Touch Designer 直播挑戰 Vol.4｜做出如夢似幻的黑夜星軌

直播挑戰#4 課程筆記
MONOLAB｜藝術 x 科技 x 教育

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2025年12月3日 上午 3:17

TD直播課程筆記

課程概覽

  • 主題： TouchDesigner 黑夜星軌（星軌光譜與音訊連動視覺）
  • 目標： 拆解並實作一個能與音樂連動的星軌生成作品，並介紹 TouchDesigner 新功能 POPs。
  • 預期成果： 掌握 TOP 轉 SOP（Point Cloud）、Instance 複製、Feedback Loop 殘影、Color Remap 等核心技巧。

課程大綱 / Agenda

  1. 直播目的與 TouchDesigner 生態推廣。
  2. 「夢境與孤寂的邊界」表演案例介紹。
  3. 新工具 POPs (Particle Operators) 探索與心得分享。
  4. 星軌作品拆解與實作（核心概念）。
    • 製作星星（隨機座標與大小）。
    • 星星上色（恆星光譜 Color Remap）。
    • 星軌生成（Feedback Loop 與旋轉）。
    • 景觀營造（山脈與水波反射）。
  5. 每日創作挑戰流程分享（待後續直播）。

💡 核心概念與理論

概念說明實作元件
TOP 轉 SOP (Point Cloud)利用影像（TOP）的 RGB 數值作為 3D 空間中點（SOP）的 XYZ 座標，快速產生大量的隨機點。Noise TOP $\rightarrow$ Geometry COMP (Instance)
Instance 複製將單一 SOP 物件（如 Sphere）複製到每個點的位置，實現高效的粒子系統。Geometry COMP (Instance Tab)
恆星光譜根據恆星生命週期，利用顏色漸變（Color Ramp）為星星賦予不同溫度和階段的顏色。Ramp TOP $\rightarrow$ Lookup TOP
Feedback Loop創建一個迴路，將當前畫面疊加到上一幀的畫面上，產生軌跡、殘影或延遲效果。這是星軌形成的關鍵。Feedback TOP $\rightarrow$ Transform TOP $\rightarrow$ Composite TOP
POPs (Particle Operators)TouchDesigner 新功能，利用 GPU 大幅加速粒子運算，並允許將粒子的座標軌跡保留下來。POP Examples (論壇下載)

🛠️ 示範案例：POPs 探索 (08:06)

  • POPs 資源： TouchDesigner 論壇上的 POP Examples 包含最完整的示範檔案和 POP Guide。
  • 如何學習： 打開 POP Guide，點選左側範例 (如 Copy, Extrude)，然後點選左下角 Show Network，即可查看範例的網路結構、註解和步驟。
  • POPs 優勢： 每個點（粒子）可以視為一個資料包，儲存位置、顏色、速度等屬性，能利用 GPU 加速，實現百萬級粒子的即時運算，速度比舊方法快 10 倍以上。

⚙️ 步驟教學（Step-by-Step）

步驟 1：製作星星的隨機座標與大小 (18:39)

  1. 設定星星數量：
    • 新增 Constant CHOP，命名參數為 star_size，設值為 50。
  2. 生成隨機座標：
    • 新增 Noise TOP。
    • 將 Constant CHOP 的 star_size 參數拖曳至 Noise TOP 的 Resolutionx 和 y 參數。
    • 結果： 得到 $50 \times 50 = 2500$ 個像素點（即 2500 顆星星的座標）。
    • 小技巧： 點擊 Noise TOP 並按右鍵，選擇 View as Point 或按快捷鍵 $\text{V}$，可切換成 3D 點雲預覽。

步驟 2：星星上色（恆星光譜）(27:18)

  1. 準備色彩對應圖：
    • 複製一個新的 Noise TOP，確保它與座標的 Noise TOP擁有不同的 Seed 值。
    • 在 Noise TOP 後接上一個 Lookup TOP。
  2. 定義顏色漸層（光譜）：
    • 新增 Ramp TOP 作為漸層輸入。
    • 調整 Ramp TOP 的顏色，模擬恆星光譜：
      • 左側（黑/低值）： 藍色（代表高溫、年輕的藍巨星）。
      • 中間： 白色、黃色。
      • 右側（白/高值）： 紅色（代表低溫、衰老的紅巨星）。
    • 將 Ramp TOP 連接到 Lookup TOP 的第二個輸入端。
  3. 整理輸出：
    • 在 Lookup TOP 後新增 Null TOP，命名為 NO_color。

步驟 3：Instance 複製與渲染 (24:44)

  1. 準備幾何體：
    • 新增 Sphere SOP (球體)。
    • 在 Sphere SOP 後新增 Transform SOP，調整 Uniform Scale 至 0.001 或更小，以確保星星夠小。
    • 在 Transform SOP 後新增 Geometry COMP。
  2. 設定 Instance：
    • 在 Geometry COMP 中，切換到 Instance 標籤。
    • 勾選 On。
    • 將步驟 1 的座標 Noise TOP 拖曳至 Default Instance TOP 欄位。
    • Translate (位置)：
      • $\text{Tx}$: r (Red channel $\rightarrow$ X 軸)
      • $\text{Ty}$: g (Green channel $\rightarrow$ Y 軸)
      • $\text{Tz}$: b (Blue channel $\rightarrow$ Z 軸)
    • Scale (大小)：
      • $\text{Sx}, \text{Sy}, \text{Sz}$ 皆設定為 $\text{b}$ (Blue channel $\rightarrow$ 統一大小)
  3. 上色：
    • 切換到 Instance 2 標籤。
    • 將步驟 2 的顏色 NO_color 拖曳至 Default Instance TOP 欄位。
    • Color (顏色)：
      • $\text{Cr}$: r
      • $\text{Cg}$: g
      • $\text{Cb}$: b
  4. 渲染設置：
    • 新增 Camera COMP。
    • 新增 Constant Material，拖曳至 Geometry COMP 的 Material 參數欄位。
    • 新增 Render TOP。設定 Resolution 為 $2000 \times 2000$ (圓圖，避免旋轉時被裁切)。
    • 將 Geometry COMP 和 Camera COMP 拖曳至 Render TOP 的對應參數。
    • 調整 Camera：
      • 將 Camera COMP 的 Projection 設為 Orthographic (無透視)。
      • 調整 View 參數，確保星星集中在畫面中心，且填滿。

步驟 4：星軌生成（Feedback Loop）(32:05)

  1. 添加旋轉：
    • 在 Geometry COMP 後面加入 Transform SOP，用來旋轉星星。
    • 在 Rotate 的 $\text{Ry}$ 參數中輸入動態表達式，使其隨時間旋轉： $$\text{absTime.seconds} \times 3$$
  2. 建立 Feedback 迴路：
    • 新增 Feedback TOP。
    • 新增 Composite TOP。
    • 將 Render TOP 連接到 Composite TOP 的第一個輸入端（當前幀）。
    • 將 Feedback TOP 連接到 Composite TOP 的第二個輸入端（過去幀）。
    • 將 Composite TOP 的 Operation 設為 Maximum 或 Add（讓光線疊加）。
  3. 引入殘影衰減：
    • 在 Composite TOP 後新增 Level TOP。
    • 在 Level TOP 中，降低 Opacity（不透明度），例如設為 $0.98$，使上一幀的影像在疊加時輕微衰減，形成拖尾軌跡。
  4. 完成迴路：
    • 將 Level TOP 連接回 Feedback TOP 的輸入端。
  5. 啟動 Feedback：
    • 在 Feedback TOP 上右鍵點擊 Pulse $\rightarrow$ Reset（或按下快捷鍵 $0$），啟動迴路。

步驟 5：整合音樂連動 (15:38)

  • 原理： 將音訊分析結果（例如頻率強度或振幅）映射到旋轉的 $\text{Ry}$ 參數，或 Feedback loop 中的 Level TOP 的 Opacity / Brightness，實現視覺與聽覺的連動。

❓ 常見問題 & 解決方案

問題解決方案
星星太密集/形狀太規律調整 Noise TOP 參數：增加 Period（週期）會使同色星星聚集；減少則會更散落。同時調整 Seed 值。
Feedback Loop 沒有作用檢查 Feedback TOP 是否已經 Reset (Pulse) 啟動。檢查 Composite TOP 的 Operation 是否為 Maximum 或 Add。
旋轉時畫面被裁切調整 Render TOP 的 Resolution，例如設為 $2000 \times 2000$ 確保有足夠的圓形空間，或在 Camera COMP 調整 View 參數。
星星亮度太高/爆掉在音訊分析連動的參數上加入 Limit CHOP，設定一個上限（Ceiling），避免音量過大時視覺效果失控。

🚀 練習任務

  1. 嘗試將 Noise TOP 的 $\text{Tz}$ (Z 軸) 座標範圍增大，觀察星星在 3D 空間中的分布變化。
  2. 將 Ramp TOP 的顏色改為其他漸層，例如冷色調或單一顏色，模擬不同風格的星空。
  3. 嘗試將音訊分析的 CHOP 輸出，映射到 Feedback TOP 後的 Level TOP 的 Brightness 參數，讓聲音越大，殘影越亮。

💡 總結

本課程成功拆解並實作了基於 TouchDesigner 的黑夜星軌效果。核心技術在於利用 TOP 的 RGB 數據作為 3D 座標、Instance 複製大量星星，以及利用 Feedback Loop 結合旋轉創造出動態的星軌光跡。同時，課程也前瞻性地介紹了新的高效能粒子系統 POPs，為未來的複雜視覺創作提供了新的工具。

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