Houdini (software)

Houdini es una aplicación desarrollada por Toronto SideFX, que originalmente la adaptó del conjunto de herramientas de software de generación procedural PRISMS .

Las herramientas procedimentales se pueden utilizar para producir una amplia gama de diferentes tipos de datos, como modelos 3D, animación, muchos tipos de simulaciones, diseños de niveles/entornos de juego, imágenes/metraje renderizado, recursos USD, configuraciones de programación de tareas y soluciones completamente personalizadas para casi cualquier problema en VFX/CG/síntesis, siempre que el artista/operador lo comprenda bien. ^{[ 2 ]} Algunas de sus características procedimentales existen desde 1987. ^{[ 2 ]}

Houdini se utiliza principalmente para la creación de efectos visuales en cine y televisión. Lo utilizan importantes empresas de efectos visuales como Walt Disney Animation Studios , CORE Digital Pictures , DNEG , ILM , MPC , Framestore , Sony Pictures Imageworks , Illumination Studios Paris , Eyeline , Polygon Pictures , Marza Animation Planet , Method Studios , RSP y The Mill . ^{[ 3 ]}

It has been used in many feature animation productions, including Disney's feature films Fantasia 2000, Frozen, Zootopia,^[4]Raya and the Last Dragon^[5] and Wish, the Blue Sky Studios film Rio, C.O.R.E. Feature Animation'sThe Wild,^[6] and DNA Productions' Ant Bully.^[7]

SideFX also publishes Houdini Apprentice, a limited version of the software that is free of charge for non-commercial use.

Houdini covers all the major areas of 3D production, including:

• Modeling – All standard geometry entities including Polygons, (Hierarchical) NURBS/Bézier Curves/Patches & Trims, Metaballs and Voxels including SDF, and heightfield interpretations of voxel values, along with standard 'density' (like a 'fog' or dust-like interpretation of voxel values). This is not an exhaustive list.
• Animation – Keyframed animation and raw channel manipulation (CHOPs), motion capture support. CHOPs can also read and process audio files, which might be used for example to create audio-based animation-curves.
• Rigging - proprietary KineFX and APEX systems support in-viewport performant (near-or-beyond-realtime) animation workflows.
• Particles (many different solvers ranging from very simple forces to MPM).
• Dynamics – Rigid Body Dynamics, Fluid Dynamics, Wire Dynamics, Cloth Simulation, Crowd simulation, FLIP and MPM.
• Lighting – node-based shader authoring, lighting and re-lighting in an IPR viewer (in Solaris).
• Rendering – Houdini ships with SideFX's rendering engines Mantra and Karma; Houdini Indie license and up support 3rd party rendering engines, such as PRMan, Octane, 3Delight, Arnold, Redshift, V-ray, and Maxwell.
• Volumetrics – With its native CloudFx and PyroFx toolsets, Houdini can create clouds, smoke and fire simulations.
• Compositing – full compositor of floating-point deep (layered) images. A new GPU-accelerated compositing context called 'Copernicus' is available since Houdini 20.5.
• Plugin Development – development libraries for user extensibility.

Houdini is an open environment and supports a variety of scripting APIs. Python is increasingly the scripting language of choice for the package, and is intended to substitute its original C Shell-like scripting language, HScript. However, any major scripting languages which support socket communication can interface with Houdini.

La naturaleza procedimental de Houdini reside en sus operadores. Los recursos digitales se construyen generalmente conectando secuencias de operadores (o OP ). Este procedimentalismo ofrece varias ventajas: permite a los usuarios construir objetos geométricos u orgánicos con gran detalle en relativamente pocos pasos; posibilita y fomenta el desarrollo no lineal; y permite crear nuevos operadores a partir de los existentes, una alternativa flexible a la programación no procedimental que se suele utilizar en otros programas para la personalización. Houdini emplea esta generación procedimental en la producción de texturas , sombreadores , partículas , datos de canal (datos utilizados para controlar la animación), renderizado y composición .

La estructura basada en operadores de Houdini se divide en varios grupos principales:

• OBJs: El contexto 'Object' debe considerarse como el área de objetos de escena 'clásicos' (o heredados) de Houdini y contiene nodos que normalmente transmiten información de transformación cuando se conectan entre sí (tradicionalmente se trata de elementos como cámaras, luces y subredes de geometría que contienen Sops, pero Object también se usaba para rigging en Houdini en el pasado). Actualmente, esto se ha dejado de usar en favor del ensamblaje de la escena en Lops (es decir, usando USD/Solaris). Cabe destacar que se puede crear una subred de casi cualquier categoría dentro de cualquier otra categoría en Houdini. Por lo tanto, por ejemplo, una Ropnet dentro de una Sopnet dentro de una subred Object sería totalmente válida.
• SOPs (Operadores de Superficie) se utilizan para el procesamiento genérico de geometría, el modelado procedimental y algunos tipos de simulaciones.
• POPs – Operadores de partículas – utilizados para manipular sistemas de partículas .
• CHOPs – Operadores de canal – para animación procedural y manipulación de audio.
• Los COP (Operadores de Composición) se utilizan para realizar la composición de secuencias de vídeo/imágenes o para generar/procesar imágenes basándose en los resultados de la escena.
• DOPs – Operadores Dinámicos – para simulaciones dinámicas de fluidos, tela, cuerpos rígidos (bala), etc.
• SHOPs – Operador de sombreado – Contexto heredado para representar/crear materiales para diferentes renderizadores. Tenga en cuenta que este contexto ha sido reemplazado recientemente por los contextos de material 'matnet' y SHOPs ahora se considera obsoleto.
• Los ROP ( operadores de renderizado ) se utilizan para construir redes que representan diferentes pases de renderizado y sus dependencias. Esto puede incluir cualquier número de pasos de procesamiento y no se limita a la producción de píxeles.
• Los VOP (operadores VEX) permiten crear subredes de nodos de muchos de los tipos mencionados anteriormente, que se ejecutan mediante una arquitectura SIMD altamente optimizada. Algunos ejemplos son los nodos SOP 'Attribute Vop' y 'Volume Vop', los nodos DOP 'Gas Field Vop' y 'Pop Vop', y muchos otros ejemplos en Houdini que permiten escribir código utilizando estos nodos.
• TOPs - Operadores de tareas ^{[ 11 ]}
• LOPs - Operadores de Iluminación - para generar USD que describen personajes, accesorios, iluminación y renderizado.

Los operadores (nodos) están conectados entre sí en redes. En algunos contextos, como Sops, Cops y Chops, los datos pueden concebirse como un flujo de datos a través de los cables, manipulados por cada operador a su vez. En otros contextos, las conexiones de la red representan otras relaciones, como la "conexión" (Dops) o la "ordenación" (Rops y Tops).

Houdini puede generar, procesar y escribir muchos tipos de datos, incluyendo geometría 3D , vóxeles , imágenes de mapa de bits , partículas, dinámicas , algoritmos de sombreado , animación , audio o una combinación de estos y formatos personalizados. Esta arquitectura de grafo de nodos es similar (en algunos contextos) a la empleada en compositores basados ​​en nodos como Shake o Nuke .

Las redes complejas se pueden agrupar en un único nodo metaoperador que se comporta como una definición de clase. Esto se conoce como un «Activo Digital de Houdini» o HDA ​​(los usuarios de versiones anteriores también pueden conocer el nombre «OTL», que significa «Biblioteca de Tipos de Operadores»; esencialmente, una colección de HDA en un solo archivo). Estos tipos de nodos definidos por el usuario se pueden instanciar en otras redes (de categoría compatible) como cualquier otro nodo. De esta forma, los usuarios pueden crear sus propias herramientas sofisticadas sin necesidad de mucha programación.

Houdini puede considerarse un conjunto de herramientas de programación visual altamente interactivas que facilita enormemente el acceso de los artistas a los resultados mediante la conexión de nodos, reduciendo así la necesidad de escribir código.

El conjunto de herramientas de Houdini se implementa principalmente mediante operadores, lo que puede resultar en una curva de aprendizaje más pronunciada en comparación con herramientas similares. No siempre es práctico comprender todos los tipos de nodos; en cambio, el uso eficaz de Houdini implica representar los resultados creativos como redes de nodos. Los usuarios experimentados suelen estar familiarizados con una variedad de enfoques comunes (estructuras de red similares a algoritmos) que producen los resultados deseados. La flexibilidad que brindan los bloques de construcción de nivel inferior respalda tanto los flujos de trabajo artísticos como técnicos. Dominar Houdini a menudo requiere tiempo, práctica y acceso a mentores.

En grandes producciones, el desarrollo de una red procedimental para resolver un desafío específico en la creación de elementos puede facilitar enormemente la automatización. Muchos estudios que utilizan Houdini en grandes efectos especiales, así como los artistas/técnicos técnicos senior de Houdini en estudios de videojuegos y compañías de animación, desarrollan bibliotecas de procedimientos (generalmente representadas como HDA) que pueden utilizarse para automatizar la generación de muchos de los elementos de la película o el videojuego, prácticamente sin necesidad de que los artistas habituales editen la configuración subyacente (más compleja) para obtener la aprobación de su trabajo.

Otra característica única de Houdini es la variedad de operadores de entrada/salida disponibles para los animadores, incluyendo dispositivos MIDI , archivos sin procesar o conexiones TCP , dispositivos de audio (con detección de fonemas y tono integrada ), posición del cursor del ratón , etc. Cabe destacar la capacidad de Houdini para trabajar con audio, incluyendo síntesis de sonido y música, y herramientas de procesamiento de sonido 3D espacial. Estos operadores se encuentran en el contexto denominado "CHOPs", por el cual Side Effects ganó un premio Óscar a la Trayectoria Técnica en 2002.

VEX (Vector Expression) es uno de los lenguajes internos de Houdini. Es similar al lenguaje de sombreado de Renderman . Mediante VEX, el usuario puede desarrollar nodos de procesamiento (SOP), nodos de procesamiento de salida (POP), sombreadores, etc., personalizados. La implementación actual de VEX utiliza procesamiento de estilo SIMD .

Houdini (desde 2019) viene con dos motores de renderizado de clase profesional:

Mantra, que en su versión inicial tenía muchas similitudes con RenderMan en cuanto a su alcance y aplicación, admite la renderización de micropolígonos además del trazado de rayos , lo que permite operaciones de desplazamiento de alta calidad, así como los modos tradicionales de escaneo lineal y trazado de rayos.

Y Karma: un motor de renderizado más moderno, basado exclusivamente en el trazado de rayos , orientado al consumo de datos de escena USD para la producción de imágenes utilizando el contexto 'Solaris' centrado en USD (también conocido como Lops) en Houdini.

La ventana gráfica de Solaris utiliza un "delegado Hydra" que proporciona una vista previa interactiva (IPR) de la escena USD y permite delegar la renderización a cualquier renderizador compatible con Hydra/USD instalado, como PRman , Arnold y otros. SideFX Karma incluye una variante "XPU" que puede utilizar recursos de computación de GPU y CPU simultáneamente para renderizar una imagen mucho más rápido que con un proceso exclusivamente de CPU.

Los sombreadores son programables y se componen en su lenguaje VEX, o mediante VOPs, la interfaz basada en nodos de SideFX para programar VEX. Mantra y Karma (al igual que Houdini) permiten abrir nubes de puntos o campos de vóxeles (incluidos VDB) en un sombreador durante el renderizado, lo que puede tener aplicaciones similares a los mapas de ladrillos en Renderman. En épocas en las que los recursos computacionales eran más escasos (como en los años 90 y principios de los 2000), esto permitía producir interacciones de luz más complejas, como la dispersión subsuperficial y la oclusión ambiental, con menor sobrecarga computacional. Sin embargo, hoy en día, estas técnicas suelen ser cubiertas por métodos de trazado de rayos.

Mantra puede realizar renderizado de volumen extremadamente rápido , y tanto Mantra como Karma utilizan trazado de rayos basado en la física , una técnica que intenta modelar con mayor precisión las interacciones físicas de la luz y los materiales.

Derivative Inc. es una empresa derivada de Side Effects Software que comercializa una versión derivada de Houdini llamada TouchDesigner . Diseñada para la animación generada en tiempo real con OpenGL , se utilizó en la gira del 30.º aniversario del grupo de rock Rush para producir gráficos dinámicos controlados directamente por los músicos. ^{[ 12 ]} TouchDesigner también fue utilizado por Xite Labs (anteriormente V Squared Labs) para crear efectos visuales en vivo para la gira de instalación ISAM de Amon Tobin . ^{[ 13 ]}

Algunos trabajos iniciales en los que se utilizó Houdini incluyen la película Contact de 1997 y Zootopia de 2016. ^{[ 2 ] [ 4 ]} , pero ahora la cantidad de producciones (incluidos muchos juegos) que utilizan Houdini sería demasiado grande para enumerarla aquí.

• Autodesk Maya
• Licuadora
• Cinema 4D
• Sistema operativo IRIX
• Lista de software de animación 3D
• Pixar RenderMan
• Silicon Graphics, Inc.
• Softimage 3D

• SideFX Software , creadores de Houdini