●UVデータにコンバート編 2
前回のUVデータ編ではランバートと、環境マップのUVをやりました。
今回はランバートの応用でスペキュラと、リアルタイムに見れるだけではない、レンダリングへの適用手段の一つを紹介したいと思います。

準備するデータは前回同様UVデータです。
慣れて来た、もしくはそのままのデータが存在する方はここは飛ばしてください。

オブジェクトを選択して、取得 > プロパティ > テクスチャプロジェクション > 新規プロジェクションの作成 と選択します。
ダイアログが開きますが、どうせICEでパラメータを与えるのでデフォルトのままでＯＫを押します。

 

上図の左のようにオブジェクトに緑色の枠が表示されます。
エクスプローラーで確認すると、Ｃｌｕｓｔｅｒｓの中にTexture_Coordinates_AutoとTexture_Supportというプロパティが出現します。

Texture_Supportというのが上図の左の緑色の枠です。
以下からは、ＵＶの頂点座標データのみが必要なので、ＵＶの全体枠を示すTexture_Supportは要りません。

ＭＣＰ右側のＥｄｉｔ > フリーズＭを押す等して Texture_Support をフリーズしておきます。

次はIceの設定です。
頂点カラー編とは違い、対象となるオブジェクトのUVデータにを「SetData」にセットします。

UVは頂点カラーよりも深いところにあります。
Set Dataのリファレンスの横「Explorer」をピックして、
Polygon Mesh > Clusters > Texture_Coordinates_AUTO > Texture_Projection > UVｓ です。
UVは大体において、２Dテクスチャに対してしか使用しないため２次元のUVｓでいいのですが、３Dテクスチャを使用したり、３次元的に使用したい場合は、UVWｓを使用します。
とりあえず今回はUVｓとしておきましょう。
テクスチャエディタではUとVを示す方向はこうなっています。※ここ、MaxもMAYAも、０～1の方向が違うので注意が必要です。

ICEツリー上はこのようになります。

まず始めに、１で準備したICEのSet DataのUVｓのポートにConversion>Scalar to 2D Vectorを繋ぎます。

そしてスペキュラーのICEは、以前作成したLambertShaderを基に、変更する形で作成します。
※ローカルにない方はこちらからダウンロードしてください。

 < fmt_LambertShader v0.6 ダウンロード > 

ユーザーフォルダの\Data\Compounds（例：C:\users\ユーザー名\Softimage\XSI_7.01\Data\Compounds）にコンパウンドが保存されていれば、
ICE Preset Manager(IceTreeの左側)のColor>にfmt_LambertShaderが表示されているはずなので、それをツリービュー内にドラッグアンドドロップしてください。
出現していない方は、上のDLしたファイルを解凍し、fmt_LambertShader.0.6.xsicompoundをSoftimageのICE ツリービューへドラッグアンドドロップでも大丈夫です。

とりあえずコンパウンドが赤いままだと落ち着かないので前回同様に、Get Dataでライトを接続してあげてください。

次に fmt_LambertShader の Scalarポートを Scalar to 2D Vectorに繋ぎます。

 

ここで前回と同じLambertのトゥーンマップが再現できます。
ですが、とあるブログで指摘されていました。このままの状態ですと、オブジェクトを動かすとあれあれ？

シェーディング用のUVがオブジェクトの移動についていきません。
今回はここの修正から入ります。

それではこの
fmt_LambertShaderを右クリックし、メニュー一番上のコンパウンドの編集で、コンパウンドの中に入ります。
問題はここの、Get Dataのglobal座標をMatrixとして渡している部分です。
これですと、Globalの位置がMatrixとして渡されてしまうので、法線情報に対して位置情報がかかってしまいます。

申し訳ありません。m（_ _）m それでは以下修正です。

まず、GetDataを用意し、ノードをダブルクリックでプロパティを開き、GetDataのボックスに「Self」と入力してからExplorlerボタンをピックしてください。
こうすることで、シーン全体からオブジェクトをエクスプローラー上で探しに行く手間を省けます。(左：Self有り　右：Self無し)

 

そして上記エクスプローラーからSelf/Kinematics/Global Transform/Ori/Eulerと降りて行き Euler をピックします。

次にConversionからSRT to Matrixを取得して上記GetDataから接続します。

このとき、SRT to Matrixの出力ポートが黒く、未認識された状態になっています。
これはMatrixの型が定まっていないということなので、（ボクは3×3Matrixなの？4×4Matrixなの？）Math>Matrixから3×3か4×4Matrixを繋いで、型を定義してあげる必要があります。
たとえばすでに法線ベクトルを計算するために繋がっている、Multiply Vector by Matrixが4×4Matrixになっているので、4×4 Matrix を間に介して繋ぐとすんなり繋がります。
ここは余分なノードだと思われがちですが、プログラムでは「型を定義」という行為は実は重要な意味を成しているので、ある意味納得のいく接続となります。
※将来的にここがフレキシブルになりかねないので、現バージョンのみかもしれませんがゥァ｣

ここまでつなぎ終わった時点で、移動させていた上記オブジェクトのシェーディングがぴったり収まったと思います。

ここまでが前回の fmt_LambertShader の訂正点となりますので、以下にコンパウンドを再公開しておきます。

 < fmt_LambertShader v0.7 ダウンロード > 

それではスペキュラの作成に入ります。
スペキュラの計算方式はいくつかありますが、今回は一番式が簡単そうな、Blinn-Phongモデルを選択します。
ライトベクトルと視線ベクトルの丁度半分を計算して、その角度をスペキュラ反射とするのが Blinn-Phong モデルです。

まずは、視線ベクトルの作成です。
前回の環境マップUVとは違う方法で視線ベクトルを求めてみましょう。
カメラの位置と各頂点の位置を引くことで求められる視線ベクトルです。

カメラのGetDataはコンパウンドの外に出したいので、コンパウンド内ではGetDataにKine.global.posとだけ入力して、外部公開入力からIn Nameポートに繋ぎ、
入力ポート名を（Vector Lightと合わせて）Vector Camera として、ポート名を Vector Light の下まで移動させました。

一回コンパウンド編集から抜けて、外に出ます。
そしてGetDataにシーン内にいるCameraをセットしてOut Nameをコンパウンドの新しいポートのVector Cameraに繋ぎます。

 

コンパウンド内に戻るとノードが青く、データが来ていることが確認できますので、次は頂点座標データツリーを作成します。
ほぼここは、法線データの取得部分と同じで、GetPointNormal が GetPointPosition に変わります。
ユーザー頂点というのが存在しないので、First Validノードが存在しません。

上二種類のカメラ位置と頂点位置をMath>Basic>Subtractで引き、Vector>Normalizeで正規化します。
この結果が視線ベクトルです。

もうすでにライトベクトルはこのコンパウンドの中にありますので、

H = V + Lを再現します。
上の結果とライトベクトルをMath > Basic > Addを使って足し、ハーフベクトルを求めます。
その結果と法線ベクトルの内積をもってスペキュラーのスカラーが求められます。
※Dot Productはすでにコンパウンド内にあったものを再利用します。

あとはDot Productの先ですが、Rescaleのみクランプにチェックを入れて、Target Endを0.999に設定してください。
スペキュラは輝度値の勾配が強くなるので、出来るだけ輝度1にならないように設定する必要があります。

UVだけではこれで終わりなのですが、折角頂点カラー用にColorにも出力しているので、パワー（減衰）も調整できるようにしましょう。

スペキュラのシェーダ計算式は
S = pow(max(dot(N,H),0),pow値)
となるので、
Dot Productの後にmax()の代わりにMath>Comparison>Maximumを繋ぎ、その後にpow()に相当する Math>Basic>Exponentを繋ぎます。

変わって、UVに設定したテクスチャシェーディングの場合はテクスチャにグラデーションなどでスペキュラの減衰値と出来るわけです。

右図のテクスチャを使用すると左図のようになります。

今回のスペキュラーシェーダも以下リンクでダウンロードできるようにしておきます。

 < fmt_SpecularShader ｖ0.5 ダウンロード > 

ここまでの３シェーダを使って、レンダリングをするためのレンダーツリー設定例を紹介したいと思います。

まずはデータの準備から。
適当にオブジェクトを作成してTextureProjectionを３つセットします。（今回はTorusを選んでみました）
オブジェクトの名前は「torus_toon」とし、TextureProjectionのタイプは何でもかまいません。

そしてそれぞれの TextureProjection に SetData する ICEツリーを構成します。
下図では GetData をひとつで名前をSelfだけにして、Out Name を SetData にそれぞれ繋ぐことで、SetData内でいちいちSelfを入力するのを省けています。
手順はまず GetData の Self を先に用意して、Out NameをSetData の In Name へそれぞれ繋ぎます。
その後、SetData の Explorler ボタンから各TextureProjection の UVｓ を選択し、設定します。

このツリーへ、今まで作った「fmt_LambertShader」「fmt_SpecularShader」 「fmt_SphereEnvironment UVs」を取り出します。
「fmt_LambertShader」「fmt_SpecularShader」はScalarからUVｓ(2DVector)に繋ぐのでScalar to 2D Vectorを介します。
シェーディンググラデーションを描く方向は横が見やすいと思いますので、Xポートのみに繋ぎます。

今回はトゥーンのものとソフトシェーディングの両方を作ってみたいので、上までのTorusをもう一個複製して、「torus_soft」とリネームします。

ここまででUVの準備は出来ました。
次はテクスチャの用意です。

まずはシェーディングテーブルから・・・

toon用テクスチャ	soft用テクスチャ
ランバート
スペキュラ

スペキュラテクスチャはtoon側はアルファを用意して（左下枠下側）、アルファブレンドできるように用意します。
soft側はRGBで一度に黒から色へのグラデーションを描きます。
※解説は後ほど、レイヤーセッティングのところと同時に・・・。

次は環境マップ用

toon用テクスチャ	soft用テクスチャ

環境マップの方もスペキュラと同様にtoonとsoftで違う状態のものをそれぞれ用意します。

オブジェクトにそれぞれコンスタントでカラーが白のマテリアルを割り当て、それに接続していきます。

まずはtoonから。

レイヤーをConstantに三つ追加して、テクスチャをそれぞれ放り込んで繋ぎます。
それぞれのImageノードで設定するUVは、上でICEコンパウンドを繋いだ役割にあわせて設定します。
今回の場合LambertはTextrue_Projection、Specularは

Textrue_Projection1、環境マップは Textrue_Projection2 です。

そして各レイヤーを、すべてColorポートのレイヤーに設定します。
領域レンダリングで結果を確認すると、このような状態になっていると思います。

各レイヤーの設定を以下のようにします。※左からLambert用、Specular用、環境マップ用
ウェイトがレイヤー作成時には0.5になっているのですべて1.0にします。
モードはすべてオーバーにします。※通常のスペキュラは加算なのですが、トゥーンの場合スペキュラはアルファブレンディングにすると結構それっぽくなります。
スペキュラと環境マップはマスクモードを入力のアルファを使用にして、それぞれのテクスチャの持っているアルファをブレンドに使用することにします。
結果、環境マップが強すぎるように感じたのでウェイトモードを下げました。

結果はこんな感じになりました。
見やすいように、ライトの向きを少し変えてあります。

ちょっとシェーディングテーブルの色が良くないので以下のように変更しました。
スペキュラのサイズであるアルファも調整してあります。

結果はこんな感じです。

・・・もうすこしLambertのシェーディングテーブルをいじってみましょう。

例えばこのように反射光的な効果を入れて見ます。
すると、シェーディングでも効果が出ます。
調整しだすときりがないので、ここでとめておきますが、シェーディング調整の参考ということで・・・。

では次はSoftシェーディングです。
レンダーツリー上の構成はtoonと同じで、レイヤーのブレンド設定が変わります。

スペキュラと環境マップはブレンドモードをオーバーではなく、プラスに変更します。
下のレイヤーの色に対して色を加算するという設定です。

すると、このようになります。
通常のシェーディングのようですね？？

たとえば、マテリアルのPhongのデフォルトのようにシェーディングの色味を設定すると・・・

このようになります。

シェーディングがサーフェイスの裏側へ回り込むハーフランバートなんていうのも・・・

いとも簡単に実現できてしまいます。

今回は環境マップもついでに付けてみましたが、スペキュラとランバートのセットを用意すると、
シェーディングテーブルの実験がとてもしやすくなると思います。

それでは今回使用したシェーディングのテクスチャをダウンロードできるようにしておきますので、
参考にしていただければ・・・。

 < シェーディングテーブルテクスチャダウンロード > 

さらに実用例があると面白いかと思い、ユーザーノートの Ritaroさんより「絵美さん」モデルをお借りして、それにレンダリング設定を加えてみました。

顎を引き、ニコリと笑って、スマイル。
顔の肌と髪の毛にこのICEを使ったシェーディングを利用しています。

シェーディング用のテクスチャはこんな感じ。

■肌

■髪

レンダーツリー
ベースのテクスチャはすでに使用されていたもの、シェーディングのマスク用の頂点カラーも設定されていたものを使用しています。

■肌

各レイヤーの設定

■髪

ICEの構造は基本的に上までと同じものですが、髪の毛のスペキュラだけ、ライトを個別に持っています。
頭に対して垂直に真下に向かうライトを固定で持ちます。

こうすることで物理的には正しくありませんが、異方性スペキュラのような手書きのイメージで狙いやすい効果を出すことが出来ます。

以上、ここまでのものはただの一例ですので、皆様の好きなシェーディングを再現してみてください。

このページで使っている fmt_LambertShader コンパウンド等を見て、気になった方もおられるかと思います。

このノードはXSIヘルプの文章をそのまま引用すると、

First Validノードは、ツリーブランチに接続されている入力ポートの中で、エラーが発生していない最初のものを通過させます。その他の入力ポートは、すべて無視されます。
と、書いてあります。
つまり、このノードの上に繋がっているポートから順にエラーが出ていないものを優先的に出力ポートに送る。
という意味なんです。

上の画像（fmt_LambertShaderコンパウンド）の場合、もしモデルにユーザー法線（User_Normal_Property）がセットされていたら、そこから法線を取ってきて、
繋がっていなければ、下段のPointNormalを取得して次に送る。といった処理を行います。

FirstValidはユーザー法線があるかないか、使用する人のモデルによって異なり、こちらからはわからない場合のエラー回避処理として使用できます。

スクリプトでよく使う、「～データがあるかないかを調べてあったら処理をする」というものに良く似ています。
コンパウンドの公開時に使用しているとちょっと親切ですね。