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今天給大家?guī)硪粋€(gè)比較有意思的Houdini vex 模擬交通系統(tǒng)案例教程分享 Houdini學(xué)習(xí)群：19969476

今天給大家?guī)硪粋€(gè)比較有意思的Houdini vex 模擬交通系統(tǒng)案例教程分享

1、介紹

我的名字叫Franco Pizzani，參與過《使命召喚：無限戰(zhàn)爭(zhēng)》和《使命召喚：第二次世界大戰(zhàn)》等游戲的開發(fā)。大約從那時(shí)起，我開始在空閑時(shí)練習(xí)Houdini，當(dāng)時(shí)只是為了學(xué)習(xí)一些新東西，但是，在某個(gè)時(shí)候，我意識(shí)到我想進(jìn)一步深入掌握它。所以就參加了加拿大溫哥華的 Houdini FXTD program 。

2、項(xiàng)目的開始

這是我的Houdini課程中的第三個(gè)項(xiàng)目，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)人群系統(tǒng)。前幾講涵蓋了有關(guān)人群及其行為的基本概念。我們進(jìn)一步了解了Houdini內(nèi)置的人群工具，該工具可以與人群求解器一起自動(dòng)為您完成所有操作。盡管人群求解器和內(nèi)置工具非常出色，但我確實(shí)想嘗試使用VEX可以做一些不同的事情，所以我認(rèn)為交通系統(tǒng)將是獨(dú)一無二的。在我看來，交通系統(tǒng)是如此機(jī)械，它將使我有機(jī)會(huì)控制和設(shè)置使交通系統(tǒng)運(yùn)行的所有必要屬性，例如矢量和力。同時(shí)，模擬交通系統(tǒng)似乎并不是典型的Houdini項(xiàng)目，因此我將其視為一舉兩得的事。

3、項(xiàng)目的基本情況

該項(xiàng)目的核心是一個(gè)solver求解器和一堆pointwaranger節(jié)點(diǎn)（您可以在其中寫VEX的節(jié)點(diǎn)），通過vex讀取和設(shè)置屬性。然后，這些屬性用于基于不同條件來定義屬性狀態(tài)。在此項(xiàng)目的每個(gè)幀上都會(huì)計(jì)算出90多個(gè)屬性，這些屬性的范圍從我所謂的“初始屬性”開始，這些屬性是原始數(shù)據(jù)，由方向矢量，距離和模擬中產(chǎn)生的其他信息組成。然后分析這些初始屬性以設(shè)置“狀態(tài)屬性”。這些狀態(tài)屬性用于定義車輛的狀態(tài)，這些狀態(tài)是“加速”，“開始”，“停止”或“以最高速度行駛”。

例如我前面有一輛與我在同一車道上的車輛，那么它的方向與我的方向相同，并且到前面的車輛的距離小于預(yù)定的制動(dòng)距離，這時(shí)“在前方車輛制動(dòng)”屬性將為true，從而觸發(fā)“開始”狀態(tài)。當(dāng)觸發(fā)此狀態(tài)時(shí)，有一個(gè)制動(dòng)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)根據(jù)距離減小施加到我的車輛上的力，從而減小我的速度和與前方車輛的距離，以防止其發(fā)生碰撞。如果我的車輛處于“制動(dòng)”狀態(tài)并且我的速度等于0，則表示我已停止，因此將觸發(fā)“停止”狀態(tài)。如果車輛正在制動(dòng)或停止的狀態(tài)屬性改變，它將變?yōu)椤凹铀佟睜顟B(tài)，再次施加力。

這些狀態(tài)屬性的傳遞都是通過pcopen和neighbor等點(diǎn)云系列函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。下圖中是我的節(jié)點(diǎn)圖，盡可能的保證節(jié)點(diǎn)圖的組織化和模塊化。solver求解器將在每一幀中從左到右以及從上到下執(zhí)行這些節(jié)點(diǎn)。

4、道路與交通結(jié)構(gòu)

具體的道路系統(tǒng)是以現(xiàn)實(shí)生活為參照，仔細(xì)觀察，提煉規(guī)則。我非常喜歡現(xiàn)實(shí)生活的交通路網(wǎng)，通過觀察學(xué)習(xí)我了解了車輛行駛，交通信號(hào)燈，停車標(biāo)志，避開行人的規(guī)則。我花了一段時(shí)間才正確設(shè)置交通信號(hào)燈模式。

當(dāng)我剛開始該項(xiàng)目時(shí)，我先進(jìn)行了原型制作，使車輛沿著道路（在單車道上）行駛并互相制動(dòng)/停車。后來，當(dāng)我將其擴(kuò)展到每條道路有1條以上車道時(shí)，我看到車輛似乎無緣無故地剎車和停止，但它們前面沒有其他車輛。經(jīng)過一些調(diào)試后，我發(fā)現(xiàn)它們的停止是因?yàn)槲覜]有執(zhí)行任何判斷來檢查前面的車輛是在當(dāng)前車道中還是在相鄰車道中，因此很多工作確實(shí)按照現(xiàn)實(shí)生活的邏輯進(jìn)行修改。在檢查設(shè)置狀態(tài)的條件時(shí)，重要的是要檢查正在發(fā)生的事件及其優(yōu)先級(jí)。車輛可能正在剎車減速以在紅燈處停車，但是如果在到達(dá)紅燈之前有停止的車輛，則必須先停車。

在項(xiàng)目中我采用樣條線來引導(dǎo)車輛。每個(gè)樣條都有一個(gè)“道路名稱”，并且知道與之相連的樣條是什么。當(dāng)車輛在道路上行駛時(shí)，它會(huì)從樣條曲線讀取這些屬性，從而可以知道下一條街道在哪里以及它們可以走到哪里。如果選項(xiàng)為2或更多，則每輛車將隨機(jī)選擇下一步。這是我最不滿意的項(xiàng)目部分，因?yàn)樵O(shè)置這些樣條線需要一些手動(dòng)工作去放置，并設(shè)置道路屬性。

5、管理車輛

我在項(xiàng)目中使用速度屬性來移動(dòng)點(diǎn)：以米/秒為單位進(jìn)行計(jì)算，如果車輛的速度為25，則意味著它以每小時(shí)90公里的速度行駛。由于每個(gè)車輛都知道它們的位置和所要行駛的道路，因此可以計(jì)算從車輛的位置到所要行駛的道路的方向向量，然后在該向量的方向上施加力。一旦我們?cè)诘缆飞希瑢⒀氐缆返男旭偡较蚴┘恿Γ@樣，車輛就可以沿著道路正常行駛。

項(xiàng)目中也運(yùn)用了一些其他的數(shù)學(xué)概念（例如點(diǎn)積和叉積）。使用點(diǎn)積，我們可以輕松確定車輛之間的前后關(guān)系。如果我的方向向量和到另一輛車的方向向量的點(diǎn)積大于0，則意味著另一輛車在我前面。如果小于0的結(jié)果表示另一輛車在我后面。

6、speedmax屬性

在生成車輛時(shí)，我立即為它們分配一個(gè)隨機(jī)的“ speedmax”屬性。車輛的speedmax屬性在每秒11.1至17.7米之間，相當(dāng)于每小時(shí)40至64公里的速度。無論施加多大的力，都不允許速度超過指定值。

同時(shí)，道路具有真實(shí)的比例大小，并且車輛以每小時(shí)64公里的最大速度行駛，這意味著車輛在道路上行駛一些時(shí)間后會(huì)離開模擬。因此，我正在準(zhǔn)備模擬一個(gè)14000幀，這相當(dāng)于大約10分鐘的解算，大約需要5分鐘來模擬。

另一個(gè)重要方面是通過隨機(jī)變化。每輛車都會(huì)獲得隨機(jī)值，例如它們開始停車時(shí)與紅燈之間的距離，停在前方車輛后方的距離或者停車后重新啟動(dòng)的時(shí)間等隨機(jī)值，所有的這些值的隨機(jī)變化都會(huì)使解算更加逼真。

產(chǎn)生制動(dòng)和停止距離的隨機(jī)值

車輛始終可以獲取需要?jiǎng)x車或停車的屬性狀態(tài)，并且當(dāng)距離低于上面屬性中定義的值時(shí)，它們會(huì)通過減小承受的力來減慢速度，剩下的就是求解器通過降低其速度。車輛源的幾何形狀經(jīng)過仔細(xì)設(shè)置，以1米長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)，這樣我就可以根據(jù)實(shí)際單位為每輛車輛分配pscale屬性（大小）。由于每個(gè)車輛都知道它們的尺寸（pscale）和必須制動(dòng)的車輛的尺寸，因此我可以準(zhǔn)確地計(jì)算出它們從前保險(xiǎn)杠到后保險(xiǎn)杠的距離。

7、紅綠燈與行人

我認(rèn)為添加行人會(huì)使其看起來更加生動(dòng)復(fù)雜。并且我在之前的制作過程中已經(jīng)做好了添加行人系統(tǒng)所需要的屬性，以及檢測(cè)其他車輛并為行人工作而剎車/停車的邏輯。這是Houdini的優(yōu)點(diǎn)之一：進(jìn)行一項(xiàng)設(shè)置，并通過針對(duì)不同的事物進(jìn)行一些調(diào)整來重復(fù)利用。行人需要做更多的工作，因?yàn)楝F(xiàn)在他們的行為有些漫無目的，他們只是盲目地穿過馬路，理想情況下，我會(huì)執(zhí)行一些邏輯以使行人在過馬路之前停下來觀察車輛的往來疏密，直到有安全的空隙或紅綠燈變?yōu)榫G色時(shí)再穿過馬路。

交通信號(hào)燈是設(shè)置的重要組成部分，如果沒有交通信號(hào)燈，在交通流量大的情況下，這個(gè)十字路口可能會(huì)很混亂。

我將交通信號(hào)燈視為具有通過或不通過狀態(tài)的實(shí)體。將這些插入解算中，每輛車可以一直獲取當(dāng)前狀態(tài)以及與會(huì)影響它們的最近紅綠燈的距離。現(xiàn)在已經(jīng)預(yù)定義了交通信號(hào)燈狀態(tài)模式，但是我正在探索使它們根據(jù)車輛流量自動(dòng)更改紅綠信號(hào)的方法。

8、車輛生成

我為車輛定義了不同的生成源，每個(gè)源都有特定的生成頻率，生成數(shù)量和生成種子，以提供更多的變化。我現(xiàn)在設(shè)置的值是在交通流量與我的參考鏡頭相匹配的最佳值。

在下圖中，您可以看到當(dāng)我同時(shí)生成四倍的車輛時(shí)會(huì)發(fā)生什么。交通堵塞模擬器！

9、后記

我不能保證何時(shí)能夠與人們分享更多的細(xì)節(jié)，因?yàn)樵趯W(xué)校的時(shí)間非常緊張，我必須將自己的時(shí)間用于下一個(gè)項(xiàng)目。最重要的是，該系統(tǒng)仍然是一個(gè)半成品，有很多地方需要調(diào)整和修復(fù)。不僅如此，就像我之前說過的那樣，目前還有一部分內(nèi)容需要手工完成，因此，我會(huì)考慮一種解決方案，以使其變得更加程序化，更直接易用。

3D藝術(shù)家：Franco Pizzani

訪談 ：Kirill Tokarev

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