Математика в 3Д ► 19. Lens Flares. Подключаем Геометрические Ноды

Приношу извинения за задержку и огромное спасибо за собранные лайки - уже, страшно подумать, месяц назад собранные! Серия Математика в 3Д продолжается!

Сначала я предполагал уместить всё обещанное в один урок, чтобы завершить тему с Бликами Линзы и двигаться дальше, но когда поймал себя на том, что пишу двухсотую строку кода, и до конца остаётся ещё прилично, решил, что всё-таки надо как-то разделить материал на смысловые части. Поэтому сегодня, для разгона, после перерыва будет приведение всего, что уже было сделано, в удобочитаемый вид, а также замена вычислений в скрипте на вычисления в Геометрических Нодах.

Буду очень благодарен всем, кто решит стать платными подписчиками или разово задонатить на означенные цели. Напомню, что в прошлый раз мы остановились на том, что отрендерили с помощью скрипта несколько сотен элементов боке в разных вариациях ↓

Первый и главный вопрос - зачем нужна замена скрипта на геоноды, если у нас уже есть готовая работающая система. В первую очередь - для организации интерфейса, то есть удобного взаимодействия пользователя с системой. Сейчас, чтобы заменить в системе любой из объектов, нужно вспоминать, где в шейдере используются драйверы, в каких из них используются объекты, залезать внутрь, смотреть, редактировать. Плюс в самом редакторе шейдеров дерево нодов продолжает расти, и если нам, например, понадобится (а нам понадобится) в разных местах подключать вычисление текстурных координат с разными корректировками, то в скором времени либо паутина нодов станет окончательно нечитаемой, либо нам придётся выполнять одни и те же вычисления по несколько раз в ущерб производительности, либо убирать всё внутрь нод-групп, плодя их количество.

Геометрические ноды решают эти проблемы. Их можно настроить таким образом, чтобы объекты, участвующие в расчётах, можно было заменять прямо в модификаторе на объекте, даже не открывая нодовый редактор - это что касается пользовательского интерфейса. Плюс один раз посчитанные в геонодах атрибуты можно сколько угодно раз подключать в редакторе шейдеров, в любом месте, и это не приводит к дополнительной нагрузке - это что касается сохранения дерева нодов читаемым и удобным для дальнейшей разработки. 

Может показаться, что это всё пустая трата времени, но на самом деле это, напротив, экономия времени, вашего будущего времени и времени других людей, которые будут этим пользоваться.

Когда я говорю, что дерево нодов перестаёт быть читаемым, я имею в виду вот это ↓

↑ Поверьте, это далеко не самый хаотичный вид дерева нодов. Но сколько времени у вас займёт, месяц спустя после последнего открытия проекта, чтобы разобраться, что здесь что? Что это за серая рамочка слева, она ещё нужна? Что это за не подключенные ни к чему ноды тут и там? Визуально видно, что какие-то группы нодов, очевидно, работают вместе, какие-то повторяются, но что они делают?
Поэтому для начала приведём всё в порядок. Выясним, какие группы нодов за что отвечают, объединим их в рамочки, зададим им цвета по функциональному значению - это делается в N-панели, во вкладке Node. В графе Label зададим рамочкам названия по смыслу. Ниже, во вкладке Properties можно задать максимальный размер шрифта, чтобы названия рамочек можно было прочитать даже на удалении. Поскольку при приближении/удалении ноды могут начать перекрывать названия, я использую точки Reroute, чтобы закрепить углы рамочек чуть выше и шире, чем начинаются ноды в них - обычно одной-двух точек достаточно. Добавить их можно через Shift+A > Layout > Reroute ↓

↑ Тут дел на 5-10 минут, но зато в таком виде достаточно одного взгляда, чтобы понять, какая секция за что отвечает.

ARCHIVE - архив; то, что непосредственно в шейдере не используется, но может использоваться в качестве примеров расчетов или во вспомогательных скриптах.

TC Coordinate - текстурные координаты, я постарался подобрать тот же сине-фиолетовый оттенок, которым в Блендер обозначаются векторы

GLOW - все элементы свечения

RAYS - лучи

BOKEH - боке

COLOR - цвет (вот сейчас вижу, что можно было его сделать другим цветом, потому что здесь ничего не генерируется, а просто раскрашиваются уже собранные до этого элементы)

Теперь можно легко найти нужную секцию, навестись на неё и прорабатывать независимо от остальных. И сегодня мы займёмся текстурными координатами ↓

↑ Только что заметил, что вместо "Texture Coordinate" назвал рамку "TC Coordinates". "TC" я обычно использую как сокращение от Texture Coordinate. Получилось масло масляное. Ладно, главное, что понятно. 

Для начала реаранжируем все математические ноды, скроем лишний вход у Scale (Ctrl+H), потому что он просто умножает значение вращения камеры на -1, и не предполагается, что он будет в дальнейшем как-то меняться. Вынесем из рамочки (Alt+P) все входящие данные - Текстурные координаты камеры, вращение камеры и сдвиг текстурных координат. ↓

↑ Переименуем сами ноды в N-панели, во вкладке Node, в графе Label так, чтобы недвусмысленно было понятно, что именно они возвращают.

Разделим окно и откроем Geometry Node Editor ↓

Убедимся, что в качестве активного объекта выбран Plane и в редакторе Геометрических Нодов нажмём New ↓

↑ Если экран залит серым, и вы не можете ни на что нажать, проверьте, не включена ли у вас для этого окна "заколка", иконка с канцелярской кнопкой.

Если вы открыли Геометрические Ноды и создали новый блок данных, но он пустой, попробуйте нажать A (выделить всё) и после этого точку на нампаде (сфокусироваться на выделенном). Скорее всего ноды просто где-то вне поля видимости ↓ 

Чтобы понять принцип и потренироваться, сначала заменим в Shader Editor нод Combine XYZ, в который сейчас с помощью драйверов передаётся параметр вращения камеры, на атрибут, полученный с помощью Геометрических Нодов. Достаточно страшно и заумно звучит? 

В Геометрических Нодах трансформации любого объекта (Location, Rotation, Scale) можно получить с помощью нода Object Info. Найдём этот нод через поиск - Shift+A > Search... ↓

Начинаем вбивать "object" - и нужный вариант будет, вероятно чуть ли не единственным в списке, в зависимости от версии ↓

Выберем в нём в качестве объекта объект Camera ↓

Есть несколько способов вывести из Геометрических Нодов любой из параметров (например, с помощью нода Store Named Attribute, но мы пойдём другим путём). Предлагаю использовать наиболее простой способ, без дополнительных нодов - просто подключить параметр Rotation нода Object Info с выбранным объектом камеры к свободному выходу в Group Output ↓

↑ Теперь этот параметр появился в модификаторе Geometry Nodes (панель внизу справа, вкладка модификаторы, иконка с синим гаечным ключом), во вкладке Output Attributes.

Чтобы мы могли получить доступ к нему в Shader Editor, необходимо в настройках модификатора, во вкладке Output Attributes задать ему произвольное название. Оно может быть практически любым, главное, чтобы оно совпало здесь и позже в Shader Editor, и конечно желательно, чтобы оно отражало суть проводимого параметра, чтобы избежать путаницы. Я выбрал название camera_rotation. Таким образом мы создаем для объекта новый именованный атрибут, содержащий значение вращения объекта Camera. 

🛈 Если вам интересны Геометрические Ноды, то понимание концепции Атрибутов является одним из ключевых. Что такое атрибут? Атрибут - это некое свойство элементов одного типа, конкретные значения которого могут быть разными для каждого элемента. При этом само свойство, сам атрибут есть у всех элементов одного типа. Например, у каждого вертекса есть позиция в пространстве - это его атрибут; есть вектор нормали - это его атрибут; есть порядковый индекс - это его атрибут. Они там были всегда.

Чтобы впоследствии мы могли изменять объект камеры, не заходя в сами ноды, можно подключить соккет Object в Object Info к свободному входу - тогда объект можно будет выбирать прямо в модификаторе ↓

Теперь проведём полученный атрибут в Shader Editor. Для этого в Shader Editor нам понадобится нод Shift+A > Input > Attribute ↓

В нём мы указываем название атрибута, в точности, как назначили его в модификаторе Geometry Nodes, лучше для надёжности прямо скопировать оттуда ↓

Если всё было сделано правильно, то теперь, если подключить выход Vector полученного атрибута вместо Camera Rotation, то картинка не поменяется ↓

Это значит, что всё работает, и можно переходить к более сложным вещам. А именно к замене TC Offset, то есть сдвига текстурных координат, который сейчас высчитывается в драйверах с помощью специальной функции, написанной на пайтон в прошлых уроках. Чтобы держать расчёты перед глазами, откроем где-нибудь Text Editor, а в нём - текст скрипта, и перейдём в Геометрические Ноды ↓

Итак, нам нужны 3 объекта - источник света, камера и плэйн. Камера у нас уже есть, добавим таким же образом, с помощью Object Info, источник света и плэйн и сразу же подключим их в качестве входящих параметров, чтобы в случае необходимости определять сразу в модификаторе ↓

Чтобы избежать путаницы, сразу же назовём в N-панели, вкладка Group, все входы - Camera, Light Source, Plane ↓

В скрипте мы определяли их в другом порядке - первым шёл источник света. Чтобы визуально соблюсти тот же порядок, поменяем местами Object Info с камерой и источником света и заодно изменим порядок входов, передвинув в N-панели Light Source вверх с помощью стрелочки  ↓

Также переназовём и сами ноды Object Info в N-панели, вкладка Node, графа Label, чтобы видеть, что к чему мы будем подключать. Это занимает совсем немного времени, но очень сильно поможет избежать ошибок. А их тут и так будет где наделать ↓ 

Для начала нам нужны два вектора: от камеры до источника света и от камеры до плэйна. Их мы получаем, вычитая координаты конечных точек из координат начальных точек с помощью Vector Math в режиме Subtract ↓

Дальше в скрипте мы вычисляли угол между векторами, для того, чтобы получить его косинус, который уже использовался дальше. Вычисления угла между векторами в Vector Math не предусмотрено, но нам его по большому счёту и не обязательно вычислять, потому что зная векторы, мы можем вычислить сразу косинус угла, не вычисляя сам угол. Для этого есть несколько формул на выбор, и на этот раз мы используем вот такую ↓

↑ Для таких же далёких от математики, как и я, людей поясню, что это скалярное произведение векторов, поделенное на произведение длин этих векторов. 

Скалярное произведение векторов в английском языке в целом и в ноде Vector Math в частности называется Dot Product, таким образом мы получаем верхнюю часть формулы ↓

Для нижней части формулы нам сначала нужно получить длины векторов - и для этого мы используем Vector Math в хорошо знакомом нам режиме Length - и потом перемножаем полученные длины с помощью обычного Math в режиме Multiply (умножение) ↓

Чтобы формула заработала, нам надо верхнюю часть поделить на нижнюю. Это мы делаем с помощью Math в режиме Divide (деление) ↓

Таким образом, мы получили косинус угла между векторами от камеры до плэйна и от камеры до источника света. Смотрим скрипт дальше. Чтобы получить длину гипотенузы прямоугольного треугольника между плэйном, камерой и проекцией источника света на плэйн, нам нужно разделить длину вектора от камеры до плэйна на этот косинус. Длина вектора b у нас - это самый нижний Vector Math в режиме Length. Его мы делим на полученный ранее косинус угла с помощью ещё одного Math в режиме Divide ↓ 

Это мы получили длину гипотенузы - расстояния от камеры до проекции источника света на плэйн. Теперь нам надо разделить её на длину вектора от камеры до источника света с помощью Math > Divide, чтобы получить отношение расстояния от камеры до проекции источника света на плэйне к расстояния от камеры до самого источника света. И на это отношение мы и умножим сам вектор от камеры до источника света с помощью Vector Math в режиме Scale ↓

Подробно это всё объяснялось в одном из первых уроков по Lens Flares и потом повторялось во время написания скрипта. Мне кажется, что если всё внимательно проанализировать, то даже и без них всё должно быть понятно.

Система готова. Реорганизуем ноды так, чтобы они занимали минимум места, и было видно, что к чему подключено. Подключим получившийся вектор к свободному выходу, чтобы использовать его в качестве атрибута ↓

В настройках модификатора Geometry Nodes зададим название атрибуту. Например, tc_offset ↓

Откроем Shader Editor, продублируем нод Attribute с помощью Shift+D ↓

В качестве названия атрибута скопируем название, которые мы задавали в модификаторе геометрических нодов ↓

Теперь, если всё было сделано правильно, то при переподключении этого атрибута вместо TC Offset, в котором то же самое высчитывалось в драйверах с помощью скрипта, картинка должна остаться такой же ↓

А это значит, что ноды Camera Rotation и TC Offset с драйверами, можно удалить (или перенести в рамку с архивом), а ноды с атрибутами переименовать в те же Camera Rotation и TC Offset ↓

Да кстати и Texture Coordinate можно переименовать в Camera TC, чтобы мы могли спокойно их все закрыть с помощью H и реаранжировать, чтобы они занимали меньше места ↓

Поскольку все они имеют отношения к текстурным координатам, можно снова поместить всю эту связку в рамочку TC Coordinates (эх, переименую её правильно в следующем уроке, если не забуду). И у нас получится очень аккуратная схема ↓

Также имеет смысл не лениться и переаранжировать и промаркировать ноды, входы и выходы и в Геометрических Нодах ↓

Если вы решите удалить, а не архивировать, ноды с драйверами, которые высчитывали сдвиг координат с помощью скрипта, то можно отключить и исполнение самого скрипта при каждом запуске файла. Это, напомню, делается в Text Editor, меню Text, галочка Register ↓

Итого вот что мы имеем после реорганизации ↓

По-моему в таком виде всё стало более читаемым и управляемым, как считаете?

Вы видите эти уроки, благодаря тем, кто забирает их к себе на стенки, рассказывает друзьям, знакомым, в сообществах, пабликах, чатах, коммьюнити. Без их поддержки развитие проекта было бы невозможным, и я благодарен каждому.

Со своей стороны выражаю большую благодарность спонсорам. Вы даёте мне возможность продолжать.

← ПРЕДЫДУЩИЙ УРОК   СЛЕДУЮЩИЙ УРОК →