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RBD Solver DOPは、Rigid Body Dynamicsソルバを使用するオブジェクトを設定します。
オブジェクトがこのDOPを“Solver”サブデータとして持っていれば、オブジェクト自体がRBD Objectとして進化します。
このソルバは、オブジェクトのボリューム表現を拡張して利用します。 オブジェクトのジオメトリに合ったボリューム表現を作成できるように、そのジオメトリにVolumetric Representation DOPを取り付けることを推奨します。
このソルバは、“Position”サブデータを使用します。このサブデータは、Motion DOPやPosition DOPによって生成されるタイプのデータが望ましいです。
Stack Solverは、パスの合計数が Collision Passes + (Contact Passes + Shock Propagation) * SubContact Passesと同じである必要があります。
メモ ¶
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RBDシミュレーションは、正確な衝突発生時間ではなく、タイムステップの始めにすべての衝突を処理します。 これにより、複雑な相互作用が単純化されますが、その結果として、視覚的に不都合が起こる可能性があります。 高速に移動するオブジェクトは、サーフェスに到達する前にサーフェスを跳ね返ることがあります。 例えば、当たったサーフェスからの衝撃は、タイムステップの始めのオブジェクト位置に適用されます。
サブステップ数を増やすと、衝突検出時のオブジェクトとサーフェス間の距離が小さくなるので、そのような不都合が減ります。
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オブジェクトが1フレーム内で大きく移動する場合は、サブステップ数を増やします。 一時的に画像にギザギザが発生する問題を回避するには、オブジェクトを1ステップ内で重要な特徴部分の最小距離の半分より小さく移動させるべきです。
自動サブステップ計算が一時的な画像のギザギザを回避するために正しいサブステップ数を決められるように、 Maximum Substeps を増やします。 Maximum Substeps は、オブジェクトのVelocityとそのオブジェクトのボリューム表現の解像度に影響し、 CFL Condition でスケールされます。 CFL Condition が小さいほどサブステップ数が増えます。
Minimum Substeps を増やすと、最低でもこの数のサブステップ数が保証されます。 変形する衝突ジオメトリを使用した場合、その衝突ジオメトリは自動サブステップ計算で考慮されないので、このパラメータが必要です。
パラメータ ¶
Collision Passes
Stack Solverは、すべてのオブジェクトを辿って、弾道衝突を検索します。 1つの衝突を計算すると別の所でまた衝突が起こる可能性があるので、局所的な計算方法では1回のパスでこれを計算することができません。
そのため、Stack Solverは、衝突が見つからなくなるまで、またはこのパスの数に到達するまで衝突計算を繰り返します。
たとえ、それらのパスで衝突が完全に計算されなくても、その衝突は Contact Pass でクリーンアップされます。 大きな違いは、その衝突の弾性がなくなることです。
Contact Passes
Stack Solverは、すべてのオブジェクトを辿って、接触を安定化するのに加速度を調整する必要がある箇所を検索します。
複数にスタックされたオブジェクトが一般的なので、これは複雑な相互関係になることがよくあるので、複数のパスをまとめる必要があります。
SubContact Passes
静止オブジェクトには、跳ね返るオブジェクトよりも安定性が必要になります。 そのため、そのオブジェクトを急に停止させず、システムを安定させるために何回も繰り返してオブジェクトを遅くしていきます。
これは、すべてのContactパスに対してそれを行なうステップ数です。
Shock Propagation
これらのパスは、 Contact Passes と非常に似ています。
大きな違いは、もし本がテーブル上に静止している場合に、このパスでは、そのテーブルには無限の質量が割り当てられます。 これにより、テーブルが地面とずれることがなくなり、システムをより速く収束させることができます。
経験上では、この値にはスタックオブジェクトの期待する最大数に設定してください。 安定した構成で相互に10台のテーブルを積み重ねようとするならば、10の値がスタックの完全な計算に役に立ちます。
オブジェクトが適切に静止しても、ゆっくりとお互いに沈め合い始めているようであれば、 Shock Propagation の値を上げると解決することがあります。
Resolve Penetrations
これらのパスは、相互貫通を回避するための最終の試みです。 Shock Propagation と同様に、下から上へオブジェクトを処理しようとします。
もし本がテーブル上に静止していて、そのテーブルと貫通していれば、その本をテーブルの外側に乗るように動かされます。 これは、本がテーブル上に乗っていても実行されます。
その貫通の修復は、貫通がなくなるまで、または、このパラメータで設定した最大数に到達するまで繰り返されます。
SubContact Passes は、オブジェクトをゆっくりと引き離すために使われます。 本をテーブルの外側へ即座に動かすのではなく、 SubContact Passes に指定した数に基づいて動かされます。 これは、複雑なオーバーラップが発生した時に処理を安定化させようとするために実行されます。
Use Point Velocity for Collisions
ポイント位置の変化を衝突計算で使用するかどうか決めます。
Note
これは、RBD StateのInherit Velocityオプションとは異なります。
このフラグは、Velocityアトリビュートを、初期Velocityのセットアップではなく、衝突にのみ使用するかどうかを制御します。
これを設定すると、ポイント毎のVelocityアトリビュートに対してオブジェクトが検査されます。 そのVelocityアトリビュートが存在すれば、そのVelocityアトリビュートをローカル変形ベクトルと見なし、衝突反応の改善に使用されます。
そのVelocityアトリビュートが存在しなかった場合は、そのジオメトリを2フレーム間で比較して、手動でポイント毎のVelocityを計算します。
Note
$F
を使った関数で変形を行なっている場合は、その変形がステップ関数となるので期待する結果を得られないことがあります。その代わりに、$T
を使用してください。
Use Volume Velocity for Collisions
ボリューム表現の変化を衝突計算で使用するかどうか決めます。
これを設定すると、ボリューム表現がこのフレームと前のフレーム間で比較されます。 その差分を使用して、サーフェス変形のVelocityを計算します。 これにより、変形オブジェクトがもっともらしく相互作用するようになります。
Note
このメソッドは、トポロジーの変更を操作することができますが、接線方向の変形Velocityを見つけることができません。
Glue Ignores Resting Objects
オブジェクトがお互いに接して静止している時、それらのオブジェクトは、まだ重力の影響を受けています。 このオプションは、その影響がGlue Impulseに追加されないようにし、オブジェクトがオブジェクト自体の重力によってばらばらにならないようにすることが簡単になります。
Add Impact Data
RBD計算処理中に、多くのImpactがRBDオブジェクト間で計算されます。それらのImpactは通常では時間を節約するために記録されません。
これを設定すると、Impacts/RBDImpactsデータを衝突するオブジェクトに取り付けることで、それらのImpactすべてが記録されます。
Culling Method
膨大な数のオブジェクトのシミュレーションでは、色々な空間分割の仕組みを使用して衝突検出の負荷を減らすことが役に立ちます。 このオプションでは、それらの仕組みのどれかを選択します。
None は、空間的再分割を行なわないことを意味します。
Sphere は、オブジェクトを球として扱い、小さな交差検知がそれらの球で処理されることを意味します。 これは高速ですが、細長いオブジェクトは誤検知を起こす可能性があります。
OBB とはOriented Bounding Boxes(方向を定義した境界ボックス)の略です。 これは細長いオブジェクトに対してもきっちりと境界を用意しますが、空間分割ツリーの構築が遅く、メリットがあまりないことが多いです。
Contact Grouping Method
Houdiniがポイント衝突を計算する時、類似ポイントをまとめてグループ化するかどうか、そして、その方法を制御します。
このパラメータを None 以外の値に設定すると、Houdiniは、類似ポイント(つまり、以下の Contact Grouping Tolerance で指定した距離の範囲内にあるポイント)を 衝突計算用の単一ポイントとして扱います。
これは、立方体などのオブジェクトのジオメトリのポイント(その立方体のコーナー)が遠く離れている時に役に立ちます。
Contact Grouping Method が None の時、1つのコーナーが最初に地面と衝突して、その立方体が跳ね返って回転し、また別のコーナーが衝突して、その立方体が跳ね返って回転することになるので、 ジッター(微震)が生じます。
Contact Grouping Method を Average に設定すると、Houdiniは、コーナー間の平均ポイントに基づいた当たりを計算し、ジッター(微震)の少ない安定した結果を生成します。
これは、RBD Objectノードの Surface タブの Edge Representation がオンの時の効果と似ています。 立方体などのエッジがシャープなSparse(疎)ジオメトリがあれば、それらのオプションの両方をオンにすると良いです。
Contact Groupingの効果を確認するには、立方体を地面に落とすシミュレーションを作成します。 その結果のImpactを確認するには、RBD Visualization DOPを接続します。
None
各ポイントそれぞれに対して衝突を計算します。類似の衝突ポイントを結合しようとしないでください。
Most Central Point
類似ポイントをまとめて、オブジェクトの質量の中心とほぼ一線になっている1ポイントにグループ化します。 これは、元のジオメトリのポイントのみを使用して、衝突ポイントを安定ポイントへ偏らせます。
Average Point
衝突ポイントを計算するために、類似ポイントをまとめて平均化します。
これは、 Most Central Point とは違い、実際の衝突のジオメトリを反映しますが、元のジオメトリ上にポイントが乗らなくなる可能性があります。
Contact Grouping Tolerance
Contact Grouping Method が None 以外の時にポイントをまとめてグループ化する距離。
Minimum Substeps
RBD Solverは、フルタイムステップを最低でもこのサブステップ数に分割します。
この値を上げることで、サブステップを細かくすることができます。 これは、何かしらの理由で自動計算が粗くなってしまった場合に使用することができます。
Maximum Substeps
RBD Solverは、シミュレーションをこの値よりも多いサブステップに分割しません。
シミュレーションの複雑さに関係なく、必ずフレーム内で終了する最大サブステップを常に設定することは非常に良い考え方です。 この最大数を下げると、精度が悪くなりますが最大計算時間を抑えることができます。
CFL Condition
CFL Condition は、シーンで必要なサブステップのサイズを自動的に決めるために使用される係数です。 この考えは、サブステップがどのオブジェクトも1ボクセルのセルより大きく相互貫通しないようにするためのものです。
この条件は、このパラメータが1の時に満たされます。10の値は、サブステップが10ボクセルのセル分相互貫通することを許可します。 これは、オブジェクトが適切に跳ね返るというよりも、お互いにオブジェクトをくぐり抜けます。
Parameter Operations
各データオプションパラメータには、それに関連するそのパラメータの動作方法を指定するメニューがあります。
Use Default
Default Operationメニューの値を使用します。
Set Initial
このデータを作成した時だけ、このパラメータの値を設定します。 それ以降のすべてのタイムステップ上では、このパラメータの値は変更されません。 これは、ポジションやVelocityのような初期状態のセットアップに役に立ちます。
Set Always
このパラメータの値を常に設定します。これは、特定のキーフレーム値が時間にわたって必要な時に役に立ちます。 これは、時間にわたってオブジェクトの位置をキーフレームしたり、ジオメトリが変形する場合にタイムステップ毎に SOPのジオメトリを取得するのに役に立ちます。
この設定をパラメータ値に対してローカル変数と合わせて使用することで、時間にわたって値を修正することもできます。
例えば、X Positionでは、$tx + 0.1
のようなエクスプレッションがタイムステップ毎にオブジェクトを右に0.1ユニットずつ動かします。
Set Never
このパラメータの値をまったく設定しません。 このオプションは、このノードを使って1番目の入力に接続された既存のデータを修正する時に非常に役に立ちます。
例えば、RBD State DOPでオブジェクトの質量しかアニメーションさせたくない場合、 Set Never オプションを Mass 以外のすべてのパラメータで使用し、 Mass パラメータには Set Always を使用します。
Default Operation
Use Default に設定した Operation メニューのパラメータに対して、このパラメータが、使用するオペレーションを制御します。
このパラメータは、 Parameter Operations メニューと同じメニューオプションと意味を持ちますが、 Use Default の選択がありません。
Make Objects Mutual Affectors
このノードの1番目の入力に接続されたすべてのオブジェクトが、相互アフェクターになります。
これは、それらのオブジェクトをこのノードに接続する前にAffector DOPを使用して、*
と*
の間にアフェクターリレーションシップを作成する事と同じです。
このオプションは、すべてのオブジェクトをソルバに送って、お互いに影響し合うようにするのに便利です。
Group
オブジェクトコネクタをこのノードの1番目の入力に接続した時、このパラメータを使って、 このノードから影響を受けるそれらのオブジェクトのサブセットを選択することができます。
Data Name
オブジェクトまたは他のデータにデータを追加するために使用する名前を意味します。 Data Name に“/”(または複数)を含めれば、それはサブデータ内側に移動することを意味します。
例えば、Fan Force DOPのデフォルトの Data Name は“Forces/Fan”です。 これは、“Forces”という既存のデータに“Fan”という名前のデータを追加します。 “Forces”というデータが存在しなければ、単なるコンテナデータが作成されて、そこに“Fan”サブデータが追加されます。
異なるデータは、それらを使用する名前に対して異なる要件を持ちます。 非常に稀な場合を除いて、デフォルト値を使用してください。 いくつかの例外は、特定のデータまたは特定のタイプのデータを利用するソルバで説明します。
Unique Data Name
このパラメータを有効にすると、このノードで作成されるデータが既存データを上書きしないように 固有な名前で Data Name パラメータの値を修正します。
このパラメータをオフにすると、同じ名前の2つのデータを追加すると、2番目のデータが1番目のデータを置換します。 各タイプの挙動が必要な場合があります。
オブジェクトにいくつかのFan Forcesを吹き付けたい時に、各ファンが前のファンを上書きしないように、 個々のファンの Data Name を変更して名前の衝突を回避するよりも、 Unique Data Name の機能を使用する方が簡単です。
一方で、オブジェクトに既にRBD Stateデータが追加されていることを知っていれば、このオプションをオフにすることで、 新しいRBD Stateデータが既存データを上書きすることができます。
Solver Per Object
ソルバのデフォルトの挙動は、まったく同じソルバをグループで指定したすべてのオブジェクトに取り付けます。 これにより、パラメータが各オブジェクトに対して同一になるので、それらのオブジェクトをソルバによって1個のパスで処理することができます。
とはいえ、いくつかのオブジェクトは、同時に単一オブジェクトに対してより論理的に作用します。
それらの場合では、$OBJID
エクスプレッションを使用して、オブジェクト毎にソルバのパラメータを変化させたいことがあります。
このトグルを設定すれば、オブジェクト毎に別々のソルバが作成されて、$OBJID
が期待通りに変化します。
Copy Data DOPを使用してパラメータをスタンプする場合にも、この設定が必須です。
入力 ¶
First Input
このオプションの入力を使えば、このノードで修正するシミュレーションオブジェクトを制御することができます。 この入力に接続されていて Group パラメータフィールドに一致するオブジェクトが修正されます。
この入力を接続しなかった場合、このノードを Apply Data ノードと併用して使用するか、または他のデータノードの入力として使用することができます。
All Other Inputs
このノードに複数の入力コネクタがあれば、他のデータノードを取り付けて、このノードで作成されるデータのモディファイアとして動作させることができます。
意味のあるサブデータの特定のタイプは、ノードからノードへ変化します。 意味があるように取り付け可能な利用可能なデータノードのリストを確認するには、入力コネクタをクリックします。
出力 ¶
First Output
この出力のオペレーションは、このノードに接続している入力に依存します。 オブジェクトストリームがこのノードの入力であれば、その出力も入力と同じオブジェクトを含んだオブジェクトストリーム(しかし、取り付けられたこのノードのデータを持ちます)です。
オブジェクトストリームをこのノードに接続しなかった場合、その出力はデータ出力になります。 このデータ出力をApply Data DOPに接続したり、他のデータノードのデータ入力に直接接続することで、 このノードのデータをオブジェクトや他のデータに取り付けることができます。
ローカル変数 ¶
channelname
このDOPノードはData Optionsページの各チャンネルとパラメータに対して、チャンネルと同じ名前のローカル変数を定義します。 例えば、ノードにPositionのチャンネル(positionx、positiony、positionz)とオブジェクト名のパラメータ(objectname)があるとします。
そのノードには、positionx、positiony、positionz、objectnameの名前を持つローカル変数も存在します。これらの変数は、そのパラメータに対する前の値を評価します。
この前の値は、処理されているオブジェクトに追加されたデータの一部として常に保存されています。 これは、本質的には以下のようなdopfieldエクスプレッション関数のショートカットです:
dopfield($DOPNET, $OBJID, dataName, "Options", 0, channelname)
データがまだ存在しないなら、ゼロの値または空っぽの文字列が返されます。
DATACT
この値は、現在のデータが作成されたシミュレーション時間(変数STを参照)です。 このノードが新しいデータを作成せずに既存データを変更していれば、この値は現在のシミュレーション時間と同じにはなりません。
DATACF
この値は、現在のデータが作成されたシミュレーションフレーム(変数SFを参照)です。 このノードが新しいデータを作成せずに既存データを変更していれば、この値は現在のシミュレーションフレームと同じにはなりません。
RELNAME
この値は、データがリレーションシップ(例えば、Constraint Anchor DOPがConstraint DOPの2番目、3番目、4番目の入力に接続されている時)に追加されている時だけ設定されます。
この場合では、この値は、データが追加されているリレーションシップの名前に設定されます。
RELOBJIDS
この値は、データがリレーションシップ(例えば、Constraint Anchor DOPがConstraint DOPの2番目、3番目、4番目の入力に接続されている時)に追加されている時だけ設定されます。
この場合では、この値は、データが追加されているリレーションシップのAffected Objectsすべてに対するオブジェクトIDをスペース区切りにしたリストの文字列に設定されます。
RELOBJNAMES
この値は、データがリレーションシップ(例えば、Constraint Anchor DOPがConstraint DOPの2番目、3番目、4番目の入力に接続されている時)に追加されている時だけ設定されます。
この場合では、この値は、データが追加されているリレーションシップのAffected Objectsすべてに対するオブジェクト名をスペース区切りにしたリストの文字列に設定されます。
RELAFFOBJIDS
この値は、データがリレーションシップ(例えば、Constraint Anchor DOPがConstraint DOPの2番目、3番目、4番目の入力に接続されている時)に追加されている時だけ設定されます。
この場合では、この値は、データが追加されているリレーションシップのAffector Objectsすべてに対するオブジェクトIDをスペース区切りにしたリストの文字列に設定されます。
RELAFFOBJNAMES
この値は、データがリレーションシップ(例えば、Constraint Anchor DOPがConstraint DOPの2番目、3番目、4番目の入力に接続されている時)に追加されている時だけ設定されます。
この場合では、この値は、データが追加されているリレーションシップのAffector Objectsすべてに対するオブジェクト名をスペース区切りにしたリストの文字列に設定されます。
ST
ノードが評価されるシミュレーション時間です。
この値は、変数Tで表現される現在のHoudiniの時間と同じではなく、DOP Networkの Offset Time と Scale Time のパラメータの設定に依存しています。
STは、シミュレーションの開始時間がゼロになるようになっています。
つまり、シミュレーションの最初のタイムステップをテストする時は、$T == 0
や$FF == 1
を使うのではなくて、$ST == 0
のようなテストを使うのがベストです。
SF
ノードが評価されるシミュレーションフレーム(正確には、シミュレーションタイムステップ番号)。
この値は、変数Fで表現される現在のHoudiniのフレーム番号と同じではなく、DOP Networkパラメータの設定に依存しています。 代わりに、この値は、シミュレーション時間(ST)をシミュレーションタイムステップサイズ(TIMESTEP)で割算した値と同じです。
TIMESTEP
シミュレーションタイムステップのサイズ。 この値は、1秒あたりのユニットで表現した値をスケールするのに役に立ちますが、タイムステップ毎に適用されます。
SFPS
TIMESTEPの逆数。 シミュレーション時間の1秒あたりのタイムステップ数です。
SNOBJ
シミュレーション内のオブジェクトの数。 Empty Object DOPなどのオブジェクトを作成するノードでは、SNOBJは、オブジェクトが評価される度に値が増えます。
固有のオブジェクト名を確保する良い方法は、object_$SNOBJ
のようなエクスプレッションを使うことです。
NOBJ
このタイムステップ間で現行ノードで評価されるオブジェクトの数。 この値は、多くのノードがシミュレーション内のオブジェクトすべてを処理しないので、SNOBJとは異なります。
NOBJは、ノードが各オブジェクトを続けて処理(例えば、Group DOP)しないなら0を返します。
OBJ
ノードで処理される特定のオブジェクトのインデックス。 この値は、指定したタイムステップで常にゼロからNOBJ-1まで実行されます。 この値は、OBJIDやOBJNAMEなどのシミュレーション内の現行オブジェクトを識別せず、現在の処理順でのオブジェクトの順番を識別します。
この値は、オブジェクト毎に乱数を生成するのに役に立ちます。他には、処理別にオブジェクトを2,3のグループに分けるのに役に立ちます。 この値は、ノードがオブジェクトを続けて処理(例えば、Group DOP)しないなら-1を返します。
OBJID
処理されているオブジェクトの固有ID。 すべてのオブジェクトは、すべての時間のシミュレーション内のオブジェクトすべてで固有な整数値が割り当てられています。たとえオブジェクトが削除されても、そのIDは決して再利用されません。 オブジェクトIDは、オブジェクト毎に別々の処理をさせたい場面(例えば、オブジェクト毎に固有の乱数を生成したい)で非常に役に立ちます。
この値は、dopfieldエクスプレッション関数を使って、オブジェクトの情報を検索するのにベストな方法です。
OBJIDは、ノードがオブジェクトを続けて処理(例えば、Group DOP)しないなら-1を返します。
ALLOBJIDS
この文字列には、現行ノードで処理されているオブジェクトすべての固有のオブジェクトIDをスペース区切りにしたリストが含まれています。
ALLOBJNAMES
この文字列には、現行ノードで処理されているオブジェクトすべての名前をスペース区切りにしたリストが含まれています。
OBJCT
現行オブジェクトが作成された時のシミュレーション時間(変数STを参照)。
そのため、オブジェクトが現在のタイムステップで作成されたかどうかチェックするには、$ST == $OBJCT
のエクスプレッションが常に使われます。
この値は、ノードがオブジェクトを続けて処理(例えば、Group DOP)しないなら0を返します。
OBJCF
現行オブジェクトが作成された時のシミュレーションフレーム(変数SFを参照)。
この値は、OBJCT変数にdopsttoframeエクスプレッションを使ったものと等価です。この値は、ノードがオブジェクトを続けて処理(例えば、Group DOP)しないなら0を返します。
OBJNAME
処理されているオブジェクトの名前を含んだ文字列値。
オブジェクト名は、シミュレーション内で固有であることが保証されていません。 しかし、オブジェクト名が固有になるように注意して名前を付けていれば、オブジェクトの識別は、オブジェクトIDよりも、オブジェクト名を指定するほうが簡単です。
オブジェクト名は、同じ名前を持つオブジェクトの数を仮想グループとして扱うこともできます。
“myobject”という名前のオブジェクトが20個あれば、DOPのActivationフィールドにstrcmp($OBJNAME, "myobject") == 0
を指定すると、DOPがその20個のオブジェクトのみを操作します。
この値は、ノードがオブジェクトを続けて処理(例えば、Group DOP)しないなら空っぽの文字列を返します。
DOPNET
現在のDOP Networkのフルパスを含んだ文字列値。 この値は、ノードを含むDOP Networkのパスを知りたりDOPサブネットのデジタルアセットで非常に役に立ちます。
Note
ほとんどのダイナミクスノードには、そのノードのパラメータと同じ名前のローカル変数があります。 例えば、Position DOPでは、以下のエクスプレッションを記述することができます:
$tx + 0.1
これはオブジェクトをタイムステップ毎にX軸方向に0.1単位分移動させます。
Examples ¶
DegreesOfFreedom Example for RBD Solver dynamics node
このサンプルでは、RBD ConstraintノードのConstraint Typeパラメータの使い方を説明しています。 このパラメータは、拘束したオブジェクトの自由度を制御することができます。
PaddleWheel Example for RBD Solver dynamics node
このサンプルでは、たくさんのエレメントとRBD機能を組み合わせて、落下するたくさんのオブジェクトにぶつかる水掻きホイールのシミュレーションを作成しています。
このサンプルでは、RBD SolverのResolve Penetrationパラメータなどを設定し、衝突するオブジェクトをグループ化し、拘束を作成する方法を説明しています。