Houdini SOP & VEX入门笔记（1）

引言

暑假到了，因为自己进的实验室主要做的DGP(Digital Geometry Processing，数字几何处理)，借鉴自己之前通过Substance Designer入门图像处理领域，通过Unity入门图形学渲染领域的经验，打算学一下自己垂涎已久的Houdini来入门几何处理。
顺便一提，本文中所使用的Houdini版本为Houdini Apprentice 17.5.293。跟的教程是有名的湖边小屋，手头有余裕的朋友们可以到gumroad上面购买支持一下这位艺术家。
建议有意向阅读此文的读者选个有空的时候，坐在电脑前再来阅读本文。原因其一，排版是按PC来排的，手机上不好阅读；其二，内容比较硬核，干货比较多，需要坐下来慢慢读。
<hr>脚本语言

与SD一样，Houdini也是基于节点编程；比SD更强大的地方在于它也支持脚本编程（SD的脚本编程目前还处于非常原始的阶段），并且脚本编程的威力非常强大。Houdini所使用的脚本语言有好几种，就我目前了解到的有如下几种：

• 参数脚本语言（表达式）：
  
  
  
  • HScript Expression     传统的默认脚本语言，主要用来做控制参数的脚本；
    
  • Python HOM              新的脚本语言，比Hscript更强大，但是写起来很啰嗦；
    
  
  

• 泛用型脚本语言：
  
  
  
  • Vex                             高性能的C谱系脚本语言，用来写自定义的节点或者Shader。
    
  • Python HOM              似乎是全能的编程语言，比较复杂所以还有待进一步探索。
    
  
  

由于作者目前水平所限，只能谈一下自己对VEX和SOP一些粗浅的了解，有不准确或错误之处望读者指正。
<hr>几何对象的层次

Houdini中，SOP处理的是几何对象(Object)。几何对象的数据在SOP节点中得到处理，并在SOP网络中流动。那么问题来了，应该如何处理这些繁杂的数据？Houdini将几何对象(Object)中的几何数据进行了分层。理解这一部分是至关重要的。
即使读者没有系统的图形学背景，也应当能理解几何体的组成部分可以拆分为点-线-面；而Houdini中的分类要更复杂一点：

• Detail          最高层级的数据，对应整个Object；
  
• Primitive     几何对象中的组成部件，比如一个三角面片，一张NURBS曲面，或Volume；
  
• Point           几何对象上面的一个点；
  
• Vertex         一个Point可能同时存在于多个相邻的Primitive上，因此共享同一个Point的          多个primitive会各自存一份对Point的引用，称为Vertex。
  

<hr>几种变量类型

类似于图书馆的管理员一样，VEX中用到的变量也是分等级的；主要分为以下几种：

• Attribute            属性
  
• Parameter          参数
  
• variable              变量
  

属性 Geometry Attribute

最重要的数据类型就数属性了，首先，前文提到的每个几何层级都会把属于该层的所有对象组织成一张表，比如primitive层的会组织到一张primitive表，point层的所有点会组织成一张点列表；
随后，每个层级我们都可以为所有属于该层的对象们定义一些属性，比如对于Point层，可以为每个点定义位置或者法线属性；我觉得下图可以很好地解释属性的概念。

认真读的读者肯定会意识到，那么vex代码应该用在哪种节点里面，来帮助我们为所有点定义或者修改属性呢？Houdini有一组非常强大的节点，专门用来做这类事情；我这里介绍其中用的最多，最有代表性的Attribute Wrangle节点。""Wrangle"一词的翻译是"放牧"，就像牛仔管理他们负责的牛群一样，我们对各个点或者其它对象的属性进行“放牧”。换句话说，该节点对输入数据中每一层级（就是上一小节讲到的层级概念）的所有属性进行处理。

关于Atrribute的操作比较繁杂，但总结起来大致就是增删查改四种操作；

• 删除属性
  找了很久，VEX中好像没有删除属性的函数，不过有一个节点可以用来做这件事：Attribute Delete。
  
• 读取/修改属性   
  使用已经定义的同层级属性的方式为：@变量名。比较特殊的情况下，Attribute Wrangle节点可能有多个输入（从左到右，序号为0~3，没有编程经验的同学注意，从0开始！），比如我想要用第二个输入数据的点层级位置属性@P，那么以下3种方式都能获取到数据。
  
  
  值得注意的有2点。
  第一，SideFX官方的讲座中提到，在性能上来说，使用方法（3）是最好的，应当尽可能使用它；但（3）也是有局限的，如图：
  

第二，如果你使用的属性是非浮点数类型的，比如vector型的向量，第二种方式必须记得在@之前写上属性数据类型的简写，否则编译器会默认为浮点数。具体各种变量类型和简写的对应见下图：

前面提到的是相同层级的属性读取，不同层级之间的属性读取则可以使用point(...), prim(...), detail(...)函数完成，具体用法我就写在下面了。

• 增加属性   在VEX中定义属性的方式为：数据类型 @变量名；举个例子，我想给所有点定义一个叫做myval的浮点数属性，然后对这个属性加一，那么就在Attribute Wrangle中选定要处理的层次为点，
  

  然后在代码编辑器中输入

即可。值得注意的一点，在定义一个
新的属性时，等号右边（即我们赋予该属性的初始值）必须是常量，也就是说只能是具体的数值， 不能包含任何函数或运算。例如下面一段代码是有效的：

但是如果写成这样就会报错：

属性在整个节点网络中，一旦你创建了，在人为手动删除它之前，就是一直存在并且全局都可见的（就是任何时候，只有你想要就可以读取）。因此属性是非常消耗空间和性能的，应当尽可能节约使用，如果预计将来再也不需要这个属性时，就应当使用Attribute Delete删除掉。
变量 Variable

那么，一些VEX代码中的变量，如果它们只会在该节点的代码里面用到，那么就没有必要设置为属性了，我们称之为局部变量，就是它只属于所在的这个节点，节点算完之后就把它所占用的空间释放了，生不带来，死不带去。
局部变量的定义很简单，和一般的C语言定义方式一致。这里就不再累述。值得注意的是，当你想要用包含变量的一组值来定义一个局部变量时，应当使用函数set(...)，比如下面这段代码

编译器会报错：“Syntax error, unexpected identifier, expecting '}'.”初学者肯定会丈二和尚摸不着头脑，错在哪了呢？原因就在于赋值的式子里包含了变量@y，而{ a, b, c }仅当a,b,c为常量（具体的数字）时才有效，我们这里应当使用函数set:

参数 Parameter

除了前面提到的2种数据类型之外，还有一个非常重要的，就是paramteter（参数），参数一般出现在节点的paramter窗口，我们可以通过参数这些对节点进行调整。官方网站上比较有用的文档：创建参数，参数综述。
由于参数非常重要，所以这里详细讲它的几种使用方式：

• 在窗口上，对参数进行自动链接；
  右键点击源参数，选择"Copy parameter"。
  右击你要粘贴到的那个参数，选择"Paste relative reference"。
  

• 在窗口上，对参数进行手动链接；
  此处使用的并不是VEX，而是HScript表达式，但是由于太重要了，就也写在这里：
  在目标参数处输入函数ch("源参数路径")，源参数路径的格式有3种情况：
  

• 在窗口上，手动创建参数；
  流程见下图，注意在"Parameter Description"一栏，我们新创建的变量有2个名称：Name和Label，Name是参数“真正”的名字，我们在使用ch("参数名")或者VEX内引用该参数时，都用的是Name，注意，Name不能包含空格；
  但是Label可以包含空格，作为参数在用户界面上显示的名称。
  

• 在Wrangle节点里，用VEX代码创建窗口上的参数；
  使用chi, chf, chv, chs函数在VEX中定义，随后在界面上点击一个按钮即可，如图。或者还可以用chramp来定义一个ramp，非常方便。
  

• 在Wrangle节点里，用VEX代码读取窗口上的参数；
  同上，使用chi, chf, chv, chs即可。
  
• 在窗口上，读取VEX代码创建的属性作为参数使用；
  这个话题比较复杂，因为是不能直接用@属性名的，现在我还不是很确定，所以以后再来补上吧。。。