Jak přimět vlastní poddané k pohybu

Počítačová 3D animace postav je poměrně náročné téma pohyblivé grafiky. Adept této disciplíny musí svůj softwar...


Počítačová 3D animace postav je poměrně náročné téma pohyblivé grafiky. Adept
této disciplíny musí svůj software dobře ovládat, měl by mít rozsáhlé
zkušenosti s modelováním, zejména s tím, čemu se říká organické modelování. K
animaci pak potřebuje také základy tradičního animátorského řemesla, povědomost
o technikách zachytávání reálného pohybu apod. Postavami se kromě člověka
rozumějí i postavy zvířat a hmyzu. Někdy může být také potřebná znalost jejich
anatomie, hlavně kostry a hlavních svalů.
Samostatnou kapitolou, možná stejně obsáhlou jako celá animace postav, je
animace tváře. Tou se v tomto textu ovšem zabývat nebudeme. U ní se uplatní již
poměrně detailní znalosti o svalech tváře, pohybech úst při vyslovování
jednotlivých hlásek a o psychologii postavy. Je zřejmé, že takovou animaci
nezvládne technik, který může skvěle sestavit 3D postavu. Je třeba skutečného
animátora se zkušenostmi z herectví, loutkoherectví, nebo ještě lépe tým lidí z
různých oborů, technických, designérských i hereckých.
Proces animace postav si můžeme rozdělit na několik etap:
Vymodelování geometrie postavy
Tvorba kostry
Přidání IK (inverzní kinematika) manipulátorů
Připojení kůže ke kostře
Nastavení efektů vyboulení
Animace postavy
Podívejme se na ně trochu podrobněji.
Geometrie
Geometrie těla pro animaci musí splňovat náročnější kritéria než nehybné
objekty. Popsat všechny možné techniky modelování v tomto krátkém článku není
možné, soustřeďme se však na několik prvků, které s následnou animací
souvisejí. Tělo musí především umožňovat pohyb všech nohou, rukou, čelistí
apod. Okolo kloubů budou probíhat deformace, takže je nutné, aby měl objekt v
těchto místech dostatečné množství kontrolních bodů.
K organickému modelování patrně použijeme NURBS plochy, vhodné vlastnosti mohou
mít i některé jejich klony, jako Catmull-Rom splajny apod. Výsledek se často
převádí na polygonovou mřížku s požadovaným počtem plošek vyhovující počet bude
odvozen od způsobu použití. Zejména pro hry a zobrazování v reálném čase je
třeba co nejjednodušší model. Ideálně jednoduché jsou postavy robotů, ale asi
jimi už nikoho neohromíte.
Pro správné namapování na kostru se hodí, když má postava rozpažené ruce a
roztažené nohy, je proto vhodné snažit se ji vymodelovat v této poloze.
Kostra
Konstrukce kostry animovatelné postavičky se může zdát jednoduchá, na
věrohodnost pohybu má ale zásadní vliv, takže je třeba věnovat pozornost mnoha
aspektům. Zkušenost velí začít od pánve, kam se umístí kořenový kloub.
Končetiny by žádný společný pohyblivý kloub mít neměly, aby pohyb jedné
neovlivňoval druhou a naopak. Znalost anatomie vůbec neuškodí, nesmí se ale
přehánět, jde více o prostorové umístění kostí než o detailní kopii reálné
kostry.
Pro všechny klouby se zadávají osy rotace (stupně volnosti) a limity rotace v
těchto osách. Jistě si snadno dokážete představit, jak zdlouhavá práce to může
být např. pro prsty na ruce. Kromě limitů lze zadat i tuhost v kloubu, tedy
odpor, jaký klade při pohybu. Tuhost pochopitelně nemusí být v celém rozsahu
pohybu stejná. Jak známo, blíží-li se natočení v kloubu své mezní poloze, je
pohyb těžší a lepší programy to dokáží zohlednit. Všechny tyto informace se
používají při výpočtech inverzní kinematiky.
Inverzní kinematika
Inverzní kinematika je animační metoda, kdy animátor umístí koncový manipulátor
např. ruky na požadované místo v prostoru a program vypočte správnou pozici a
orientaci kloubů, které této ruce (IK řetězci) náležejí. Konečné umístění prvků
po všech kalkulacích se nazývá řešení inverzní kinematiky.
Jednoduché programy vám nabídnou jediný algoritmus, ty lepší jich mají více a
dovolí vám nastavit jejich parametry. Při přípravě postavy půjde o vytvoření IK
manipulátorů tam, kde budou potřeba, tj. na rukou, nohách, páteři, případně
krku.
Připojení kůže
Pak již může následovat připojení geometrie postavičky, jako např. kůže na
vytvořenou kostru. Může to být jednoduše volbou jednoho příkazu, v praxi ale
počítejte s opakovaným procesem úprav kostry i modelu, protože až při pohybu
postavičky zjistíte nedostatky v geometrii nebo nevyhovující stavbu kostí.
Další deformace
Při pózování postavy brzy uvidíte, že automaticky počítaná deformace kůže
produkuje naprosto nepoužitelné výsledky. Je jí potřeba trochu pomoci
přídavnými deformacemi zejména svalů a loktů.
Svaly se vyboulí většinou pomocí kulového objektu, jehož velikost se mění podle
úhlu natočení nějakého kloubu. Podobná deformace pomůže i u loktů, aby
nevypadaly jako ohnutá trubka, ale správně s výstupkem loketní kosti,
vznikajícím při ohybu.
Animace
Zde končí proces tvorby postavy a konečně začíná samotná animace. Používá se
například metoda klíčových snímků, kdy klouby umístíte do požadovaných pozic
manuálně, dosáhnout takto věrohodného výsledku je ale velmi těžké. Dále je to
zmíněná inverzní kinematika, která mnoho práce ulehčí, pracujete ovšem stále s
jednotlivými klíčovými snímky.
Použít můžete podle schopností vašeho software i navázání na pohyb jiného
objektu, např. snadno zanimujete kolo s rotujícími pedály a postava cyklisty
bude hned šlapat jedna radost. Lepší software umožňuje animaci ovlivňovat
programovými skripty nebo matematickými výrazy. Tak rychle docílíte třeba
efektu dýchání po celou dobu animace.
Samostatným tématem je zachytávání pohybu, tzv. mocap. Bez něho si nelze
profesionální animaci v reklamě, filmu a hrách představit. Data ze snímačů, což
může být např. 6 kanálů 3D souřadnic, se přiřadí hlavním kloubům postavy a
reálný pohyb je hotov. Problém nastane, když chcete takovou animaci upravit.
Jde to velmi těžko, protože klíčových snímků je několik za sekundu a vhodným
nástrojem pro editování jsou jenom animační křivky.
V okolních vložených textech jsou popsány nástroje, které k animaci postav
nabízejí nejznámější 3D balíky, 3D Studio MAX a Maya. Možná vám bude chybět
popis animačních schopností Softimage, svého času nejlepšího v oboru, ten se
ovšem již delší dobu nevyvíjí a očekává se zcela nová verze, které se budeme
věnovat, až bude k dispozici.
Základní popisy technik tedy znáte, stejně jako informace o použitelném
softwaru. Jak postavě vdechnout její život a styl, již nechám na vás.
Discreet 3D studio max + character studio
V tomto programu naleznete kosti v panelu Create/Systems/Bones. Zapněte Assign
To Children, Assign To Root and Create End Effector, pak bez problémů myší
vytvoříte řetězce kostí potřebné délky. Klouby se ohýbají pouze v ose kolmé k
viewportu, ve kterém jste je vytvořili. Inverzní kinematika v podobě IK
controlleru se při tom vytváří automaticky a její chování není blíže
specifikováno, lze ovšem nastavit různé parametry týkající se přesnosti řešení.
Navázání kůže se provede označením objektu a zvolením modifikátoru Skin. Pak
lze vybrat kosti, spline křivku nebo dokonce další objekty, které budou tvar
kůže určovat. Okolo každé kosti se vytvoří obálka tvaru kapsle, která ovlivňuje
úsek kůže, který je v ní obsažen. V sub-object sekci modifikátoru lze obálku
upravit a je zde i jednoduchý nástroj na ovlivnění síly efektu Paint Weights.
Se samotným MAXem se v animaci postav daleko nedostanete, není to ani záměr
jeho tvůrců, protože k tomuto účelu dodávají zvláštní modul s názvem Character
Studio. S tím se snadno pracuje, a tak není problémem přidat jednoduché animace
jako oživení vašich scén. Byla v něm vytvořena i zábavná a světově proslulá
animace Dancing Baby.
Prvním ulehčením práce je nástroj Biped, kterým lze jednoduše vygenerovat
základní kostru dvounohé postavy, přičemž nastavujete parametry jako počet
prstů, počet článků páteře apod. S tímto komfortem můžete zapomenout na
anatomii, na limity a přejít hned k připojení kůže. Kostry zvířat a jiných
tvorů biped bohužel neumí.
Kostru lze animovat buď klasickým způsobem jednotlivých snímků, nebo tzv.
kladením stop. To znamená, že ve scéně klikáním myší vytvoříte stopy v místech,
kam má postava došlápnout, definujete, zda se jedná o chůzi, běh nebo skákání a
pohyb vygeneruje Character Studio. Dynamika simuluje gravitaci a jevy s ní
spojené. Postavička může skákat, při dopadu pokrčí nohy, balancuje na prkně
apod.
Bipedu se mohou snadno přiřadit data získaná reálným zachycením pohybu.
Instalace obsahuje rozsáhlou banku těchto dat, které můžete na jednoduché
oživení animace použít. Modifikátor Physique už bez zvláštních vymožeností
dovoluje holou kostru potáhnout kůží a přidat potřebné vyboulení svalů a další
deformace související s pohybem kloubů.
Alias/wavefront maya
Maya je produkt nejvyšší kategorie a disponuje poměrně dokonalými nástroji pro
všechny fáze přípravy postavy. Nástroj, se kterým asi začnete, se jmenuje Joint
Tool. Jednoduše naklikáte řetězce kostí, nastavit lze požadované stupně
volnosti a automatické vytváření limitů. Kostru není dobré vytvářet celou v
jediné rovině, ale natočit kosti mírně v tom smyslu, v jakém se budou nakonec
pohybovat. Důvodem je, že tento malý úhel pomůže při automatickém stanovení
limitů, které při nulovém úhlu natočení nemusejí fungovat nejlépe.
Limity můžete posléze nastavit nebo upravit sami, stejně jako tuhost kloubů.
Jestliže postavu budete animovat pomocí inverzní kinematiky, je čas na
vytvoření tzv. IK handles, což jsou manipulátory ovlivňující typicky 2 až 5
kostí podle toho, kam umístíte jejich koncový bod. Chování IK handle je dáno
použitým algoritmem výpočtu. Maya jim říká solvery a nabízí jich několik
RotatePlane, SingleChain, Spline a MultipleChain. Každý má specifické ovládání
a vlastnosti.
Nejjednodušší je SingleChain, pro ruce a další končetiny se doporučuje
RotatePlane solver. Spline solver je poněkud specifický, používá se jako jediný
na dlouhé řetězce krátkých kostí a ovládá se pomocí kontrolních bodů spline
křivky. Hodí se tak na animace ocasu zvířete, dlouhého krku nebo páteře.
Bind Skin a Detach Skin jsou příkazy pro laborování s kůží, kterou obecně
můžete navázat dvěma způsoby. Jako rigidní, to je klasický způsob, kdy se pro
každý kloub automaticky např. na základě nejbližší vzdálenosti (nebo i
manuálně) vytvoří množina kontrolních bodů kůže, které tento kloub ovlivňuje.
Říká se jim Joint Clusters a Maya je umí zobrazit pěkně barevně.
Nebo jako hladkou kůži, kdy každý bod ovlivňuje několik sousedících kloubů a
deformace při pohybu vypadají přijatelně i bez tzv. flexorů, které je nutné
použít při rigidním způsobu. Deformace od různých kloubů má různou váhu, kterou
lze ovlivnit velmi příjemným způsobem, a to kreslením štětcem Artisanu přímo na
model.
Vylepšení deformací kůže se provede již zmíněnými flexory, které fungují úplně
stejně jako modelování pomocí deformátorů. Ty základní, které se vám určitě
budou hodit, jsou Lattice na loketní klouby a Sculpt s deformačním objektem
koule.
Na tomto místě je character setup u konce a zbývá jediné. Hromadu kostí,
objektů a ovládacích táhel seskupit v jediný objekt Character, snadněji
manipulovatelný a animovatelný útvar, přičemž si lze vybrat a vytáhnout ven
seznam těch klíčovatelných parametrů, které chcete a budete potřebovat pro
následnou animaci.
Animovat můžete všemi známými způsoby včetně kopírování pohybu jiných objektů
(Constraints) nebo zachycení reálného pohybu.
0 0375 / pen









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.