UE4官方文档毛发部分整合笔记_groomable splines导出缓存

Unreal engine Groom hair

1、毛发渲染与模拟

groom毛发并不存在标准格式，在UE4.26中使用Alembic作为从DCC到UE的中转文件格式

Alembic是一个开源的计算机图形交换框架。Alembic将复杂的动画场景提炼成一套非程序化的、独立于应用程序的烘焙的几何结果。这种将场景提炼成烘焙的几何图形的做法，完全类似于将照明和渲染场景提炼成渲染的图像数据的做法。
Alembic专注于有效地存储复杂程序性几何结构的计算结果。他的重点不在于存储用于创建计算结果的程序性工具的复杂依赖图。例如，Alembic将有效地存储由任意复杂的动画和模拟过程产生的动画顶点位置和动画变换，这些过程可能涉及包络、修正形状、体积保留模拟、布和肉体模拟等等。
来源http://www.alembic.io/index.html

2、在项目中启用毛发

项目设置

启用支持皮肤计算缓存 (Support Compute Skin Cache)

插件浏览器

在插件浏览器中启用

• Alembic Groom Importer
• Groom
  

3、基本流程

3.5、Alembic for Grooms规范

目标

1、定义梳理专有的非正式Alembic元数据模式，以便将毛发导入虚幻引擎。
2、检查UE4支持的毛发相关属性，并将这些属性映射到Alembic。

曲线

从标准Alembic曲线模式中读取毛发的常规形状：

Alembic::AbcGeom::ICurves
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宽度

根据此规范导出的Groom属性让导入程序在构建Groom时能够检索和使用这些属性。但是，宽度属性没有特殊行为。例如，在Maya等DCC应用程序中，宽度数值直接导出到曲线行，因此不需要导出自定义的 groom_width 属性；导入程序将会把Maya的宽度数值转换成 groom_width 属性。值得注意的是，如果你的Groom中存在 groom_width 属性，那么在导入期间不会被覆盖。如果未指定 groom_width 属性，或者无法从宽度数值转换为该属性，虚幻引擎中的构建器将会后退，使用1厘米来作为宽度值。

使用以下命令可为每个ICurve存储曲线宽度：

(GeometryScope::kConstantScope)
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使用以下命令可为每个曲线存储曲线宽度：

(GeometryScope::kUniformScope)
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使用以下命令可为每个cv存储曲线宽度：

(GeometryScope::kVertexScope)
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命名规则

属性名必须小写，不含空格或特殊字符。

所有属性必须使用以下前缀：

groom_<attr>
1

举例而言，groom_id、groom_color或groom_width都符合命名规则。

范围和优先权

本文档中的属性都有指定范围,该范围控制可在哪个Groom的 级别 上对属性进行定义。
可用范围包括：

常规属性

本节介绍整体应用于梳理的属性。这些属性应添加到最顶部的节点：IXForm或ICurves。

几何体参数

所有几何体参数都是可选的，但如果导出的Groom中没有这些参数，则会使用内置参数。

4、毛发材质

首先需要将将着色模型设置为毛发，然后在用途中启用使用发束(Use with Hair Strands)

4.25、生成Groom纹理

利用 Groom 资产，你可以根据导入的groom中的发束数据创建纹理。你可以为骨架网格体生成毛囊遮罩，以将毛发与其网格体表面更好地混合起来。你还可以创建多种发束纹理，以使用这些纹理创建毛发网格体或毛发方块。

流程

1、在内容浏览器中右键单击Groom资产

2、选择要创建的纹理类型：创建毛囊纹理（Create Follicle Texture） 和 创建发束纹理（Create Strands Texture）

毛囊纹理

毛囊（Follicle） 纹理包含根部的小型距离场，利用此距离场，可以从骨架网格体中捕获底层表面材质的着色器中的某些效果。生成的纹理中包含用于存储纹理信息的多个通道。你可以同时选择多个groom来填充生成的纹理中的这些通道。

选择 创建毛囊纹理（Create Follicle Texture） 时，将会打开 Groom毛囊遮罩选项（Groom Follicle Mask Options） 窗口。选择你的选项，然后单击 创建（Create） 来生成你的毛囊纹理遮罩。这些纹理将保存在与Groom资产相同的位置。

发束纹理

发束（Strands） 纹理包括根据你的groom生成的多个纹理，将应用到指定的毛发网格体。

选择 创建发束纹理（Create Strands Texture） 时，将会打开 Groom发束纹理选项（Groom Strands Textures Options） 窗口。选择你的选项，然后单击 创建（Create） 来生成你的发束纹理。这些纹理将保存在与Groom资产相同的位置。

• 向外追踪（Trace Outside） 从网格体的表面向外部执行追踪。这对于面部毛发非常有效。
• 向内追踪（Trace Inside） 从网格体的表面向内部执行追踪。这对于毛发groom非常有效。
• 双向追踪（Trace Bidirectional） 在两个方向上（内部和外部）执行追踪。

结果可以产生多种纹理资产，包括深度、特性、不透明度和切线，这些资产可以应用至毛发网格体。以下是从groom贴到毛发网格体的两个示例纹理输出。

4.5、毛发资产编辑器

Groom毛发主要用于处理Alembic文件中的毛发发束，但同时也支持发片网格体等形式
毛发资产编辑器管理毛发的内容，修改毛发的不同部分，确定渲染和物理模拟方式，管理创建LOD

显示(Show)

在毛发资产编辑器的视口中，与其他资产编辑器不同的主要是Show选项

细节面板

1、细节层次

控制毛发在各个细节层级上的删减，控制LOD在何种屏幕尺寸更改，以及使用哪种类型的几何体结构来表示

2、插值

修改毛发导入时的属性设置

毛发组(Hair Group)

• 刚体变换（Rigid Transform）：插值过程中，仅会平移最接近根部的皮肤三角形。

• 偏移变换（Offset Transform）：插值过程中，仅会平移最接近根部的皮肤三角形。

• 平滑变换（Smooth Transform）：插值过程中，会平移最接近根部的皮肤三角形，同时会基于导线计算出平滑旋转。

3、发束面板

4、发片面板

设置发片使用的几何体和纹理，并选择使用引擎生成的的发片或是使用导入的发片

5、程序化生成设置（实验性）

几何体设置（Geometry Settings）

6、网格体面板

网格体面板负责管理毛发资产中各个LOD使用的网格体几何体。此面板会列出所有网格体几何体，但并非所有列出的几何体都是必须使用的。

7、材质

材质（Materials） 面板定义了毛发资产可以使用的材质。

使用 添加（Add） （+）按钮添加新材质引用。在"插槽名称（Slot Name）"中输入材质的名称，否则将使用指定的默认材质名称。

发束（Strands）、网格体（Meshes）和发片（Cards） 面板中的 材质（Material） 插槽允许你从引用的材质中进行选择。

8、物理

物理（Physics） 面板提供了多种设置，可用于启用物理模拟以及修改毛发的运动行为。

解算器设置

4.75、毛发创建Xgen指南

转换旧有XGen说明

将导线转换为Numbs曲线

请参考下列步骤将Groom的导线转化为曲线，以便保存一组曲线并匹配你要转换的导线。
1、从主菜单中，点击 生成（Generate） 下拉列表并选择 XGen编辑器（XGen Editor）。
2、在 XGen 窗口中，使用 工具（Utilities） 选项卡选择 曲线的导线（Guides to Curves）。

3、点击创建曲线。
完成后，groom的输出将类似下图：

将Groom转换为XGen交互式Groom

若使用旧版XGen说明，需将groom转换为 XGen交互式Groom（XGen Interactive Groom）。步骤如下：
1、选择XGen Description节点。

2、在 建模（Modeling） 菜单集中使用主菜单点击 生成（Generate） 下拉列表，然后选择 转换为交互式Groom（Convert to Interactive Groom）

将样条说明导出到NURBS曲线

1、选中你的XGen Spline Description节点。在 建模（Modeling） 菜单集中使用主菜单点击 生成（Generate） 下拉列表。然后在列表中选择 缓存（Cache）> 导出缓存（Export Cache）
请遵循以下步骤，将你选中的样条说明导出成Alembic文件，该文件可以与插入的头发一起导入为NURBS曲线。
2、在 导出缓存（Export Cache） 窗口中进行以下设置：

• 缓存时间帧（Cache Time Frame）： 设置成 当前帧（Current Frame）
• 多个变换（Multiple Transforms）： 禁用
• 写入最终宽度（Write Final Width）： 启用
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创建属性

创建组ID属性

可在一个或多个组中导出内插毛发。虚幻引擎中可识别此类组，用于唯一材质指定。

创建组ID属性时使用以下脚本：

from maya import cmds

attr_name = 'groom_group_id'

# 注意：更改以下命名以反映节点场景。
groups = ['hair_brows_splineDescription1|SplineGrp0', 'hair_lashes_splineDescription1|SplineGrp0', 'hair_head_splineDescription1|SplineGrp0']

for groom_group_id, group_name in enumerate(groups):

    # 获取xgGroom下的曲线
    curves = cmds.listRelatives(group_name, ad=True, type='nurbsCurve')

    # 用组id标记组
    cmds.addAttr(group_name, longName=attr_name, attributeType='short', defaultValue=groom_group_id, keyable=True)

    # 添加属性范围
    # 强制Maya的alembic将数据导出为GeometryScope::kConstantScope
    cmds.addAttr(group_name, longName='{}_AbcGeomScope'.format(attr_name), dataType='string', keyable=True)
    cmds.setAttr('{}.{}_AbcGeomScope'.format(group_name, attr_name), 'con', type='string')
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创建导线属性

当你为groom创建导线属性时，只有标记为 导线（guide） 的曲线才会被用于虚幻引擎中的模拟。若未在Alembic文件中指定导线，在导入UE4的过程中，一定比例的内插毛发将被内部标记为导线。

创建导线属性时使用以下脚本：

from maya import cmds

attr_name = 'groom_guide'

# 获取xgGroom下的曲线
curves = cmds.listRelatives('xgGroom', ad=True, type='nurbsCurve')

# 新建组
guides_group = cmds.createNode('transform', name='guides')

# 将组标记为groom_guide
cmds.addAttr(guides_group, longName=attr_name, attributeType='short', defaultValue=1, keyable=True)

# 强制Maya的alembic将曲线导出为一个组。
cmds.addAttr(guides_group, longName='riCurves', attributeType='bool', defaultValue=1, keyable=True)

# 添加属性范围
# 强制Maya的alembic将数据导出为GeometryScope::kConstantScope
cmds.addAttr(guides_group, longName='{}_AbcGeomScope'.format(attr_name), dataType='string', keyable=True)
cmds.setAttr('{}.{}_AbcGeomScope'.format(guides_group, attr_name), 'con', type='string')

# 导线组下方的父曲线
for curve in curves：
    cmds.parent(curve, guides_group, shape=True, relative=True)
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Groom_Width属性
在Maya中，宽度值有一个特殊的行为，与其他DCC应用不同的是，它可以遵循Alembic以及Grooms规格中的内容，来获取它们并使用它们来构建groom。

Maya可以直接在曲线上导出宽度值，因此不需要导出自定义的 groom_width 属性；导入器会自动将这些值转换为该属性。如果 groom_wdith 属性在导入虚幻引擎时与groom一起存在，则它不会被覆盖。如果 groom_wdith 没有被指定，或者不能从宽度值转换，那么生成器将默认使用1厘米。

将纹理应用于毛发UV

以下步骤和包含脚本可以帮助你设置自己的XGen毛发，该毛发可以导出到虚幻引擎，并且各个发束上呈现已应用的纹理。
1、在Maya的建模菜单中，选择 生成（Generate） > 创建交互式Groom样条（Create Interactive Groom Splines）。

2、你可以根据自己的偏好为项目创建导线并涂刷毛发。准备就绪后，选择 生成（Generate）> 缓存（Cache）> 创建新缓存（Create New Cache） 将曲线导出为 Alembic缓存（Alembic Cache）。
3、通过隐藏或删除XGen头发以将其移除。然后，在Maya场景中，使用源网格体重新导入之前导出的毛发曲线。

4、根据你的场景，顶部曲线下将有数千条样条曲线，本例中为 SplineGrp0。编辑以下Python脚本，并将以下值替换为项目中的值：

• export_directory
• hair_file
• curve_top_group
• uv_mesh

from maya import cmds
from maya import OpenMaya
import os

def create_root_uv_attribute(curves_group, mesh_node, uv_set='map1'):
    '''
    Create "groom_root_uv" attribute on group of curves.
    '''

    # check curves group
    if not cmds.objExists(curves_group):
        raise RuntimeError('Group not found: "{}"'.format(curves_group))

    # get curves in group
    curve_shapes = cmds.listRelatives(curves_group, shapes=True, noIntermediate=True)
    curve_shapes = cmds.ls(curve_shapes, type='nurbsCurve')
    if not curve_shapes:
        raise RuntimeError('Invalid curves group. No nurbs-curves found in group.')
    else:
        print "found curves"
        print curve_shapes

    # get curve roots
    points = list()
    for curve_shape in curve_shapes:
        point = cmds.pointPosition('{}.cv[0]'.format(curve_shape), world=True)
        points.append(point)

    # get uvs
    values = list()
    uvs = find_closest_uv_point(points, mesh_node, uv_set=uv_set)
    for u, v in uvs:
        values.append([u, v, 0])
        #print (str(u) + " , " + str(v)  )

    # create attribute
    name = 'groom_root_uv'
    cmds.addAttr(curves_group, ln=name, dt='vectorArray')
    cmds.addAttr(curves_group, ln='{}_AbcGeomScope'.format(name), dt='string')
    cmds.addAttr(curves_group, ln='{}_AbcType'.format(name), dt='string')

    cmds.setAttr('{}.{}'.format(curves_group, name), len(values), *values, type='vectorArray')
    cmds.setAttr('{}.{}_AbcGeomScope'.format(curves_group, name), 'uni', type='string')
    cmds.setAttr('{}.{}_AbcType'.format(curves_group, name), 'vector2', type='string')

    return uvs

def find_closest_uv_point(points, mesh_node, uv_set='map1'):
    '''
    Find mesh UV-coordinates at given points.
    '''

    # check mesh
    if not cmds.objExists(mesh_node):
        raise RuntimeError('Node not found: "{}"'.format(mesh_node))

    # check uv_set
    uv_sets = cmds.polyUVSet(mesh_node, q=True, allUVSets=True)
    if uv_set not in uv_sets:
        raise RuntimeError('Invalid uv_set provided: "{}"'.format(uv_set))

    # get mesh as dag-path
    selection_list = OpenMaya.MSelectionList()
    selection_list.add(mesh_node)

    mesh_dagpath = OpenMaya.MDagPath()
    selection_list.getDagPath(0, mesh_dagpath)
    mesh_dagpath.extendToShape()

    # get mesh function set
    fn_mesh = OpenMaya.MFnMesh(mesh_dagpath)

    uvs = list()
    for i in range(len(points)):

        script_util = OpenMaya.MScriptUtil()
        script_util.createFromDouble(0.0, 0.0)
        uv_point = script_util.asFloat2Ptr()

        point = OpenMaya.MPoint(*points[i])
        fn_mesh.getUVAtPoint(point, uv_point, OpenMaya.MSpace.kWorld, uv_set)

        u = OpenMaya.MScriptUtil.getFloat2ArrayItem(uv_point, 0, 0)
        v = OpenMaya.MScriptUtil.getFloat2ArrayItem(uv_point, 0, 1)

        uvs.append((u, v))

    return uvs

def abc_export(filepath, node=None, start_frame=1, end_frame=1, data_format='otawa', uv_write=True):

    job_command = '-frameRange {} {} '.format(start_frame, end_frame)
    job_command += '-dataFormat {} '.format(data_format)

    job_command += '-attr groom_root_uv '

    if uv_write:
        job_command += '-uvWrite '

    job_command += '-root {} '.format(node)   

    job_command += '-file {} '.format(filepath) 

    cmds.AbcExport(verbose=True, j=job_command)

def main():

    export_directory = 'D:/Dev/Ref'
    hair_file = os.path.join(export_directory, 'hair_export.abc')
    curve_top_group= 'description1|SplineGrp0'
    uv_mesh='pPlane1'

    create_root_uv_attribute( curve_top_group , uv_mesh)
    abc_export(hair_file, curve_top_group)

main()
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5、在Maya中，使用更改后的数值运行脚本。这 将 生成一个新的Alembic（‘.abc’）文件，该文件可以导入到虚幻引擎中。
6、在虚幻引擎中，使用 毛发 着色模型创建新材质。在材质图表中，添加 毛发属性（Hair Attributes） 表达式，然后将 根UV（Root UV） 插入纹理样本的 UV 输入中。

groom_root_uv 属性为每个毛发指定了它所连接的底层网格UV。这个属性是可选项，如果没有指定，引擎会使用球面贴图自动生成一个根UV。

7、将导入的毛发Alembic文件从内容浏览器拖到关卡中，然后向其指定毛发材质。你应该以如下形式结束：

确保关卡中的毛发Alembic文件的宽度大于0。

5、绑定毛发

绑定资产用于将Groom组件添加并蒙皮到骨骼网格体上。通过这种方法，Groom可以指定给需要用到它的骨骼网格体，还能指定给享有相同拓扑的骨骼网格体，也可以不预先绑定到网格体上，但会在使用时实时投射造成较高的GPU消耗。

要创建绑定需要在内容浏览器中右键点击 Groom资产（Groom Asset） 并在快捷菜单中选择 创建绑定（Create Binding）。在创建绑定时，请使用 Groom绑定选项（Groom Binding Options） 窗口指定 目标骨骼网格体（Target Skeletal Mesh） 和 源骨骼网格体（Source Skeletal Mesh）。

6、毛发物理与nigara

要对角色毛发应用物理效果，可打开Groom资产，并在 毛发物理效果（Hair Physics） 分类下的解算器设置（Solver Settings）中勾选 启用模拟（Enable Simulation）。

7、毛发控制台命令

r.HairStrands.DebugMode

8、已知限制

1. 帧率取决于groom大小、分辨率，以及采用的底层硬件。例如，对于1080p的人类groom，底层硬件应为2080Ti，帧率30Hz或更高。
2. 视图模式尚不支持毛发。
3. 多视图（毛发在多个开放窗口上可见）尚不受支持，或会导致出现瑕疵。