Houdini (графическая программа)

Houdini
скриншот программы Sidefx Houdini 11 под Windows 7
Разработчик	Side Effects Software
Операционные системы	Linux, OS X, Microsoft Windows
Первый выпуск	декабрь 1996
Последняя версия	20.0.745 (2024-06-20)
Читаемые форматы файлов: Houdini Apprentice Project[вд], Houdini Binary LUT (linear)[вд], Houdini Binary LUT (log)[вд] и Houdini LUT[вд]
Создаваемые форматы файлов: Houdini Apprentice Project[вд], Houdini Binary LUT (linear)[вд], Houdini Binary LUT (log)[вд] и Houdini LUT[вд]
Сайт	sidefx.com

Houdini — профессиональный программный пакет для работы с трёхмерной графикой, разработан компанией Side Effects Software (Торонто, Канада). Главное отличие данного пакета в том, что он является средой визуального программирования.

• Моделирование
  • множество геометрических примитивов^[англ.] (куб, сфера, и т. д.)
  • полигональное моделирование
  • сплайны (включая B-сплайны (NURBS), кривые Безье)
  • метаболы
  • L-система
  • ноды для изменения свойств объектов, объединённых в группу: SOPs (surface operators)
  • группирование геометрии
  • частицы — ноды для работы с частицами, объединёнными в группу: POPs (particle operators)
  • вокселы
• Анимация
  • основанная на ключевых кадрах анимация
  • с возможностью процедурного управления каналами параметров сцены с помощью HScript или с помощью операторов группы CHOPs (channel operators)
  • редактор ключевых кадров — с возможностью графического представления параметра сцены, изменения типа интерполяции значения и расположения во времени ключевого кадра
  • персонажная анимация — инструменты для персонажной анимации: скелеты, риг, волосы и шерсть (с просчётом физического взаимодействия), взаимодействиe персонажей (Crowd control) и т. д.
• Физическое моделирование — расчёт физического взаимодействия:
  • твёрдых (Rigid Body) и мягких тел (Soft Body)
  • «верёвчатых» тел (Wire)
  • тканей (Cloth)
  • волос и шерсти (Fur)
  • расчёт физического поведения и визуализации газов и жидкостей (моделирование поведения огня, дыма, большинства атмосферных явлений, растворения одной жидкости в другой, карты намокания (Wet Map) и т. д.)
• Освещение
  • большой набор источников света
  • шейдеры освещения (Light Shader)
  • просчёт большинства физических свойств света: теней, глобального освещения, каустики и т. д.
• Материалы и шейдеры
  • библиотека материалов
  • возможность создания пользовательского материала путём редактирования существующего или программирования шейдера материала — SHOPs (shading operator)
• Объёмный звук — Houdini обладает набором инструментов позволяющих работать с объёмным звуком. Расположив виртуальные источники звука в сцене, с помощью специального объекта выполняющего роль микрофона (Microphone object), можно получить звуковой сигнал в конкретной точке сцены с учётом акустических свойств объектов сцены.^[1]
• Рендеринг
  • удобная нодовая структура рендеринга (ROPs — render operators) с возможностью очереди просчёта, иерархического взаимодействия нод просчёта между собой. Ноды рендеринга «помнят» свои параметры, что даёт возможность быстрого пересчёта нужных элементов сцены
  • поддержка различных средств визуализации: Mantra, Renderman, mental ray, и других
  • поддержка основных графических форматов для экспорта сцены с поддержкой многоплановых изображений
  • сетевой рендеринг
  • рендеринг для отдельно взятых источников света или объектов принадлежащих к определённой группе геометрии
• Композитинг
  • встроенный инструмент для Композитинга с (COPs — composite operators) с полноценной поддержкой пикселов с глубиной цвета 32 бита с плавающей точкой
  • информация из COPs может быть напрямую использована в сцене проекта

Оператор — это основная структурная единица Houdini, способная в соответствии с её типом обрабатывать определённые данные и возвращать результат. В большинстве случаев, пользователь имеет дело с графическим представлением оператора — нодой, которая отображается в виде прямоугольника с входными и выходными соединениями. Выходное соединение одной ноды можно связать с входным другой, тем самым, обеспечивая передачу данных между ними. Можно сказать, что моделирование в Houdini — это процесс создания и связывания операторов (нод). Любое действие в проекте будет порождать новый оператор, поэтому, пользователь всегда имеет возможность изменять параметры произведённых действий, а также отменять (удалять) действия или временно отключать.

Соединения нод или операторов, образуют графы (Networks). Такие графы могут относится к одному из ниже приведённых контекстных типов:^[2]

• Objects (OBJ) — является контейнером верхнего уровня для всех геометрических объектов (источников света, камер, объектов SOPs и т д.). Позволяет определять пространственные и иерархические зависимости между объектами сцены
• Geometry (SOP) — обладает полным функционалом для моделирования. Обычно такой граф содержит ноды-генераторы (куб, сфера, плоскость) и ноды-преобразования (трансформация, сжатие, булевые операции). Такой граф может содержать только одну активную ноду, которая будеть определять результирующую геометрию объекта SOP
• Particles (POP) — такой граф позволяет создавать источники частиц и определять их поведение с помощью соответствующих нод
• Motion and audio channel operators (CHOP) — такой граф содержит ноды для управления каналами данных (любой параметр сцены, информация из аудиофайла). Является инструментом процедурной анимации
• Compositing (COP) — содержит ноды 2D-преобразования графических изображений. Является полноценным инструментом композитинга. По сравнению с другими пакетами моделирования, инструмент композитинга Houdini — это не отдельная программа. Данные из COP могут быть напрямую задействованы в трехмерной сцене
• Dynamics (DOP) — граф для создания физических свойств объекта и расчёта их взаимодействия. Позволяет создавать реалистичное поведение объектов, к примеру, столкновение твёрдых тел с расчётом деформации или разрушения исходных объектов или поведение тканей
• Shaders (SHOP) — содержит ноды шейдеров. Параметры этих нод изменяют свойства определённого шейдера
• Render outputs (ROP) — содержит ноды рендеринга. Каждая такая нода обладает определённым набором параметров визуализации, к примеру: диапазон кадров для просчёта, активная камера, имя фаила для сохранения результатов рендеринга и т д. Такие ноды могут соединятся между собой, создавая зависимости
• VEX Builder (VOP) — граф для визуального программирования Houdini. Преимущественно используется для программирования шейдеров.

Граф каждого из типов обладает своим собственным, уникальным набором операторов, при этом, почти в любом графе можно создать подграф другого типа, а также существуют механизмы обмена информацией между графами различных типов. К примеру, при создании источника частиц в графе POP может быть использована информация из объекта SOP, которая будет определять геометрическую форму источника.

Графы могут быть объединены в самостоятельную структуру — «пользовательскую ноду» (Digital asset) со своим названием и набором регулируемых параметров. Существуют примеры создания очень сложных процедурных моделей с большим числом регулировок, к примеру: процедурная дорога, которая в зависимости от перепадов высот сама встраивает сложные мосты или туннели, пользователю лишь нужно указать путь, по которому эта дорога будет проходить или процедурная книга, где пользователь указывает количество страниц, размеры и путь папки с текстурами; изменяя параметр, отвечающий за номер открытой страницы, можно создавать анимацию перелистывания книги или журнала.

Все операции в Houdini доступны для выполнения и с помощью программного кода. Оператор, при этом, представляется в виде класса, а параметры оператора в виде членов этого класса. Каждый оператор имеет свой адрес в проекте схожий по структуре с Unix-подобными операционными системами. Переменные и параметры функций оператора могут обрабатывать большое количество типов данных:

• Геометрические данные — точки, примитивы, нормали, проекции, кривые и т. д.;
• Графические данные — растровый массив данных из графического файла или напрямую из встроенного композера COPs;
• Частицы — структуры данных для POPs;
• Физические данные — DOPs;
• Строчные данные — текстовые параметры операторов;
• Числовые данные — параметры операторов, атрибуты, векторы, большинство данных для программирования шейдеров и т. д.;
• Информация с устройств ввода — мыши, клавиатуры, графического планшета, MIDI-порта, микрофона;
• RAW данные из файла;
• Данные из TCP/IP-соединения;
• Аудио-поток из файла или виртуального микрофона расположенного в пространстве сцены.

За использование Houdini для имитации природных явлений с помощью частиц и сложных процедурных трёхмерных моделей, компания Side Effects Software в 2002 году, получила премию «Оскар» за технические достижения (Scientific and Engineering Award)^[3].

Houdini относительно дорогой продукт, но существует и бесплатная версия Houdini Apprentice — которую можно использовать в некоммерческих целях, а также свободно загрузить с официального сайта программы.