节点可视化编程研发 |中级技巧分享
Hi大家好，好久没分享技术了，今天想根据我的实战开发经验，分享一些对CG技术人比较实用的技术。
现在存在一个现象，面对客户更多的苛刻要求，更少的投资预算，我们不仅要高效率完成项目，还要高质量交付项目。在这种局面下，我们迫切需求技术的革新。这就需要更加专业的工具研发人员，以提升团队的效率和质量。文章标题为工具研发的中级技巧，何之为中级？因为我将其置于节点编程技术的中端水平部位。初级：常规数学计算，线性代数计算，判断、循环和迭代等。中级：节点重载，自定义数据结构等。高级：多维数组，键值对，延迟执行图（Lambda表达式）等。
今天分享是就是中级里的节点重载和自定义数据结构。
在我认知里，CG行业的技术人很少会接触中级和高级以上的技术概念，它们更多存在于c++编程里。今天它们已经进入到可视化编程的世界，我在实际的开发中大量应用了它们，体验到了巨大的优势。其易用性、高性能，已经超越了c++。所以我想借此文章给更多的CG技术人分享。今天要说的对象是一个新兴的编程语言：Bifrost。语言并不就得是文字，也可以是图形。Bifrost纯粹是由节点图形构成，并且是纯函数式编程语言。Bifrost由单独的Autodesk团队开发，Maya自带的一个可视化编程平台。它的目标是实现一个完整的、易用的、高性能的节点可视化开发平台。什么是函数式编程？高中老师讲过，函数的基本特性就是不论输入是什么，相同的变量都只存在唯一的函数值。一个节点就是一个函数，每个节点在相同的输入下只能得到相同的结果。函数式编程还有一个特性是节点只修改数据的副本，不会改变原始值。所以不必担心会破坏原始数据。CG软件里可以做节点可视化编程的软件有很多，像Houdini 的vop模块。但是，它们最多只涉及到了初级的编程技术。至今，我还没见到除Bifrost外可以做到中级以上的节点可视化编程平台。因此，会有很多人对此有质疑的态度。也可能不理解中级以上的可视化编程技术有什么意义和作用。~~节点重载~~
第一个要说的，节点重载。重载在c++里表示在一个函数里，存在多个函数变量，它们的名字相同，但是类型不同，从而实现不同的计算方法。比如，函数A有两个变量，名称a和b。一种情况下ab的类型是浮点类型，另一种情况下是布尔类型。当输入的类型都是浮点类型时，函数的计算方式是a+b；当输入的类型都是布尔类型时，函数的计算方式是a和b的并集。如何在Bifrost里实现上面的函数A呢？第一步，我们创建一个化合物节点（函数），并将其命名为A。
第二步，创建两个变量a和b，并将其设置为浮点型。
第三步，在化合物里，创建加法节点，并将a和b相加。最终这个化合物输出一个浮点型数据。
第一个计算方法实现了，下面是将这个函数A进行重载。首先发布第一个计算方法。
然后将ab改为布尔类型，这时节点会报警，不要慌，因为布尔类型的计算不能是加法。
所以，我们进入函数A里，将运算方式改为布尔并集。并将得到的并集结果转换为浮点类型。最后输出它。
关键的一步来了，如果你直接发布它，会提示已经存在相同名称的节点A。这时，你可以勾选Overloadable。它会重新提示节点A（函数）将会被重载。最后发布它。这时，节点A就已经实现了两个功能。具体取决于输入的ab两个变量的类型。
当a为0，b为1时，节点A得到的0+1=1。
当a为假（0），b为真（1）时，真假的并集是假（0），得到值就是0。
节点重载有非常大的好处，下面通过我开发魔法神器工具的案例来描述它。我在魔法神器里做节点重载有两个目的：实现更灵活的功能，让艺术家更加可控工具。优化计算性能。
魔法神器操作演示https://att.element3ds.com/data/attachment/upload_media/20230808/ho50r0viga2zi5gw.mp4?form=upload_media_10499
魔法神器渲染演https://att.element3ds.com/data/attachment/upload_media/20230808/swwomdnnmooogmo6.mp4?form=upload_media_10500https://att.element3ds.com/data/attachment/upload_media/20230808/gz3szvix3vbvl7fx.mp4?form=upload_media_10501 在魔法神器工具里，我制作了两个重载节点，to_field和is_0_or_is_1。
本来官方有一个to_field节点，但是官方的不能满足我的需求。所以我就重新制作了一个可以支持属性代理的to_field节点。这样艺术家就可以通过模拟物体的属性名字，比如point_size粒子大小属性，以此来控制魔法神器的参数。
第二个 is_0_or_is_1 节点对性能来说非常重要。它极大地优化了工具的计算效率。不必要的计算模块可以通过它跳过。在一个工具里，有的参数默认是0或者1。在这种情况下，这个参数涉及的模块可能不需要计算。在其它的可视化编程软件里，不管这个参数是否对结果有影响，它们都会计算一遍，性能就会大量浪费。
当参数为0时，“远离中心力” 这个模块会跳过不计算。
并且，这个节点有一个判断选项，实现了等于0或者等于1的两种情况下跳过计算。另外它还有两个功能，当普通场为空值时，跳过计算。
当属性代理场为空值时，跳过计算。比如上面，粒子不存在point_size属性时，就跳过轴向力计算模块。
上面是我对节点重载的详细描述，节点重载是一个伟大的软件设计，让节点可视化编程不逊于c++代码式编程语言。
~~自定义数据结构~~下面要说的就是中级技巧里第二大功能，自定义数据结构。什么是数据结构？数据结构和算法是组成软件的两大基石。清晰、强大的数据结构可以让你的算法实现更加简单易行。在其它CG软件里，你可以创建一个属性，并且可以定义它的类型是浮点型还是整型或者布尔型，这都是常见的数据类型。但是，如果你想自定义一个属于自己的数据类型，那就不行了。因为除Bifrost外还没有软件可以这样做。在c++里，可以用"struct"关键字创建自定义数据类型。例如，我们需要一个可以定义学生的数据类型。它需要有学号、姓名、性别、年龄。那么c++自定义数据类型的代码是这样的struct Stu{int id; //学号string name; //姓名string sex; //性别float age; //年龄
}如何在Bifrost里创建上面这个数据结构呢？首先，在工具文件夹下创建一个struct文件夹，并在里面创建一个Stu.json文件。
然后在这个文件里定义你的数据类型。
这就完事了，打开软件验证一下是否成功。你可以发现在自定义数据类型库里已经有Stu这个类型了！
然后，创建一个Stu类型的数据，就可以使用它了。
这个时候，它实际上和普通的数据类型已经没有区别了。你可以用它进行数组操作，比如在一个多边形的点上创建一个Stu类型的数组数据，让每个点都包含一个这种类型的数据。后面你就可以在任何地方使用它。
下面举例我开发 find_path 和 sweep_mesh 工具使用自定义数据类型的案例。
find_path操作演示
https://att.element3ds.com/data/attachment/upload_media/20230808/hwq6gnnf5b3xfv6x.mp4?form=upload_media_10502查找最短路径算法是编程里比较出名的算法，并且有多种方法可以实现。我开发它的目的是让查找路径工具更加灵活，不仅仅可以查找最短的路径，还可以以其它方式查找路径。
这是我在find_path工具里某个地方使用自定义数据类型的用法。如果不使用自定义数据类型，这个工具的开发将会变得非常复杂。并且这些工具的开发还使用了高级技巧里的多维数组，我们先不谈论高级技巧。
另一个案例是我开发的建模工具 sweep_mesh。
sweep_mesh渲染演示，它比Maya自带的sweep插件更快更强大。可以单独控制每根管子的设置。https://att.element3ds.com/data/attachment/upload_media/20230808/p74z443tj9q9h16h.mp4?form=upload_media_10503我在sweep_mesh里使用自定数据结构的目的是简化参数的设置和读取。因为这个工具有大量的参数，我希望将参数封装为多个自定义数据结构。然后在工具的内部调用这些参数。
每个节点都是一个自定义的数据结构。几十个参数端口最终被封装成6个数据端口。大大简化了参数的调用复杂度，并精简了节点连线。
自定义数据类型为艺术家灵活操作数据打开了新的大门，让工具的开发者们更容易实现复杂的算法，并简化了工具的开发过程。
以上就是我对节点可视化编程，中级技巧分享的详细过程。我内心期望我们中国今后可以出现大量的CG工具研发人，让中国的CG技术跻身世界的前端。如果想更多关注，B站，生活的艺术家V。谢谢！
全文完
狠不错i，谢谢分享~ 1
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