【Houdini翻译教程】Points and Verts and Prims

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翻译人：PB_zz

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        “Points! points! points! houdini玩家满脑子里都是这玩意。”这像是Marcia会说的话。如果你是从maya转职houdini的玩家的话，你可能会奇怪为啥他会这样说。你还可能对点points，顶点verticies（简写为verts），基本初始体primitives（简写为prims，有些人错误地直接把它完全认为是面了）等概念感到困惑，这些玩意是啥？它们的区别又是啥？别担心，为师将为你答疑解惑。

        译者注：顶点vertex的复数为verticies或者vertexes。 实际上，primitives并不是一定指面polygon。primitive本身翻译成中文的意思是“原始的，原始人，初始体，图元”。而houdini中的primitive指的是组成一个物体的最小元素，基本初始体。Primitive其实有很多种，本文最后会介绍。而在操作polygon模型的时候，它才是指面。具体的说明可以查阅一下帮助文档（In Houdini, primitives refer to a unit of geometry, lower-level than an object but above points. Houdini supports several different types of primitives）。但在本文内它大多数时候就是指多边形面，所以为了方便叙述和理解，在它的类型为面时直接简写成面了，不过你要记得它并不等同于面。

Short Answer - don't worry about it, just use points（简单粗暴的应对-别担心，不管怎样用points就对了）

        嗯哼，几乎所有houdini里的东西都能识别你在点层级的操作，从这个角度来看，你反正在点上秀操作就行了，管它那么多干啥子。 哦？你想知道更多？可以的小伙子，我就喜欢你这种打破砂锅问到底的家伙...

A point（一个点）

        在houdini中一个点的概念是和数学中点的概念差不多的。它是空间里的一个位置，没有任何与它联结的区域（area）或者维度（dimension）或者相连着的其它什么玩意。作为一个最基础的属性，一个点会存储好它的位置信息（@P）。

        译者注：在数学上，欧氏几何中，点是空间中只有位置，没有大小的图形。在空间中作为1个0维的对象。

        如果你原先学过maya，那么一个点有些类似于一个粒子（particle）。不过在maya里，粒子是被藏在particleShape节点里的，而houdini则与它大不相同，在houdini中，points是被当作顶级类的成员。进一步说，一个点是能存储额外属性（attributes）的，比如颜色（colour）和速度（velocity）等，甚至是一些从数学与物理角度上来说是不合理的属性，比如法线（normal）和大小（scale）。你可能会奇怪，一个无维度的点怎么会有法线或者区域呢？

        让为师来告诉你答案，虽然houdini中点的概念是来自于数学上的点，但我们又不是数学家，我们可以在houdini中肆意妄为，做任何想做的事情！比如，你可以用点来代表水的水花，并且试着渲染它们。在数学上来说这是说不通的没错，它们是无限小的，看不见的东西。但对于houdini和mantra渲染器而言，它们将点看成是半径0.1的球体。如果你的点有@pscale属性，houdini和mantra渲染器就会将其当作点的半径。如果你的点有@v属性，那么它们就会将其视为一个速度向量。@Cd则是点的颜色...

        所以说houdini中的点有些像是maya中的粒子，你可以让它带上各种属性。

Creating points（创建点）

        想要在houdini中创建点有许多的方式。Add节点可能是最简单的一种方法了，相信你们都会用：

        同时它还能将任意的多边形，曲面或曲线（poly, nurbs or curve）转换为点，只要你勾选了“delete geometry but keep the points”选项就行：

        有些初始几何体sop节点（box，grid等）有选项可以直接生成点。其它的模型，就用上边提到的add节点的那个功能生成点就行了。还有另外一些节点，比如scatter，generate points，points from volume等等，也有生成点的功能，可以自行去探索。

Why points?（为何推荐用点？）

        Maya玩家可能对此感到不解，那么顶点vertices呢？其它工具呢？为啥这么看重点层级呢？回答是，houdini中的绝大多数工具都是和点兼容的，这意味着你不管搞啥都能和点联系到一起，你可以高枕无忧地秀各种操作。而maya有许多低级组件（low-level components） (例如vertices, curve cv's, particles, lattice points, cluster handles, subdiv points等)，这意味着一个设计来用于处理顶点verts的工具可能就无法用于处理curve cvs或者particles。但在houdini中，如果你当前捣鼓的东西不是个点，你特么也能把它转化成点，不管它之前是如何被创造出来的。能对最底层的东西随意操作不就完事了吗？何必捣鼓各种各样类型的乱七八糟玩意，而且还不互通。

Shade sails and verts and prims（帆和顶点和面）

        我找了一些帆的图片来更好地说明。

        译者注：作者中间有些介绍帆的文字，实在没啥用......就不翻了。

        如下图，这些地方就是点（point），顶点（vertex）和面（primitive）：

        再看看下面这张图片，我用红色数字标出的是点point，用绿色数字标的是顶点verts，用黄色数字标的是面prims：

        所以每个面都有4个顶点（三角形的话是3个），而point是面连接处的公共点。拿正方体来说的话，就是有6个面，4*6=24个顶点，8个点。

        实际上，在houdini中你最经常操作的对象都是点，偶尔调戏面，很少用到顶点，它们主要用来将面连接到点上，一旦连接完成，你就可以无视顶点了。甚至你都不需要手动来连接，很多工具能帮你完成这个步骤。但是多了解这些背后的知识还是挺好的。

        所以顶点是连接点与面的桥梁。

Visualising points and verts and prims（在houdini视窗中直观地感受点，顶点和面）

        如果你还没养成关注你项目中模型的点/顶点/面的习惯，说明你使用houdini的时间并不长。

        因为点和面是你经常要操作的对象，你可以像下图一样打开点序号和面序号在视图中的显示：

        顶点序号同样能显示出来，但是你需要在显示设置里打开它。按键盘上的快捷键D，调出显示设置面板，勾选Markers->vertices->numbers前面的按钮，再按D关闭显示设置，你的顶点序号就能在视图中看到啦：

        如下图，spreadsheet面板中这些玩意的序号一般是放在第一列的：

       首先我们看到的是点的属性，可以看到当前模型有6个点。点序号（也就是vex语言中会用到的@ptnum）在第一列，位置属性（@P）也在列表里。

        切换到面，显示该模型有2个面，序号为0和1（@primnum），并没有其它属性。

        最后看下顶点，有8个顶点，但是第一列的序号表示方式比较奇怪，另外还有一列point number。

        这种 "x:y     z" 格式表示的意思是 "prim:vertex      point".

        例如0:2     4表示的是序号为0的面，顶点序号为2，它处于第4个点的位置上。

Attributes and interpolation（属性和插值算法）

        如上图，我给一个grid上的每个点的颜色属性@Cd赋予了随机颜色值。你可以看到，houdini使用一种传统的游戏引擎风格的颜色混合方式，在每个面的内表面上使用颜色@Cd的插值进行着色，同时在面与面之间也进行颜色插值混合。如果一个点被4个面共享，那么这个点的颜色值也会被这四个面共享，然后进行混合。

        那如果我们把随机颜色给与顶点呢？

        

        如上图，我们只得到了每个面内自身的颜色混合，而面与面之间的颜色并没有进行混合。这是为啥子捏？还记得吗，顶点是属于每个面自身的边角点，所以它们的颜色是不与其他面共享的，就好像每个面没有连接在一起，被分裂开了一样：

        最后我们来看看，如果把随机颜色赋予面呢？如下图所示，每个面的整块颜色都被定好了，面与面之间也没有空间做插值了，所以你可以看到这样的色块效果：

Normals（法线）

        另一个类似的情况是法线，如果你能认真思考下就能明白，虽然一开始你可能转不过弯来。

        如上图中，第一个立方体没有法线，第二个的点上有法线信息，第三个的顶点上有法线信息，第四个则是面上有法线。似乎只有顶点法线的情况看起来是正确的。为什么呢？

        第一个立方体虽然没有法线信息，但是显然显卡需要法线信息来着色并显示图像给你看，因此它自动计算每个点的法线，并对其进行插值。 

        第二个有点法线，但是效果看起来比较像前一个。因为点法线会在顶点和面之间进行插值，所以它看起来也像早期3D游戏引擎的效果。 

        第三个的是顶点法线。这意味着每个面的角落顶点都有自己的法线信息，不会有什么插值计算，所以看起来是正常锐利边缘平整表面的样子。

        第四个作者说他自己都没搞懂为啥是这样，猜测和显卡也有关，以及houdini并不关心面法线（face normals），无视了它。

        现在，如果你创建一个box节点，你会看到一个“add vertex normals”的选项。很长时间以来（emmmmm...可能是H14版本之前），你必须连接一个facet节点或者normal节点来修正法线。但现在加了一个选项让你自行勾选了，高不高兴，开不开心？:)

Uvs

       同理，UV也是类似的。如果你把你的uvs存储为点的属性，那他们在点之间将会进行插值混合，然后出现扭曲的丑陋线条，而不是带接缝（seams）的独立区域。

        如果你把uvs存储为顶点属性（houdini默认就是这样的），那它们就不会连接到一起，你会得到正常的uv islands和borders。

        如下图所示，我们用attribute promote节点把uvs信息从顶点属性转移为点属性，你会看到pig变得更丑了：

        让我们来看看UV视图（uv view）（在场景视窗中按下快捷键5即可），你可以发现，在uvs处于点层级时（point level），他们就不能保持断开了，uv islands会被连接起来，uv就错乱了。而默认uvs在顶点属性里时，它们可以保持独立不连续的样子。

       所以记住，如果你想要控制好你的uv接缝，就让它默认应用在顶点上就好。

       译者注：嘛...反正放点上的属性就是会被插值混合吧...

Edges and prims（边和面）

        我们可以操作点和面，有时候也捣鼓下顶点，那么边呢？就直接晾在一边了？说好的点线面三兄弟呢？怕不是表面兄弟哦。

        但如我们所见，你只需要通过点和顶点就能定义一个面了，边缘线完全是个副产物。事实上，假如顶点verts是个二等公民，那边edges肯定就属于三等公民了。边是不能被轻易操控的，你也不能像你平时操作点/顶点/面那样轻松地给边存储属性。

        “妈耶？！”你要哭了，“难道我们就不能搞边了吗？我们不能分裂它？给它设置选集？或者搞些其它事情？”

        

        emmmmmm...你当然可以，但是认真看好了，下图，它再次揭露了残酷的事实。在这里我选了一个box的一条边，并且把它打组：

       这条边并没有一个序号（id），而且你看到我给它设置选集的写法，它是由它的两个端点定义的（point 3和7）。

       这其实并不算一个大问题，通常我们不会对边做太细太复杂的操作。操纵边在vex编程中是一个比较棘手的事情，因为你一般是间接地改变它们（vex中其实有一个专门用于操作半边（half-edges）的模块，我仍在试图搞清楚它）。

Edges and polylines and curves（边x折线x曲线）

        这里有一个简单的初始立方体，旁边是一个同样的立方体，但下方连接了一个ends节点，并把Close U选项改为了Unroll：

        如果你开启了“Display primitive numbers”，你会发现，有序号直接显示在了线框的边上。就好像那些用于吹泡泡的玩具一样，框内的泡泡被戳破了，只剩下玩具外框，prims也从面转为了边。（译者注：作者这里不知道啥奇葩比喻...不过不重要）。

        这是houdini不同于maya的地方，在houdini中，边不必属于一个prim，它可以自己是一个独立的prim。或者你换种思考方式，边就是一个和多边形边缘位置重合的curve曲线。

        在box和grid节点中，你可以改变连接方式connectivity，将其类型改为行rows，列columns或者其它形式。同样在节点底下连接个ends节点，你会看到各种不同形式的线框。

        这也是houdini中最快得到一种可渲染线框的方法，使用ends节点就完事了，然后你就能用mantra渲染器渲染它们，你甚至可以通过改变点的@width属性来改变线条宽度。

       “妈耶？！”你又要叫唤了，“你不是才说houdini很难对边进行操作吗？”是，我是这么说过。不过我要澄清一下，独立的边，也就是那种polywire/curve类型的线，是挺好操作的。然而你想操作一个由多个多边形组成的模型的polygon边缘上的边，那就比较难了。再强调一次，并不是完全没有方法搞它们，但是你很多时候必须从点/面的角度来思考问题。好了，现在你别再插嘴了，认真听为师讲课。

Splitting prims（分裂面）

        有的时候你可能想把模型每个面分裂开，或者根据一些属性来分裂面。这里为师传你几招分裂大法。

        最简单的方法就是在当前节点下连接一个fuse节点，并把模式切换到unique，面就自然被分开了。Fuse节点实际上是个三合一节点，包含consolidate，unique和snap三个模式。

        就像我们之前讨论的内容一样，这个节点做的事情就是把共享点（point）拆开，让每个面上拥有一个单独的点（point），然后把顶点（vertices）重新连接（reconnects）到这些面上。虽然视觉上看起来拆分前和拆分后好像并没有多大区别，但是你可以在spreadsheet面板或者鼠标中键点击节点信息里看出区别，模型的点数量增加了。如果你对每个点进行一些移动操作，你会发现面已经分离开了：

        另一种方法是使用vertex split节点。你可以告诉这个节点想通过哪个顶点属性进行分裂。就像我们之前说的，uvs信息经常是存储在顶点层级的。

        这里我再介绍两个很方便的节点，exploded view和connectivity。connectivity节点会尝试去识别模型面的islands，并且给每块islands分配一个独特的数字，存储在@class属性中。

        而exploded view节点也会尝试识别islands，但并不会去标记（tag）它们，该节点只会试着去移动这些islands，让它们相互远离，有点像是炸药包炸开了的感觉（注意这个节点对于打包好的初始体（packed primitives）以及泰森破碎生成的碎块（voronoi fractures）同样有效，很棒棒哦）。

        如下图，我用vertex split节点根据pig模型的uv属性分裂它，然后通过connectivity节点给每块islands一个@class属性，再给它连上一个color节点，根据@class进行随机着色，最后用exploded view节点炸开它。

Create prims with add sop（用add节点来创建面）

        只要有一些点，你就能用add节点把它们连成面。将add节点的子面板模式改为“By Group”，houdini就会按照点的序号ptnum把点连成线（默认为折线polyline）。在这里我以一个2x2的grid为例，先连接一个add节点，勾选“delete geometry but keep the points”把它面给删了只留下点，然后再连上第二个add节点生成折线，最后勾选“closed”来让它变为一个完整的面：

        emmmmmm...情况好像有些不对。发生了啥？首先生成的折线是一种Z字型，然后生成的面也是呈现一种扭曲反转的样子。

        就像我提到的那样，在默认情况下，add节点将会按@ptnum的顺序连接你的模型。如果你打开视窗的点序号显示，观察折线，它就是按顺序连接的。虽然已经说过了但是我还是要再再强调一次：当你根据点来生成面时，顺序是很重要的！所以我们面才会被扭曲了。

        为了修复这个错误，我们可以手动在最后一个add节点的Group栏填入选集，也就是按想要连接的顺序填入点序号，用空格隔开，你可以自己多玩一玩：

Create prims in vex（用vex代码直接创建面）

        在理解了上文的基础上，其实我们用vex直接来创建面是更合理的。我们这次使用detail wrangle节点，给它4个点，便能生成一个面：

int myprim = addprim(0,'poly'); /* addprim函数的第一个参数为想要写入数据的模型的句柄（geohandle），第二个参数为要生成的prim类型（type），我们这里是想生成多边形（poly） */

addvertex(0,myprim,0);  /* int addvertex( 模型句柄; 要关联的prim序号; 要关联的点序号) */

addvertex(0,myprim,1);

addvertex(0,myprim,3);

addvertex(0,myprim,2);

        译者注：这里场景中已经有至少4个点先存在了。所以代码才直接把顶点附上去。

        首先我们创建一个空物体，然后定义一个变量’myprim’来存储primnum，并且告诉它是要创建实体面（‘poly’）还是折线（‘polyline’）。之后我们根据myprim给它添加顶点和ptnum。 到现在你应该明白了，一个面实际上由它的顶点直接定义的，而不是通过其它方式。

        译者注：houdini16版本以后也可直接用addprim函数来生成面了，vex会自动为你完成顶点的中间人工作。具体可见我翻译的JoyOfVex教程第14章。

Transforming prims（操纵面）

        查看spreadsheet面板你会发现，面并不像点一样有个位置@P属性。那么，怎么使用vex移动面呢？我们平时使用primitive节点时面又是怎样被移动的呢？

        实际上，primitive节点只是玩了个小把戏而已。当你操作面时，它先临时计算了一个所谓的面位置，然后把这个位置和点联系到一起，让点移动到对应的位置。所以看起来你是直接移动面，实际上是同时移动了面上的所有点。我们在vops/vex中也用同样的原理来操作。

        如果你只是想移动和缩放的话，你可以用两个attribute promote节点来得到面的位置。我们先用个fuse节点把模型面分裂开。然后用第一个promote节点把点的位置属性P转换到面上，并将其命名为Pavg，Promotion Method用默认的Average平均选项，这样面得到的就是它的中心位置。之后再用一个promote节点把Pavg属性从面转给点，现在每个点都有它所在面的位置属性了。然后下面加个wrangle节点用vex进行操作。

        移动不说了，缩放的话，你可以计算出一个当前点指向面中心的向量，然后将点的位置加上这个向量，使它向中心移动，当然了，你可以给向量乘上一个数，这样就可以完成缩放了：

vector scaler = v@Pavg - @P;

@P += scaler*ch('scale');

Other primitive types（其它primitive类型）

        虽然多边形面poly是目前为止我们用的最多的一种primitive，但houdini中的prims其实还有很多。

        就像最前面有提到的，你能将点当作一种小圆球给渲染出来。Houdini和mantra渲染器就是创建了一种初始球体（a sphere primitive）来实现这种事的，从数学上来说，这是一种理想球体（a mathematically 'ideal' sphere），它通过点得到位置和半径信息（通过查找点的@pscale数值），也就是说它用圆心位置和半径这两个数据来定义了一个球体。

        Houdini还提供了circle primitives, poly lines, bezier curves, nurbs curves, nurbs surfaces, bilinear shapes等初始体，以及更有趣的，volumes和vdb。尽管一个volume可能是由数百万voxels组成的，但它就是一个单独的primitive，并且它从lowly point得到它的位置.

        Points万岁！