是定義了枝條的發光顏色，枝條和花的材質都用的Masked的材質模式，用半透明模式消耗大，可能還會出現半透明排序問題。枝條的基礎顏色，粗糙度，法線都是在材質里完成的。考慮到文章篇幅原因，材質我就不展示了，都是一些基本的UV流動，扭曲，溶解等。

Ribbon形狀設定為Tube。

隨後我們初始化LifeTime,Position,RibbonWidth。

發射器默認自帶了一些Houdini的屬性，將Houdini.Position賦予到Particle.Position里。

至於我們自定義的屬性，需要像上面那樣手動寫進去。

接下來還剩一個問題，RibbonWidth的屬性如何定義了，我們可以用Type確定那一層級，用Linkorder進行曲線採樣來確定Width。

首先進行判斷那一層級，根據結果來設定Width。

將我們所寫的賦值給RibbonWidth，HType用Houdini.Type復制，TypeNum則是確定我們需要對那一層級進行編輯，0為主幹，1為Branch_1~~~以此類推。至於Width我們用A*B賦值。

A用LinkOrder進行曲線採樣，確定枝乾的形狀。ScaleCurve設置枝乾的大小。

B是一個Noise，與A相乘賦予每個枝條更加隨機的變化。

Noise是採樣CurlNoise實現的，因為這樣的噪音的隨機是一種偽隨機。

第一個是我們想要的Random，第二種是賦予隨機值。

這個是參考官方的CurlNoiseForce寫的。通過粒子的位置，Age實現對Noise的採樣，採樣出來的值歸一化，用Lerp節點重新映射，這樣我們便於方便的調整。

我想對Width做0.9~1.1的隨機變化。

其他的就是Copy&Paste過程了，我們只需要改變TypeNum確定改變那根枝條就行了。後面的枝條在曲線開始初給了一個相對較小的值，這樣枝條的連接處更加好看。

至於生長我們需要新定義一個Particle屬性，TimeShiftByID。這個雖然看起來比上面簡單，但其實花了我比較長時間想出來的。Age屬性是一個每秒增加1的動態屬性。再引入一個新的浮點數，定義生長的速度。最後和ID進行運算。（Age-ID*GrowSpeed）/GrowSpeed。（GrowSpeed不能為0），假如GrowSpeed為1，那麼ID為0的粒子在0~1S內的TimeShiftByID為0~1；ID為1的粒子在1~2S內的TimeShiftByID為0~1；ID為2的粒子在2~3S內的TimeShiftByID為0~1。假如GrowSpeed為2，那麼ID為0的粒子在0~2S內的TimeShiftByID為0~1；ID為1的粒子在2~4S內的TimeShiftByID為0~1；ID為2的粒子在4~6S內的TimeShiftByID為0~1以此類推。這樣將TimeShiftByID進行採樣就能實現很多效果。