Vellum —— Vellum Solver

目录

Solver

Collision

Forces

Advanced

Secondary Constraint Pass

Multi-Pass Solve

Motion

Sleeping

Grain Collisions 

Fluids

Minimal Solver

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        Vellum Solver SOP是DOP的封装，以简化vellum的解算；第一个端口是geometry，第二个端口是相同点数的且点对点（点号或id）的约束；第三个端口是碰撞体，碰撞体的拓扑结构应不变；另外，还可识别一些packed的几何体类型；还可在节点内，添加force、constraint property等节点；

Solver

• Substeps，对快速运动或突然的力，应增加此值；如vellum太拉伸，增加到2或5是个好的开始；
• Constraint Iterations，每子步内执行的迭代数，非常刚性的约束要求更多的迭代来收敛；最远点间的边数，是好的起点；
• Smooth Iterations，默认约束迭代使用Gauss-Seidel方式（收敛快），但由于刚性太高或不可能的配置会无法完全收敛；此迭代使用Jacobi方式（收敛慢），误差会均匀分布；

Collision

• Collision Passes，执行的碰撞检测数，在约束迭代间交替执行；因为碰撞代价高，最好最小化；
• Post Collision Passes，所有约束被执行后，最后的碰撞检测；“number of stacked layers + 2” 是很好，可完全传播堆叠层；
• Polish Passes，在任何碰撞过程中，可能无法完全解析，额外的碰撞将运行（非常便宜）；
• Layer Shock，整数点属性layer标记为不同的层，层越高越轻；

Forces

• Velocity Damping，直接缩放速度，可快速阻尼；

Advanced

• Target，pin约束的目标路径；
• Integration，一阶对弯曲运动会被约束阻尼，二阶可恢复更多的弯曲运动，保持更多能量；但有时碰撞被检测，会退回到一阶，以避免过度弹跳；

Secondary Constraint Pass

• 单独解算更新的次要约束，否则在主pass内解析；
• 对一些昂贵的约束，可低频率解算以提高性能，如低弯曲刚性的丝绸，可低频率解算弯曲约束；
• 对约束拓扑内频率变化的（会导致解算器重排序约束解算，抖动），如四面体有机组织stitch在一起滑动，由于滑动约束变化，四面体可能会轻微抖动，可将stitch约束移到此pass，设置Solve Frequency为1，保持相同刚性，会消除此种抖动；

Multi-Pass Solve

• 重复子步直到条件满足；
• 当前条件会修复由禁用点引起的问题，禁用点导致几何体被捕获和导致未禁用点生成拉伸；由于碰撞优先于约束，结果是布料或头发拉伸；如检测到拉伸过大，与自动禁用点相邻的点将被禁用；然后重复解算，以期望free几何体；
• notconverged（detail），disableself，disableexternal；

Collision

• Disable Failed Collisions，点碰撞失败后，会被标记为禁用，从而可无碰撞移动；
• Reset Collided Points，如点被检测到不再tangled状态并连接到非禁用点，将重新激活，如disableexternal=2；
• Initialize Overlap Distances，创建overlap_self、overlap_external属性（如存在将不会初始化），初始解算避免重叠；
• Update Overlap Distances，更新overlap_self、overlap_external属性，以反映当前配置；
• Tetrahedral Open Faces，四面体非共享面将生成碰撞几何体，如同时使用triangle shell 和 tetrahedral mesh，则此操作多余；

Motion

• Max Acceleration，加速度限制避免过于服从非现实的力；
• Fallback to First Order Integration on Collision，如点超过最大加速度，二阶预测可能错误，通常为反弹；
  • Grain/Fluid粒子总是会考虑退回一阶，不仅仅是碰撞情况下；
• Limit Acceleration in Velocity Update，限制速度；
• Limit Displacement on Collision，在碰撞时限制粒子移动；
• Disable Broken Welds，当断开焊接点时，如表面没有分离，可能会爆开，此选项设置disableself属性，避免自碰撞；可能使分层布料穿插；

• Normalize Stress，归一化应力计算，以便子步的更改，计算的值更加可预测；

• Breaking Frequency，测试约束断开，断开约束会改变拓扑，会减慢解算；

• Sliding Method，attach、stitch滑动的模式；

  • Closest Point速度快但会跳过凹陷， 

  • Traverse Polygons速度慢会处理凹陷；

  • Traverse Triangles（Optimized）比上一个快很多倍，但仅适用于三角形目标；

Sleeping

• 粒子速度小于阈值，达到指定长的时间，即会停止（stopped=1）；
• 再次唤醒粒子，可使用POP Awaken节点；

Grain Collisions 

• grain使用单独的碰撞pass，来处理grain间的碰撞，与POP Grains类似；
  • Search Scale，粒子pscale的缩放值，用于搜索范围；也影响在打簇内的吸引力范围；
  • Max Neighbors，搜索范围内的最大粒子数，如勾选OpenCL Neighbor Search参数（考虑所有范围内的点），则此参数忽略；
  • Assume Uniform Radius，pscale属性确定每粒子的半径，如所有粒子半径相同，则更快的用于查找邻居；
  • Ignore Neighbors with Same Name or Piece，忽略具有相同非空name属性或非负piece属性的邻居；可创建仅与其他簇交互的单独簇，通常与‘shape match约束’结合使用，以获得刚性；
  • Enable Constraint Averaging，当多个粒子同时碰撞时，平均化所有约束，以确保稳定；
  • Repulsion Weight，粒子碰撞力的权重，值为0粒子不碰撞；repulsionweight点属性缩放；
  • Attraction Weight，粒子粘连在一起的权重，值为0粒子不打簇；attractionweight点属性缩放；
  • Enable Mass Shock，根据粒子相对重力的位置，缩放粒子的质量；更高的粒子更轻，以使堆叠的粒子快速收敛，更稳定；
  • Shock Scaling Power，缩放量，值越高粒子间对比就越高，过高的值会使高粒子非常轻，会使系统不稳定；
  • Shock Axis，堆叠方向，通常与重力相反；

Fluids

• 使用density约束，来保持流体不可压缩性，且提供viscosity、surface tension；phase属性非零；
  • Kernel Radius Scale，内核半径缩放，影响由表面张力产生的水滴大小；
  • Viscosity，粘度，与viscosity属性相乘；对不同phase值的粒子，粘性会独立解析；
  • SDF Collision Viscosity，与SDF碰撞接触的流体粘度，仅当Enable Minimal Solver时才有效；
  • Viscosity Solver，执行粘度解算的类型，Explicit快但不稳定（对高粒子数、高粘度，或低子步），Implicit慢但稳定（对高粒子数和粘度值）；
  • Viscosity Tolerance，使用Implicit时的粘度容差，越低精度越高（更多迭代）；
  • Max Viscosity Iterations，使用Implicit时的最大迭代数；
  • Surface Tension，表面张力，值越高会减低曲率，以形成水滴；与surfacetension属性相乘，对不同phase值的粒子，张力会独立解析；

  • Spatial Sort Interval，grain、fluid会执行许多涉及附近点的计算，通常空间中附近的点在内存中也靠近会大大的提高性能，此选项时按指定间隔帧对粒子排序；

    • 排序会改变点号，应在解算前添加id属性；

Minimal Solver

• 被限制的解算器版本（被vellum brush使用），允许布料和其他柔体，与静态几何体快速交互；不适用于动态碰撞体，不建议用户使用；

OpenCL

• OpenCL Graph Coloring，使用快速并行的OpenCL算法，对四面体可能需要多十倍的内存；
• OpenCL Neighbor Search，使用OpenCL搜索grain、fluid邻居，比CPU更快，但可能使用更多的内存；

案例：VellumSmokeSheet（使用vellum作为碰撞体生成的速度场，来驱动vellum）