Houdini 过程化地形系统（二）：基于UE4的FC5植被系统（1）

背景

通过之前的几篇分析实践，已经基本打通了UE4的Houdini植被管线部分，并对Far Cry5（简称FC5）的植被系统的需求做了整理，在接下来的几节中，会关注于如何使用Houdini基于UE4来开发类似FC5的植被生成系统。这里按工具制作流程分为几个部分来做阐述。

使用Houdini开发类似FC5里的Generate_Terrain_Entities的HDA节点
修改Houdini Engine，让Generate_Terrain_Entities的Input和Output可以支持在UE4里生成植被
进一步优化Houdini Engine，可以让关卡设计人员可以在UE4 Editor里更加灵活和方便的修改

本节的目标就是如何开发一个Generate_Terrain_Entities的HDA节点，并在Houdini里实现类似上图中FC5的效果，大致流程分为：

创建HDA面板，为内部的过程化实现创建参数关联
根据Viability中选择Terrain Data以其他的过程化生成的2D data，确定植被的生成范围
根据Density，Sizes，Scale，Color，Rotation等面板参数，来生成Point Colud，以及Point对应的旋转，颜色，缩放等信息。
多个HDA连接，每个HDA代表一种植被类型。并实现按照Viability范围和优先级的选择正确的Species。
根据最终的PointCloud，用Copy to Point节点做植被的Instance化

面板制作

首先要做的，是创建一个Generate_Terrain_Entities的SOP节点，并且HDA的参数面板和Input/Ouput，这里先创建一个SOP节点，

参考FC5，创建一个类似的Generate_Terrain_Entities的参数面板和Input，Output的输出。

参数面板就和FC5文档里介绍的一样，具体做法就不多做叙述了，稍微有些Houdini经验的美术都可以实现。

参考FC5把Input Laber 设置为2个，Output为3个，Input Output接续的数据在下图有注释。这样把每个Speices链接链接在一起，具体如何起作用的在后文会有介绍。

复制完参数面板后，就是要实现根据参数来生成植被的Point Cloud信息的功能了，在之前管线里已经提到过，Point Cloud是使用Scatter节点，基于Heightfiled Mask的信息来生成的。接下来的目标就是如何根据植被系统的设置，正确的生成所对应的Mask。

确定生成区域

FC5的植被系统的生成区域来源主要是两部分，一个是基于地形数据生成的各种Mask数据，例如AO，Flow，Slope，这些Mask通常确定植被会生长在哪些区域，

另外一种就是直接导入的2D数据，比如场景美术手绘的区域，以及一些在引擎里通过其他的过程化工具生成内容，比如街道，水塘的Mask，保证这些区域不会有植被放置。

把这不同Mask的组合根据规则和面板参数做数学组合，就得出最终的生成区域结果，这里简单的介绍下如何使用VEX脚本结合Houdini的节点来实现功能。

首先是AO，Flow，Slope，Direction（Sun or Wind）等Terrain Abiotic Data的生成，这些大部分可以用Houdini自带的节点来生成

AO的生成，这里使用官方论坛上的一个OpenCL加速的heigtfiled AO节点，链接地址：https://www.sidefx.com/forum/topic/54318/?page=1#post-243847

Altitude可以直接读取height信息，但因为一些特殊的缘故，height的最低值并不一定为0，这里使用了一个Python节点，调用terraintoolutils.computeInputRange的函数来获得height的范围

这里增加一个altitude的Attribute的Ramp，用来获取制定范围内的高度信息

在Generate_Terrain_Entities内部，在名为Mask的SubNetwork里主要做这些各种Mask的处理工作

这个示例Vex代码里，迭代每一个Attribute的Ramp的Mask，然后合并到一起。为了简化有些功能没实现到Vex里，比如每个Attribute的Toggle开关和Power值的判断，不同的Attirbute，例如Altitued还要做一些特殊处理等等。另外FC5可以支持多组Combined Data后的Data Group再做二次Combine。最终会是双重循环的形式。

下图的效果就是只有一个Altitude（Height） Attribute的效果。

接着，在单独加入一个Slope的Attribute的效果

最后得到两个Attribute合并的效果。

这样，houdini的生成区域的基本功能就完成了，后面就可以参考FC5，基于flow，direction等信息，制作出不同的植被生成区域的pattern

除此之外，FC5中还有一些用过程化工具生成mask要做为exclusion区域来使用，

比如这里把生成water的区域，作为exclusion mask。

把exclusion mask作用到Alittude Attribute上，

就得到了exclusion后的结果。

除此之外还有Noise，FC5的Noise的Size是受地形法线影响的，这根据Volume中height的位置，来取得height mesh里对应的Point的Normal，根据Normal的Y值来控制生成Noise的Size。

这样，不同坡度的噪声大小也不同。下图就是water和altitude attribute以及noise共通作用的结果。

最后得到的Mask，就是对应的植被生成区域。接下来就要根据Mask，来生成植被的Scatter Point Cloud了。

生成Point Cloud

基于HeightFiled Mask来生成Point Cloud，通常使用HeightField Scatter就可以实现，

而FC5的植被系统里，还是要考虑植被的Size和Age参数，来确定最终的Point Cloud，这里使用下面两个Attribute的Data Group来作为植被的生成信息

下图就是得到的Viability的信息。

接下来，需要把Viability Mask用SDF的方式转为Age的mask

通过convertvolume和isooffset节点，用SDF方式重新生成Age Mask

接下来，通过Density面板，来配置密度，然后把Density写入到HeightFiled的Mask里（也可以自己新建一个volume来保存）。而通过Density Ramp来控制不同Size植被的密度值，也就是Age（Mask）越小的外围的小树，密度越高，而Age（Mask）比较大的树林中心的大树，密度会比较小。

把Density值作为Density Attriube传入到Scatter节点，同时输出Point的Radius属性。

这样就得到了初步的Point Cloud，以及对应Point的Size，Pscale的信息。

然后，通过Size面板，设定不同等级的植被的具体大小。

以及对应的植被的颜色值。

就得到了带有具体Color和Transform信息的Point Cloud.

再通过Copy to Point节点，用Debug Tree进行测试，这样就得到了一种植被的Scatter结果。可以看到Age信息外围颜色较浅的树木密度相对较大，尺寸也较小，而Age信息内部的颜色较深的树木则尺寸比较大，散布的也相对稀疏一些。

这样，一种植被的生成功能已经初步完成，但生态系统里，还是要考虑多种植被的共通生长的竞争关系。以及同一种植被之间的竞争关系。这就需要实现FC5里通过对Viability Radius的判断来选择Species的功能。

根据Viability选择Species

FC5使用的方法，是根据Viability Radius和Viability强度，来确定一个范围内生成哪种植被。

这个实现也比较简单，先获取一个Point Radius范围内的全部Point，把Viability相对较小的剔除掉就可以了。

这样，在之前的演示的植被效果下面，再增加一个HDA节点。生成Species B

Species B的生成信息如下。

这里Species B的Viability值比Species A要高

这样，Species B和Species A混合在一起后，Species B会把Viability Radius里的Species A剔除掉

增加密度后，2种植被的布置效果。

最后像FC5这样，把地貌的生态环境中的每种特定位置的植被用HDA文件一一描述再串联起来，就可以构成区域复杂的植被体系了。

总结

这样，就初步实现了FC5的Generate Terrain Entities的基础功能，但欠缺的地方还是很多的。

Density，Size，Age等参数使用以及规则上，需要去对应最终的游戏世界的尺寸做修改。
如何更优雅的与UE4的FoliageSystem结合，需要再Houdini Engine里做进一步的扩展
算法上的调试，优化，也需要基于具体的制作示例来进行
像Rotation，TerrainData的输出，在之前几节有过介绍，在后文与UE4的整合里也会有进一步的改进。

在下一节里，在介绍如何使用Generate Terrain Entitie在UE4里制作效果的同时，进一步的优化和改进功能。