一、Flowmap是什么

Valve 2010的GDC讲座，《求生之路2》中水的制作

http://alex.vlachos.com/graphics/Vlachos-SIGGRAPH10-WaterFlow.pdf

Water (shader) - Valve Developer Community

1.Flowmap的本质

一张记录了2D向量信息的纹理，Flowmap上的颜色（通常为RG通道）记录该处向量场的方向，让模型上某一点表现出定量流动的特征。

通过在shader中偏移uv再对纹理进行采样，来模拟流动效果。

一个向量场——>使用RG通道记录方向——>flow map 色值与方向的对应关系

2.前置了解：UV映射

UV坐标用于查找纹理的颜色值。

UV贴图（用于理解）：使用（R、G）颜色通道表示坐标。

黑色（0，0）绿色（0,1）红色（1,0）黄色（1,1）

UV贴图上颜色相同处：意味着采样纹理时使用了同一位置。

3.为什么要使用flowmap

类似UV动画，而非顶点动画。换而言之，无需对模型顶点进行操作，易实现，运算开销小。

不仅仅是水面，任何和流动相关的效果都可以采用flowmap。

flowmap 粒子与快速傅里叶变换（FFT） 波形构造水面

战神flowmap在天空球中的应用

二、Flowmap Shader

1.借助Shader Graph理解Flow map

• 采样Flow map获取向量场信息
• 用向量场信息，使采样贴图时的UV随时间变化
• 对统一贴图以半个周期的相位差采集两次，并线性差值，使用贴图流动连续

演示详细去参考课程：2800_哔哩哔哩_bilibili

2.Shader中实现

目标：

• • 根据flowmap上的值，使纹理随时间偏移。
  • 最简单的随时间偏移 UV - time，为什么相减？

• • • 先看UV + time的情况，（u，v） + （time，0）
    • 模型上某个点：随time增加，采样到的像素越远。
    • 视觉上可以形容为：更远距离的像素偏移向改点，视觉效果和我们直观认识到的运算法则是相反的。
    • UV值作为向量（u，v），自然也遵循向量的运算法则。但UV偏移时，改变的不是顶点的位置。

• • 单方向运动× ，由flowmap获取流动方向√。
  • flowmap不能直接使用，将flowmap上的色值从【0,1】的范围映射到方向向量的范围【-1,1】

  • 

  • 

  • 

  • 调整采样时的UV为：adjust_uv = uv - flowDir * time
  • 在这里我们用FlowSpeed来控制向量场的强度

  • 

  • 随着时间进行，变形越来越夸张，为了把偏移控制在一定范围内使用frac函数。

  • 

  • 

  • 由于frac函数的使用，产生了跳变，修改代码

  • 

  • 

  • 我们希望无缝循环
  • 用相位差半个周期的两层采样进行甲醛混合，使纹理流动一个周期重新开始时的不自然情况被另一层采样覆盖

  • 

  • 

  • 

  • 用flowmap修改法线贴图

  • 

    

三、Flowmap操作

1.Flowmap Painter

Unity制作的绘制flowmap的工具

注意：用该工具得到的flowmap为线性空间下的颜色，不需要gamma校正，Unity中请取消勾选“sRGB”

2.Houdini Labs

Houdini Labs是内置在houdini中的一组游戏开发相关的节点，可以在github中搜索sidefx Labs或着直接在houdini中安装得到。

在较早版本的houdini中无法在shelf内找到该工具，你只能通过github下载。在这些未被内置到houdini的版本中，这组工具的名称为gamedev。

1.flowmap相关节点功能

节点名称	功能
Labs flowmap	为模型初始化一个向量场v
Labs flowmap brush	笔刷绘制修改向量场
Labs flowmap obstacle	根据障碍物修改向量场
Labs guide flowmap	根据样条线修改向量场
Labs flowmap to color	将向量转化为模型顶点色
Labs flowmap visualize	可视化，内置flowmap shader

Labs flowmap的设置

本节点的功能是为模型每个点初始化一个点属性（Point Attributes）——v。 兵可以勾选方便查看向量。

Method(初始化方式)	功能
Normal	模型法线生成初始v向量
slope	计算梯度生成初始v向量
direction	将所有v向量设置为固定方向

Labs flowmap brush

笔刷

• 由comb节点(梳法线)简单修改而来。
• 在operation标签下设置了对点的v属性进行修改

· Comb Lift 用于调整笔刷模式：

0 为正常绘制

1 为擦除 (使向量变为该点的法线值）

-1 使向量指向该点法线的反方向

其余值则为混合模式

在houdini中，一些节点可以通过将鼠标移动到模型视窗“view”，

再按enter进行操作，esc退出。所有可执行的操作显示在视窗最下方；

· Brush和Symmetry 标签下为笔刷控制选项。

如笔刷不透明度Opacity

两个输入端：

第一个为我们的flowmap field，

第二个为需要检测碰撞的模型。

这个节点将模型转化为体素（VDB)，并在和flowmapfield接触的位置改写向量场，使受影响的向量指向远离碰撞体的方向，模拟出一个反冲的效果。

· Strength决定了flowmap field受影响的程度；

· Division Size和Dilate Volume用于控制VDB,分别用于体素的细分程度和整体体积。

注意：Division size不宜过小，一是因为该VDB是空心的，可能会形成壳体，二是细分过多会导致占用大量资源。

简单来说，你可能需要反复调整这两个值并观察来达到理想的结果。

· Blur strength用于平滑，避免局部不自然。

Labs guide flowmap

2.flowmap的绘制与烘焙

Labs Maps Baker节点

导出时注意gamma校正选项、UV匹配

用Labs UV transfer节点来匹配高模和低模的UV

flowmap贴图设置：

• 无压缩或高质量
• 确认色彩空间