Q100514：通过实例数组实例化提高场景图烘焙性能

概括

在任何具有重复几何体的场景中，可以使用实例化来减少内存占用并提高场景图烘焙性能。通常，当许多副本中的几何图形相同并且唯一需要的修改是变换时，实例化效果很好。本文介绍了一种使用“实例数组”位置进行实例化的方法，并举例说明了如何使用它来将几何体实例化为点云的点。

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，说明以下有关点云实例的部分。

实例数组

以下部分是数组实例化的简要概述。要对实例进行更深入的讨论， 请参阅 Renderman 文档：RenderMan 25 Docs - Katana中的实例化，作为实例化的介绍，演示了如何设置所有三种实例化方法。

在实例数组中，实例位置通过“实例数组”类型的单个位置上的属性映射到一个或多个实例源。实例数组与分层实例类似，其附加优点是可以轻松设置多个实例源。一个缺点是材料不能根据实例而变化。

实例数组位置需要包含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，实例源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。

数组实例化为点云

实例数组的优点是仅使用一个位置来保存实例，即使在具有数千个实例位置的场景中，也可以使场景图保持较小。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，每个实例一个索引。以下是生成实例数组以将几何实例化为点云中的点的步骤。

1.创建或导入点云对象，并使用 AttributeSet 节点将其位置的类型属性设置为点云。点云可以是具有geometry.point.P属性的任何几何体，例如来自PrimitiveCreate节点的几何体。

然后您将看到场景图中点云的位置类型已更改：

2. 然后创建或导入您想要用作实例源的几何体。然后使用另一个 AttributeSet 节点将其父位置的type属性设置为实例源。

例如，如果几何图形位于/root/world/geo/src/teapot，则/root/world/geo/src应为实例源位置。您稍后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变化：

3. 将两个网络合并在一起，得到如下所示的结果：

4. 在 Merge 的下游，创建一个 OpScript 节点并将其applyWhere参数更改为at certain location 。现在，您将在 OpScript 节点参数的顶部看到一个新的位置参数。位置参数的值将确定实例数组在场景图中的何处生成。在此示例中，我们使用/root/world/geo/instances

5. 在 OpScript 节点中，创建user.pointCloudLocation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user.instanceSourceLocations字符串数组参数，其小部件类型为Scene Graph Locations ，并将实例源场景图位置路径作为值添加到数组中。

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 示例中修剪而来的，它基于点云和实例源位置创建实例数组。

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处。

 -- 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))

上面的OpScript将实例数组geometry.instanceSource属性设置为在user.instanceSourceLocations用户参数中设置的实例源位置。此外，实例数组geometry.instanceIndex属性设置为在实例源之间交替。最后，实例数组geometry.instanceMatrix属性由点云中每个点的平移信息填充。

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

现在您可以渲染以查看实例数组：

您可以在此处下载完成的场景： instanceArray.katana

用于改变每个实例分配的材质的实例数组解决方法

与其他实例化技术不同，实例数组没有直接改变每个实例的材质的机制。然而，通过使用具有不同材料的实例源位置，可以使用不同的材料。使用实例数组的好处是所有实例都包含在一个场景图位置中。然而，这也意味着定位特定实例几乎是不可能的，因为各个实例不会出现在查看器或场景图中，并且仅在场景的渲染中可见

请参阅上面的实例数组到点云部分来生成实例数组。创建实例数组后，可以通过改变每个实例源的材质来改变每批实例的材质。使用 MaterialAssign 节点更改实例源的材质，并且材质分配会传递到利用该特定实例源的每个实例位置。只需创建 MaterialAssign 节点并将材质分配到选择作为实例源的场景图位置。

延伸阅读

有关实例概述，请参阅下面的第一个资源链接。下面的其他资源深入探讨了每种实例方法的其他高级实例主题。

• Katana开发者指南：实例化
• Q100508：通过分层（实例源）实例化提高场景图 Cook 性能
• Q100517：通过叶级（实例 ID）实例化提高场景图烘焙性能
• Renderman 文档：RenderMan 25 文档 - Katana中的实例化