 |
Конструирование скелета
|
|
|
|
Процесс конструирования скелета похож на сборку сегментированной модели персонажа. Разница лишь в том, что здесь используются цепочки обратной кинематики и ограничения. Выполнив следующие два упражнения, вы построите скелет тела и руки.
Конструирование скелета тела
При конструировании скелета следует ориентироваться на каркас модели. Как правило, удобнее размещать скелет внутри готового каркаса, поскольку при этом гарантируется наиболее точное их соответствие. Но некоторые дизайнеры предпочитают конструировать скелеты стандартных размеров, а затем подгонять их по каркасу. Однако тогда возникают проблемы при изменении масштаба костей.
Упражнение 2. Создание скелета для готового каркаса
1. Постройте скелет внутри каркаса модели персонажа, используя последний в качестве шаблона.
2. Начните с ног. Создайте цепочку инверсной кинематики с двумя суставами. На данном рисунке изображение каркаса удалено, но необходимо обязательно убедиться, что коленный сустав находится на уровне колена персонажа.
3. Создайте копию кости первой ноги. Выровняйте полученный объект по каркасу.
4. Создайте две кости, соответствующие бедрам. Сделайте их предками костей ног.
5. На фоне каркаса кости бедер и ног должны выглядеть примерно так, как показано на данном рисунке.
6. Создайте три кости, формирующие позвоночник. Кости бедер должны быть предками самого нижнего «позвонка».
7. На вершине позвоночника создайте две кости, соответствующие плечам. Вершина должна быть предком костей плеч.
8. Создайте кость руки и свяжите ее с плечом. Создайте копию данного объекта, чтобы получить вторую руку.
9. На фоне каркаса верхняя часть скелета должна выглядеть примерно так, как показано на этом рисунке. Убедитесь, что место стыка костей плеч и рук находится над подмышечной впадиной, а не внутри туловища.
|
|
|
10. Добавьте к скелету стопы. Стопа может состоять из одного элемента или из двух, если необходимо более точно воспроизвести ее движения.
11. Если вы используете метод инверсной кинематики, задайте ограничения. Создайте объект-пустышку около правой ступни. При желании можно воспользоваться другими объектами, например, невизуализируемым параллелепипедом. Свяжите кость лодыжки с объектом (показано стрелкой на рисунке).
12. Если ограничитель активизирован, кость ноги имеет привязку к объекту. Теперь посредством перемещения объекта можно ею манипулировать. Верните ногу в нейтральное положение. Повторите процедуру создания ограничителя для другой ноги. Если вы намерены использовать метод инверсной кинематики и для анимации рук, проделайте с ними то же самое.
13. Если все ограничения установлены, манипулирование телом осуществляется с помощью перемещения пяти объектов: костей бедер, ограничителей ног и рук. При этом возникает только одна проблема: чтобы передвинуть тело целиком, необходимо задействовать все пять указанных объектов.
14. Это неудобство можно преодолеть, добавив еще один объект-пустышку в качестве предка костей бедер, ограничителей ног и рук. При этом ноги, руки и бедра сохраняют свое положение на одном уровне единой иерархической цепочки, объединяющей все части модели персонажа.
15. Готовый скелет должен точно соответствовать каркасу.
Конструирование скелета кисти руки
Построить скелет кисти руки несложно: необходимо воссоздать в модели все косточки пальцев и несколько костей в области ладони. Как и в предыдущем случае, удобнее конструировать скелет руки, имея в своем распоряжении готовый каркас.
Упражнение 3. Конструирование скелета кисти руки
|
|
|
1. Начните с кости, идущей от основания ладони к середине первого сустава пальца.
2. Создайте три косточки для указательного пальца. Расположите их посередине пальца и выровняйте суставы.
3. Повторите указанную процедуру для среднего и безымянного пальцев, а также мизинца.
4. Теперь сформируйте кости большого пальца. Создайте кость, идущую от основания ладони к середине сустава большого пальца.
5. Создайте две косточки для самого большого пальца. Скелет кисти руки готов. Он присоединяется к запястью посредством установки иерархических связей.
6. Присоедините готовый скелет кисти к руке, установив иерархические связи.
Деформация каркаса
С помощью готового скелета можно деформировать оболочку модели персонажа. Для этого предназначена утилита деформации каркаса, которая по расположению костей определяет его форму. При анимации лсостей скелета перемещается и поверхность модели. Выбор способа анимации зависит от используемого программного обеспечения. В большинстве пакетов реализована комбинация различных методов, однако все они распадаются на две основные категории: прямого сопоставления и построения зон воздействия.
Метод прямого сопоставления
Метод прямого сопоставления - это простейший способ деформирования каркаса. При его использовании каждую вершину каркаса сопоставляют определенной кости или суставу. Вершины, расположенные в области бедренных костей, сопоставляются бедренным костям, вершины, расположенные в области голени, - кости голени и т.д. В несложных моделях с небольшим числом вершин данный метод использовать легко, а результат его применения предсказуем. Поскольку расчеты просты, деформация происходит довольно быстро, что позволяет манипулировать персонажем почти в реальном масштабе времени. В большинстве пакетов сопоставление вершин ближайшим костям производится автоматически, в некоторых это приходится делать вручную. Если программа распределяет вершины автоматически, обычно есть возможность подправить вручную ошибочное назначение вершин.
Еще один способ деформирования каркаса заключается в том, чтобы создать кластеры для каждой части тела (для левой бедренной кости, для правой бедренной кости и т.д.) и сопоставить каждый из них определенному суставу. Это можно сделать, либо установив простые иерархические связи, либо при помощи Ограничений или выражений. Убедитесь, что все суставы и кости имеют верные названия, поскольку они присваиваются кластерам, иначе возникнет ошибка.
|
|
|
Следующие рисунки иллюстрируют метод прямого сопоставления. На рис. 6.19 вершины предплечья (выделены темным) сопоставлены кости предплечья. Вершины плеча (выделены светлым) сопоставлены кости плеча. При движении кости предплечья каркас деформируется соответствующим образом (рис. 6.20). Когда движется плечевая кость, перемещаются сопоставленные ей вершины каркаса. Поскольку предплечье является потомком плеча, оно также перемещается, как и сопоставленные ему вершины (рис. 6.21).
Единственный недостаток метода прямого сопоставления состоит в том, что движение некоторых частей тела определяется воздействием разных элементов скелета. Например, форма поверхности колена зависит
Рис. 6.19. Метод прямого сопоставления
Рис. 6.20. Деформация каркаса при движении кости предплечья
от перемещения и голени, и бедра. Кроме того, использование данного метода может привести к появлению складок, когда суставы занимают крайние положения (рис. 6.22). Однако для анимации несложных персонажей он вполне пригоден.
Рис. 6.21. Движение кости приводит к перемещению вершин
Рис. 6.22. Складка, которая образована вершинами, окружающими локоть
Метод взвешенного сопоставления
Чтобы деформация выглядела более естественно, необходимо, чтобы на вершину воздействовало несколько элементов скелета. Например, на вершины, расположенные вокруг локтя, может влиять и плечо, и предплечье. Для решения этой проблемы придуман метод взвешенной деформации.
Взвешенная деформация позволяет нескольким элементам каркаса воздействовать на одну и ту же вершину. В каждой программе этот метод реализован по-своему. В некоторых случаях визуализируется поверхность, определяющая диапазон влияния элемента скелета (рис. 6.23). В тех областях, где зоны влияния перекрываются, вершины подвержены одновременно нескольким воздействиям.
|
|
|
Некоторые программы позволяют задавать весовые коэффициенты для кластеров. Например, кластер может быть на 70% подвержен влиянию элемента А и на 30% - элемента В. Такой способ является достаточно гибким, поскольку вершины поверхности не принадлежат какой-либо одной определенной области. Теоретически любую вершину можно сопоставить любой кости с любым весовым коэффициентом. Конечно, без соответствующего графического представления применение данного способа вызывает затруднения. Пример использования весовых коэффициентов показан на рис. 6.24. Когда рука сгибается в локте, вершины, расположенные вокруг данного сустава, испытывают воздействие в соответствии с весовыми коэффициентами зон влияния, что исключает возникновение складок.
Рис. 6.23. Зона воздействия, определяющая диапазон влияния элемента скелета
Рис. 6.24. Результат использования весовых коэффициентов
Метод кластеров не столь нагляден, как метод построения зон воздействия. Подобные зоны изображаются в виде пузырей, охватывающих подвергаемую деформации область. Во многих пакетах для облегчения работы используется другое представление: вершины раскрашиваются в соответствии с заданными весовыми коэффициентами.
В более современных системах допускается перемещение управляющих вершин зон воздействия, что позволяет включать и исключать отдельные вершины. Но при использовании простых алгоритмов нельзя изменять форму уже построенных зон воздействия. Таким образом, разработчик лишается возможности воздействовать на отдельные вершины. Показательным в этом смысле является пример с пальцами руки: зона воздействия одного пальца может пересечься с зоной другого и оказать влияние на его вершины. Проблему можно обойти, если тщательно продумать строение модели. Чтобы зоны не пересеклись, следует разместить пальцы гораздо дальше друг от друга, чем обычно бывает при расслабленной кисти, а после деформации вернуть пальцы в нормальное положение.
Работа с зонами воздействия имеет свои особенности. Рассмотрим их на примерах. Зоны воздействия каждой модели ног, изображенных на рис. 6.25, немного перекрываются в области колена, что и требуется, но одновременно перекрываются и другие участки, а это нежелательно. Если бедро переместить в сторону, влияние одной ноги на вершины другой по-прежнему сохранится (рис. 6.26). Чтобы исправить эту ошибку, необходимо либо изменить форму зон воздействия, либо исключить вершины одной ноги из сферы влияния другой (рис. 6.27). Другой проблемной областью являются подмышки. Обычно вершины данной области сопоставляются ближайшему элементу скелета, в данном случае - плечу. При поднятии руки над головой участок поверхности неестественно выпячивается (рис. 6.28). Вершины, расположенные в подмышечной области, являются частью туловища и гораздо больше подвержены влиянию позвоночника, чем руки. Если сопоставить вершины позвоночнику, выпуклость не появится, и проблема будет решена (рис. 6.29).
|
|
|
Рис. 6.25. Перекрывающиеся зоны воздействия
Рис. 6.26. Нежелательное влияние вершин одной ноги на вершины другой
Рис. 6.27. Исправленная модель
Рис. 6.28. Выпяченный участок
Рис. 6.29. Модель с правильно сконструированной подмышкой
Дополнительные инструменты деформации
Помимо метода построения зон воздействия используются инструменты, позволяющие управлять формой этих зон с учетом расположения элементов скелета и угла поворота сустава. Они предназначены для имитации таких эффектов, как вздутие мускулов и растяжение кожи, и прекрасно подходят для реалистичной анимации (рис. 6.30-6.31). Однако их необязательно изучать начинающим аниматорам.
Рис. 6.30. Модель мускулистой руки
Рис. 6.31. Когда рука сгибается в локте, бицепс вздувается, как настоящий
Деформация и тип поверхности
Обычно большинство инструментов деформации каркаса работает одинаково, независимо от того, к какому геометрическому типу относится объект, на который оказывается воздействие. Инструменты позволяют управлять вершинами, перемещая их согласно движению элементов скелета, в результате чего поверхность модели деформируется. Для программы не имеет значения, принадлежат ли вершины многоугольнику, патчу или поверхности иного типа. Однако с полигональными и патч-моделями связаны некоторые особенности, которые следует обсудить.
|
|
|
