CASE 05: PROCEDURAL CITY · Blender AI Wiki

ID: CASE-05 | Type: Procedural Generation | Difficulty: ⭐⭐⭐ | Time: 2-4 hours

Когда применять: когда нужно за минуты получить десятки кварталов для проверки композиции, а не готовый ассет: город флажка на заднем плане, панораму, окружение для рендера с большой глубиной.

🎯 ЦЕЛЬ

Собрать процедурный город на Geometry Nodes: сетка кварталов, зонирование, генератор зданий по зоне, дорожная сеть с движением, рассев пропов и растительности, LOD по расстоянию и облёт камерой.

Главное, что отличает город от набора кубиков, — связи между системами. Здание знает, в какой зоне оно стоит, и берёт высоту и материал оттуда. Дорога знает, где перекрёсток. Пропы рассеиваются по тротуарам, а не в воздухе. Каждая из этих связей — атрибут, и большую часть ошибок в этом кейсе дают именно атрибуты: не тот домен, потерянное поле при объединении геометрии, поле, которое не выжило Set Position.

Порядок работы поэтому жёсткий: сначала сетка и зоны, потом здания, и только потом всё, что рассыпается по готовому.

🧭 ИСХОДНАЯ ЗАДАЧА И ОГРАНИЧЕНИЯ

Задача: 500 кадров облёта камеры по спирали вверх над городом 1×1 км, 4K, 30 fps, на одной видеокарте.

Ограничения:

Город не должен быть полностью инстансингом: инстансы нельзя ни сдвинуть по высоте, ни отдать в запекание — нужен гибрид.
Один материал на зону, иначе материалов будет больше, чем зданий.
Движение должно быть цикличным и непрерывным: машина не должна прыгать в конце петли.
Кадры считаются на CPU-рендере как минимум: 500 кадров × 4K × 512 сэмплов — это неделя.
Дальние кварталы нельзя оставлять в LOD0: память уйдёт раньше, чем закончится рендер.

📋 ЧТО ПОНАДОБИТСЯ

Компонент	Версия / состояние	Зачем
Blender + Geometry Nodes	актуальная	вся генерация
Коллекция с 5–10 вариантами деревьев	Poly Pizza или свой набор	инстансинг растительности
Коллекция с 8–12 вариантами машин	то же	инстансинг транспорта
HDRI дневного города	Poly Haven	базовое освещение
Сжатие EXR	ZIP	500 кадров занимают место

🛠️ НАСТРОЙКА

Этап 1. Сетка кварталов и зонирование

# Base Grid 10x10 blocks, 100x100м каждый
"GN: Grid 10x10, spacing 100м
 Атрибут 'District': Random (0=Downtown, 1=Residential, 2=Industrial, 3=Park)
 Атрибут 'Density': по District (Downtown=1.0, Res=0.6, Ind=0.8, Park=0.1)"

Этап 2. Генератор зданий

# Building Logic по District
"Downtown (0): Высота 50-200м, Glass/Concrete, Flat Roof + HVAC
 Residential (1): Высота 10-50м, Brick/Plaster, Pitched Roof + Balconies
 Industrial (2): Высота 5-20м, Metal/Concrete, Flat Roof + Vents
 Park (3): Нет зданий, только скеттер деревьев/лавочек

 # Building GN Tree:
 1. Grid → Random Scale/Offset → Extrude (Height by District)
 2. Window Array: фасад → Grid → Boolean/Inset → Glass Material
 3. Roof Details: HVAC units, Antennas, Green Roof (Downtown)
 4. LOD: Distance → Decimate (0.5 / 0.25 / 0.1)
 5. Instancing: Collection → Random Pick → Realize Instances"

Шаг 5 в таком виде — источник почти всех проблем. Инстансы экономят память в сотни раз, но Realize Instances превращает их в обычную геометрию, и вся экономия испаряется. Реальный компромисс: инстансить детали (окна, кондиционеры, деревья), а сами корпуса зданий оставлять как готовую геометрию — их всё равно нужно двигать по высоте и красить по зоне.

Этап 3. Дорожная сеть и трафик

# Roads (Curve-based)
"GN: Curve Grid 11x11 (между блоками)
 Road Width: Main=12м, Local=8м, Alley=4м
 Sidewalks: 2м each side, Curb height 0.15м
 Markings: Center line, Crosswalks, Lane dividers

 # Traffic (GN Animation)
 "Car Collection: 10 low-poly variants (Poly Pizza)
 Path Follow: Roads → Resample → Points → Instance Cars
 Speed: Random 30-60 км/ч, Loop на 500 фреймах
 Traffic Lights: Procedural на перекрёстках (Red/Yellow/Green cycle)"

Цикличность движения делается через Scene Time в поле позиции: индекс точки на кривой делится на общее число точек и умножается на диапазон кадров. Никаких «по кадрам» — сетка пересчитывается целиком, и любая попытка анимировать инстансы поштучно убьёт производительность.

Этап 4. Пропы и растительность

# Street Props (Poly Pizza + GN)
"Streetlights: каждые 20м по тротуарам, вариант 3 типа
 Benches: в парках/у жилых, случайная ротация
 Trash cans, Hydrants, Signs: Scatter по тротуарам (Density=0.05)
 Trees: 5 видов (Poly Pizza), Scatter в парках/улицах
 Grass/Flowers: Geometry Nodes на парках (Weight Paint для путей)"

# GN Scatter Setup
"Distribute Points on Faces → Poisson Disk → Density Attribute
 Instance on Points → Random Pick from Collection → Random Rotation/Scale
 Realize Instances → Merge by Distance"

Этап 5. LOD-система

# Distance-based LOD (GN)
"Attribute 'Distance' = length(Camera_Location - Position)
 LOD0 (0-50м): Full Geo, 4k textures
 LOD1 (50-200м): Decimate 0.5, 2k textures
 LOD2 (200-500м): Decimate 0.25, 1k textures
 LOD3 (500м+): Decimate 0.1, Billboard/Impostor"

# Impostors для дальнего плана
"Render Billboard: 8 углов → Sprite Sheet → Shader: Billboard + Alpha"

Этап 6. Рендер облёта

# Camera: Drone fly-through
"Path: Spiral Up 500м за 500 фреймов
 DOF: Focus на центр города, f/4.0

 # Lighting
"HDRI 'city_day' 4k strength=1.0
 Sun: 5000W, angle 45°, shadows ON
 Volumetric: Light fog density=0.01"

# Render
"Cycles 128 samples, Denoising, 4K
 Viewport: 1/4 res для превью
 Output: EXR + MP4 (60fps)"

Атрибуты: то, на чём держится вся связность

Зоны, плотность, тип и индекс варианта хранятся в именованных атрибутах. Поле, положенное во временную переменную, не переживёт ни Join Geometry, ни смену домена — и город молча рассыплется в однородную кашу.

import bpy

def sock(node, name, out=False, hint=None):
    """Найти сокет по имени.

    У многих нод (Random Value, Store Named Attribute) несколько одноимённых
    сокетов — по одному на тип данных. node.inputs['Min'] вернёт ПЕРВЫЙ, то
    есть не тот, что показан в интерфейсе при выбранном data_type.
    Поэтому ищем по имени И по типу; если hint не задан, берём первый.
    """
    seq = node.outputs if out else node.inputs
    for s in seq:
        if s.name == name and (hint is None or s.type == hint):
            return s
    for s in seq:
        if s.name == name:
            return s
    raise KeyError(f"{node.bl_idname}: no socket named {name!r}")

def set_sock(node, name, value, hint=None):
    s = sock(node, name, hint=hint)
    s.default_value = value
    return s

def store_zoning(node_tree, seed_value=17):
    """Записать случайный номер квартала и плотность застройки как именованные
    атрибуты — только так они переживают Join Geometry.

    node_tree — это nodes_tree самого модификатора Geometry Nodes.
    """
    nodes, links = node_tree.nodes, node_tree.links

    idx = nodes.new("GeometryNodeInputIndex")          # индекс точки в сетке

    rnd = nodes.new("FunctionNodeRandomValue")
    rnd.data_type = 'INT'
    set_sock(rnd, 'Seed', seed_value)                 # одно число на весь город
    set_sock(rnd, 'Min', 0, hint='INT')               # Downtown
    set_sock(rnd, 'Max', 3, hint='INT')               # Park
    links.new(idx.outputs[0], sock(rnd, 'ID'))        # без ID поле не привязано к точке

    store_zone = nodes.new("GeometryNodeStoreNamedAttribute")
    store_zone.data_type = 'INT'
    store_zone.domain = 'POINT'                       # не FACE: значение одно на вершину
    set_sock(store_zone, 'Name', "district")
    links.new(sock(rnd, 'Value', out=True, hint='INT'),
              sock(store_zone, 'Value', hint='INT'))

    # Плотность: 4 значения -> два числа. Линейная раскладка слегка неточна
    # для промежуточных зон, и это осознанно — визуально разницы не видно.
    density = nodes.new("ShaderNodeMapRange")
    links.new(sock(rnd, 'Value', out=True, hint='INT'), density.inputs['Value'])
    density.inputs['To Min'].default_value = 0.9      # плотная застройка
    density.inputs['To Max'].default_value = 0.1      # парк

    store_density = nodes.new("GeometryNodeStoreNamedAttribute")
    store_density.data_type = 'FLOAT'
    store_density.domain = 'POINT'
    set_sock(store_density, 'Name', "density")
    links.new(density.outputs['Result'],
              sock(store_density, 'Value', hint='VALUE'))
    links.new(store_zone.outputs['Geometry'], store_density.inputs['Geometry'])

    return store_density.outputs['Geometry']

# В редакторе это дерево собирается мышью за минуту. Скриптом имеет смысл
# только массовое изменение: mod = obj.modifiers.new("CityGN", 'NODES'),
# затем взять mod.node_group и пересобрать ноды. Имя атрибута и домен в
# редакторе видны сразу — в отличие от Python, где сокеты приходится искать.

import bpy

def instance_zone(node_tree, collection_name="Props", seed=3):
    """Инстансить коллекцию, выбирая вариант по индексу точки.

    Collection Info с Separate Children + Instance on Points — это и есть
    «выбрать вариант»: целое число становится номером потомка коллекции.
    """
    nodes, links = node_tree.nodes, node_tree.links
    coll = bpy.data.collections[collection_name]

    col = nodes.new("GeometryNodeCollectionInfo")
    col.inputs['Collection'].default_value = coll
    col.inputs['Separate Children'].default_value = True
    col.inputs['Reset Children'].default_value = True
    col.transform_space = 'RELATIVE'

    idx = nodes.new("GeometryNodeInputIndex")
    pick = nodes.new("FunctionNodeRandomValue")
    pick.data_type = 'INT'
    set_sock(pick, 'Seed', seed)
    set_sock(pick, 'Min', 0, hint='INT')
    set_sock(pick, 'Max', max(len(coll.objects), 1), hint='INT')
    links.new(idx.outputs[0], sock(pick, 'ID'))

    on_pts = nodes.new("GeometryNodeInstanceOnPoints")
    on_pts.inputs['Pick Instance'].default_value = True
    links.new(sock(pick, 'Value', out=True, hint='INT'), on_pts.inputs['Instance Index'])
    links.new(col.outputs['Instances'], on_pts.inputs['Instance'])
    return on_pts.outputs['Instances']

[!NOTE] Точные имена и набор входов у нод Geometry Nodes (Collection Info, Store Named Attribute, Map Range, Random Value) менялись между версиями Blender: ноды переезжали из Geometry Nodes в Shader, поля добавлялись, часть входов переименовывалась. Не пиши дерево по памяти — открой ноду в своём редакторе и сверь входы. Проверка из Python: у ноды есть inputs с именами, и лишний именованный аргумент в скрипте даст TypeError, а отсутствующий вход — пустую ноду, которая молча ничего не делает.

Рендер: параметры, без которых облёт не запустится

import bpy, os

sc = bpy.context.scene
sc.render.engine = 'CYCLES'
sc.cycles.device = 'GPU'
sc.cycles.samples = 128
sc.cycles.use_adaptive_sampling = True
sc.cycles.adaptive_threshold = 0.02       # для 500 кадров важнее, чем samples
sc.cycles.use_denoising = True

sc.render.resolution_x, sc.render.resolution_y = 3840, 2160
sc.render.resolution_percentage = 50      # превью всего пролёта — в 4 раза дешевле
sc.render.use_persistent_data = True      # без этого движок пересобирает BVH каждый кадр
sc.frame_start, sc.frame_end = 1, 500
sc.frame_step = 2                          # 250 кадров = 25 секунд при 10 fps

sc.render.image_settings.file_format = 'OPEN_EXR_MULTILAYER'
sc.render.image_settings.color_mode = 'RGBA'
sc.render.image_settings.exr_codec = 'ZIP'
sc.render.filepath = "//renders/city/frame_"
os.makedirs(bpy.path.abspath("//renders/city"), exist_ok=True)

[!NOTE] Флаг use_persistent_data в интерфейсе называется Persistent Data и лежит в свойствах рендера. Для сцены с анимацией Geometry Nodes он даёт основную экономию времени: без него вся сетка пересобирается заново на каждом кадре.

⚠️ ЧТО ПОШЛО НЕ ТАК

1. Realize Instances на пятом шаге съел всю память. По инструкции на этапе 2 инстансы реализовывались целиком, и город из 1000 корпусов превратился в 80–100 миллионов реальных треугольников. Blender стоял несколько минут на каждом кадре, а потом падал по памяти, и это выглядело как «сцена слишком тяжёлая», хотя в терминах Blender она была лёгкой — просто не инстансинг. Пришлось оставить инстансинг на деталях (окна, HVAC, деревья, машины), а корпуса зданий реализовать один раз на этапе сборки и больше не трогать. Побочный эффект: корпуса перестали быть одинаковыми, что для города, если честно, скорее плюс.

2. Атрибут зоны молча пропадал, и город становился однородным. Кварталы генерировались корректно, но через Join Geometry значение district исчезало: поле было записано в домене POINT, а присоединяли геометрию, где те же вершины принадлежали другой геометрии, и без явного Store Named Attribute на выходе значение просто не доезжало. Симптом был обманчивым: город выглядел нормально, но все здания получали высоту и материал первой зоны. Поймать это помог только рендер одного кадра с включённой отладкой атрибутов. Лечится тем, что любой атрибут, который должен пережить Join Geometry, записывается именованным и последним шагом дерева.

3. Случайность не была повторяемой. Random Value без явного Seed давал другой город при каждом пересчёте — то есть при каждом кадре анимации. Город «мерцал»: окна переезжали, машины меняли цвет. Оказалось, что у ноды Random Value поле Seed не имеет значения по умолчанию, которое «просто работает», и его надо задавать явно; более того, у ноды Instance on Points свой индекс варианта берётся из индекса точки, и если точки перегенерировались, варианты тоже менялись. После явного Seed город стал стабильным между кадрами.

4. 500 кадров считались месяц. Первая версия рендерила 500 кадров в 4K при 512 сэмплах с полным BVH на кадр. Пересчёт до 128 сэмплов с адаптивным порогом 0.02, включение use_persistent_data и шаг кадра 2 урезали время примерно в двадцать раз — и это при том же видеорезультате, который для фонового плана не отличить. Вывод, который стоило сделать раньше: для фонового плана разрешение и сэмплы — первое, что можно отдать.

5. Отражения в окнах давали «кашу» из соседних зданий. Здания стояли впритык, и зеркальные фасады показывали геометрию, которая тут же исчезала — получалось мерцание при движении камеры. Решилось двумя настройками: уменьшить отражающую долю на материале стекла и поднять шероховатость до ~0.15, чтобы отражения слегка размывались и не показывали чужую геометрию резко.

📊 ЧТО ПОЛУЧИЛОСЬ

Оценка по порядку величины, конкретных замеров нет:

Сетка: 10×10 кварталов по 100 м, то есть примерно 1 км².
Зданий: порядка 1000 корпусов, из них инстансингом собраны детали — окна, HVAC, венты.
Дороги: порядка 30–50 км кривых, с тротуарами и разметкой.
Пропов: десятки тысяч инстансов (фонари, урны, гидранты, знаки), деревья — десятки тысяч.
Полигоны в кадре после LOD: десятки миллионов на близких кадрах, единицы миллионов на дальних.
Текстуры: 2k на близкие зоны, 1k на дальние, одна HDRI 4k.
Кадров: 500 при 3840×2160, из них отрендерено 250 (шаг 2), плюс превью по 960×540.
Рендер в Cycles со 128 сэмплами и денойзингом: часы, а не минуты, на средней видеокарте. Это фон для 25-секундного фрагмента — и это главный вывод по соотношению усилий и пользы.

⚙️ КЛЮЧЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Параметр	Значение	Когда менять
размер квартала	100 м	меньше — город читается как улей, больше — как пустыня
`Random Value.Seed`	одно число на всю сцену	сменил — пересобрался весь город, включая окна
домен атрибута `district`	`POINT`	при `FACE` зона «съезжает» на гранях у швов
плотность в Downtown	0.9	выше — квартал без воздуха, читается как монолит
доля инстансов	детали инстансятся, корпуса реализуются	реализация корпусов — главный расход памяти
`Decimate` по расстоянию	0.5 / 0.25 / 0.1	ниже 0.1 силуэт здания рассыпается
шероховатость стекла фасадов	0.1–0.2	0.0 даёт резкие отражения соседей и мерцание
`cycles.samples`	128 + адаптивный порог 0.02	512 — вчетверо дольше при том же видеорезультате
`use_persistent_data`	включать для любой анимации	выключить только если BVH не влезает в память
`frame_step`	2	10 fps для фона достаточно

⚠️ ТИПОВЫЕ ОШИБКИ

Симптом	Причина	Решение
Город мерцает между кадрами	не задан `Seed` у `Random Value`	задать `Seed` явно, один на сцену
Все здания одинаковые	атрибут зоны потерялся при `Join Geometry`	`Store Named Attribute` последним шагом
Blender падает по памяти	`Realize Instances` на корпусах	инстансить детали, корпуса реализовать один раз
Зона «съезжает» на швах	атрибут в домене `FACE`	перенести в `POINT`
Окна показывают соседние здания	зеркальный фасад без размытия	поднять шероховатость до 0.15
Облёт идёт вчетверо дольше	`use_persistent_data` выключен	включить в свойствах рендера
Рендер не месяц, а недели	адаптивное семплирование выключено	`use_adaptive_sampling` + порог 0.02
Нода молча ничего не делает	поле не выжило `Set Position`	хранить в именованном атрибуте, а не во временной переменной
`TypeError` на входе ноды	нода переехала между версиями Blender	сверить входы в редакторе или через `nodes[...].inputs`

🔗 СВЯЗИ

Прочие в категории «Кейсы»: CASE 03: PRODUCT VISUALIZATION, CASE 07: STYLIZED BARREL (HAND-PAINT), CASE 08: SCI-FI CORRIDOR MODULAR, CASE 13: HARD-SURFACE SCI-FI GUN, CASE 02: GAME PROPS PIPELINE
По темам: P22: PARTICLE SYSTEMS, WF 05: PROCEDURAL ASSETS, CASE 12: LOWPOLY FOREST PACK
Теги: #case, #geometry-nodes, #modeling, #pipeline, #render, #vegetation