Q100514：利用实例数组实例化提高场景图烹饪性能

概括

在任何包含重复几何体的场景中，实例化都能有效减少内存占用并提升场景图的计算性能。通常，当多个副本的几何体完全相同，且仅需进行变换时，实例化效果最佳。本文介绍了一种使用“实例数组”位置进行实例化的方法，并举例说明如何使用该方法将几何体实例化为点云中的点。

有关其他可用实例化方法的概述，请阅读Katana开发人员指南中的以下部分：实例化。

您可以参考以下Katana项目文件“ instanceArray_arnold_material.katana ”作为示例项目，其中说明了以下关于点云实例化的部分。

实例数组

以下部分简要概述了数组实例化。如需更深入地了解实例化， 请参阅 RenderMan 文档：RenderMan 26 文档 - Katana中的实例化，其中演示了如何设置所有三种实例化方法，作为实例化的入门介绍。

在实例数组中，实例位置通过类型为“实例数组”的单个位置上的属性映射到一个或多个实例源。实例数组类似于层级实例化，其优势在于可以轻松设置多个实例源。缺点是每个实例的材质不能不同。

实例数组位置必须包含geometry.instanceSource和至少一个变换属性。如果instanceSource仅包含单个路径，则geometry.instanceIndex是可选的，在这种情况下，该实例源将用于实例数组中的所有实例。

有关实例化属性约定的更多信息，请访问Katana开发人员指南：实例化。

将数组实例化为点云

实例数组的优势在于它仅使用一个位置来存储实例，即使在包含数千个实例位置的场景中，也能保持场景图的简洁。实例数组读取包含实例源位置的`geometry.instanceSource`属性来生成实例数组。可以使用包含实例源索引数组的`geometry.indexArray`属性来引用多个实例源，每个实例对应一个索引。以下步骤演示了如何生成实例数组，将几何体实例化到点云中的点上。

1. 使用 AttributeSet 节点创建或导入点云对象，并将其位置的type属性设置为pointcloud 。点云可以是任何具有geometry.point.P属性的几何体，例如来自 PrimitiveCreate 节点的几何体。

然后您将在场景图中看到点云的位置类型已更改：

2. 然后创建或导入要用作实例源的几何体。接着使用另一个 AttributeSet 节点将其父位置的类型属性设置为实例源。

例如，如果几何体位于/root/world/geo/src/teapot，则/root/world/geo/src应为实例源位置。之后，您可以在此位置下添加更多对象，以使用多个实例源。

然后您将在场景图中看到实例源的位置类型发生了变化：

3. 将这两个网络合并在一起，得到类似这样的结果：

4. 在合并操作的下游，创建一个 OpScript 节点，并将其applyWhere参数更改为指定位置。现在，您将在 OpScript 节点的参数列表中看到一个新的location参数。location参数的值将决定实例数组在场景图中的生成位置。在本例中，我们使用/root/world/geo/instances。

5. 在 OpScript 节点中，创建一个名为 user.pointCloudLocation 的字符串参数，并将其设置为点云的场景图位置路径。然后，创建一个名为user.instanceSourceLocations 的字符串数组参数，其控件类型为“场景图位置” ，并将实例源场景图位置路径作为值添加到该数组中。

有关创建用户参数和更改其小部件类型的步骤，请参阅Katana用户指南：添加用户参数。

6. 以下 OpScript Lua 代码是从Renderman Docs: Instancing中找到的 Pixar 示例精简而来，它基于点云和实例源位置创建一个实例数组。

将此代码复制到 OpScript 节点的脚本参数中，以生成实例数组，其中实例放置在点云的每个点上。

-- Read the op arguments
local instanceSourceLocations = Interface.GetOpArg("user.instanceSourceLocations")
local pointCloudLocation = Interface.GetOpArg("user.pointCloudLocation"):getValue()

-- Read the point cloud's points
local pointAttr = Interface.GetAttr("geometry.point.P", pointCloudLocation)
local points = pointAttr :getNearestSample(Interface.GetCurrentTime())

 -- Create a single location which will generate an array of instances
 -- Set type for this location to 'instance array' 
Interface.SetAttr( 'type' , StringAttribute( 'instance array' ))

 -- This instance array location must point to the instance source locations
 -- through the attribute 'geometry.instanceSource' 
Interface.SetAttr( 'geometry.instanceSource' , instanceSourceLocations)

 -- The indexArray attribute determines which instance source each instance location represents
 local indexArray = {}

 -- for each instance create an instance index
 for i= 0 ,#points/ 3-1 do
  -- For this example, the instances are arbitrarily assigned to an
  -- instance source
  -- a more stable apporach would be to use an arbitrary attribute
  -- on the point cloud to assign an instance source
  indexArray[#indexArray +1 ] = i%instanceSourceLocations:getNumberOfTuples() 
end 

-- Set index for instance array element 
Interface.SetAttr( 'geometry.instanceIndex' , IntAttribute(indexArray, 1 ))

-- geometry.instanceMatrix
-- Get the transforms from the points
 local numTimeSamples = pointAttr:getNumberOfTimeSamples()
 local matrixArrayMap = {}
 -- to get motion blur on the instances, create an instanceMatrix at each
-- time sample available from the point cloud points attribute
 for idx=0,numTimeSamples -1 do
  local sampleTime = pointAttr:getSampleTime(idx)
  local points = pointAttr:getNearestSample(sampleTime)

  -- each instance in array has its own matrix
  local matrixArray = {}
  local workMatrix = Imath.M44d():toTable()

  -- for each instance build a matrix with a mocked up transformation
  for i=0,#points/ 3-1 do
    -- grab the points that represent this instance
    x = points[ 3 *i +1 ]
    y = points[ 3 *i +2 ]
    z = points[ 3 *i +3 ]

    -- set the translate of the matrix to the points in the point cloud
    workMatrix[ 13 ] = x
    workMatrix[ 14 ] = y
    workMatrix[ 15 ] = z

    for j = 1 , 16 do
      matrixArray[#matrixArray +1 ]=workMatrix[j]
    end
  end
  matrixArrayMap[sampleTime] = matrixArray
 end

 Interface.SetAttr('geometry.instanceMatrix', DoubleAttribute (matrixArrayMap, #matrixArrayMap))

上述 OpScript 将实例数组geometry.instanceSource属性设置为用户参数user.instanceSourceLocations中设置的实例源位置。此外，实例数组geometry.instanceIndex属性设置为在不同的实例源之间交替。最后，实例数组geometry.instanceMatrix属性填充点云中每个点的平移信息。

7. 现在实例已经创建完成，不再需要点云，我们可以使用 Prune 节点将其从场景中移除。

现在你可以渲染以查看你的实例数组：

您可以点击此处下载完整场景： instanceArray.katana

实例数组变通方法，实现每个实例分配不同的材质

与其他实例化技术不同，实例数组没有直接为每个实例更改材质的机制。但是，可以通过使用具有不同材质的实例源位置，为实例使用不同的材质。使用实例数组的一个优点是所有实例都包含在同一个场景图位置中。然而，这也意味着几乎不可能定位到特定的实例，因为各个实例不会显示在查看器或场景图中，而仅在场景渲染中可见。

请参阅上文“实例数组到点云”部分，了解如何生成实例数组。创建实例数组后，可以通过更改每个实例源的材质，对不同批次的实例进行材质更改。使用 MaterialAssign 节点更改实例源的材质，材质分配会应用到使用该实例源的每个实例位置。只需创建 MaterialAssign 节点，并将材质分配给场景图中选定的实例源位置即可。

延伸阅读

有关实例化的概述，请参阅下方第一个资源链接。下方的其他资源将深入探讨每种实例化方法的其他高级实例化主题。

• Katana开发者指南：实例化
• Q100508：利用分层（实例源）实例化提高场景图烹饪性能
• Q100517：通过叶级（实例 ID）实例化提高场景图烹饪性能
• RenderMan 文档：RenderMan 26 文档 - Katana中的实例化