Autodesk 3ds Max tutoriál: Základy riggingu lidské postavy - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

18. března 2010, 00.00 | Vítejte u tutoriálu, jehož úkolem je popsat mírně pokročilým uživatelům softwaru 3ds Max základní kroky potřebné pro nastavení animovatelné postavy a její propojení se skeletárním systémem Biped tak, aby byl model dostatečně připraven pro animaci.

Autodesk 3ds Max a jeho mocný nástroj Character Studio umožňují díky modifikátoru Physique připojení modelu k již hotovému skeletárnímu systému, jenž se nazývá Biped a který lze vytvořit pouhým tažením počítačové myši. V podstatě se jedná o fyziologicky správně nastavenou lidskou kostru, kterou můžete dále upravovat, a to nejen do podoby dvounohých postav humanoidního typu, ale i různých zvířat a kreatur. Odpadá tím zdlouhavé ruční vytváření kosterního systému (bones) s aplikovaným řešením inverzní kinematiky. Bipeda, a tím i váš model, můžete dále prostřednictvím Character Studia animovat klasickou technikou klíčových snímků (keyframes), nebo za pomoci ručně či automaticky vytvořených stop, po kterých svoji postavu pošlete na určené místo. Dále můžete využít již hotových pohybů typu Motion Capture a jednoduchým způsobem je Bipedovi přiřadit, čehož hojně využívají VFX studia. Taktéž lze Bipeda za pomoci externích pluginů, jako je Rigging Army Knife, zkonvertovat na kosti a ty ručně animovat. V následujícím tutoriálu se pokusím základní postup při tvorbě riggingu lidské postavy pomocí Character Studia nastínit.

Před vlastním vložením bipeda do vašeho modelu je potřeba zkontrolovat, zda je postava v tzv. Da Vinciho póze, to znamená, že stojí rozkročmo a má rozpaženo. Tento postoj je důležitý k bezproblémovému nastavení obálek (envelopes) kostí bipeda, jejichž úkolem je ovlivňovat přilehlou síťovinu modelu tak, aby tato síť při animaci odpovídajícím způsobem následovala kosti bipeda. Proto třeba při jiném postoji, třeba s pažemi blízko trupu, budou obálky kostí paží ovlivňovat nejen síťovinu rukou, ale nežádoucím způsobem i vrcholy sítě v oblasti trupu a naopak. Pro další ulehčení práce je také žádoucí, aby byl model symetrický, v tom případě stačí upravovat kosti a jejich obálky pouze na jedné straně a toto nastavení pak zkopírovat na protilehlou stranu modelu. Náš ukázkový low-poly model mužské postavy, který jsem našel na serveru Turbosquid.com, tyto podmínky celkem splňuje. Pouze nemá plně propnuté paže, což nám na straně jedné bude trochu komplikovat práci se správným umístěním bipeda do modelu, na straně druhé se ale alespoň lépe procvičíme v nastavení bipeda pro charaktery, které ne vždy splňují výše uvedené podmínky.

Takže začneme tím, že umístíme náš model, pojmenovaný jako Body, na výchozí pozici (0,-0) souřadnic x,y a následně jej zmrazíme, abychom jím při následné manipulaci s bipedem nechtěně nepohnuli.

Nyní vytvoříme Bipeda. V panelu Create klepněte na tlačítko Systems a vyberte Biped. V čelním pohledu umístěte kurzor zhruba na nulovou pozici XYZ, zmáčkněte levé tlačítko myši a táhněte Bipeda nahoru do přibližné výšky modelu, přičemž přesná výška není prozatím důležitá, Bipeda budeme dále postupně upravovat. Pokud možno si také ihned vytvořte v nástroji Layer druhou vrstvu určenou jen pro Bipeda, v dalších fázích práce a při animaci jej budeme muset skrýt. Nyní pomocí dialogu Move Transform Type-In (klávesa F 12) nebo tažením za nejvýše postavenou rodičovskou kost Bip01 umístěte Bipeda na stejné souřadnice jako model a jeho pánev zarovnejte v ose Z (na výšku) s pánví charakteru. Lidově řečeno: rozkrok Bipeda musí být v místech rozkroku modelu, z této výchozí pozice budeme kostru Bipeda dále tvarovat. Ještě zkontrolujte zarovnání Bipeda s modelem ze všech čtyř pohledů, jeho přesné umístění nám markantním způsobem ulehčí práci s pozdějším nastavováním obálek.

Veškeré další úpravy či animace Bipeda se provádějí prostřednictvím panelu Motion, jehož menu se vám rozbalí vždy, když vyberete kteroukoliv z kostí. Zde se v záložce Biped nachází jako první tlačítko Figure Mode s obrázkem panáčka, které musíte mít stisknuté, abyste pomocí klasických transformací (Move, Rotate, Scale) mohli editovat kosti Bipeda. Ještě než tak učiníte si v záložce Structure můžete vybrat typ skeletu a navolit jeho základní parametry, jako například počet prstů či páteřních a krčních obratlů a podobně. Pro naše potřeby použijeme nastavení, které je patrné z níže přiloženého obrázku a poté začneme nastavovat levou (modrou) stranu Bipeda, a to v pořadí Spine (obratle trupu), Neck (krk), Head (hlava) a Clavicle (klíční kost), později pak budeme upravovat postupně všechny kosti levé paže a nakonec všechny kosti levé nohy. Model Body přepňete do módu Wireframe, abyste měli polohu a velikost kostí pod kontrolou.

Začneme tedy obratlem Bip01 Spine1, který upravíme do potřebné velikosti pomocí nástroje Select and Uniform Scale, stejně jako krční obratel Bip01 Neck. Změnu velikosti kostí kontrolujte ve všech pohledech, souřadnicový systém kostí Bipeda se totiž liší od toho, který používají ostatní objekty ve scéně. Upravte velikost Bip01 Head. Nyní se zaměříme na klíční kost Bip01 L Clavicle, kterou nejdříve otočíme a následně protáhneme, přičemž ji jako rodičovskou kost budou následovat všechny kosti paže.

Pokračujeme v horním pohledu, kde natočíme a zvětšíme kosti paže a také prsty (Fingers). V našem případě máme trochu ulehčenou práci s editací prstů, protože náš model má pouze tzv. palčáky. Co se týká velikosti kostí, netrapte se příliš faktem, že na některých místech trčí z modelu ven, při finální animaci a renderingu je díky jejich umístěním ve zvláštní vrstvě můžeme snadno skrýt. Při takových úpravách kostí, kdy je nežádoucí, aby tyto rodičovské kosti ovlivňovaly své potomky, stiskněte tlačítko Rubber Band, které se nachází v roletce Modes and Display. Stejným způsobem upravíme kosti dolní končetiny a nakonec upravíme a zvětšíme chodidlo Bip01 L Foot, abychom neměli tolik práce s obálkami kostí.

Nyní, když máme levou stranu Bipeda zarovnanou s modelem Body, můžeme polohu těchto kostí zkopírovat na stranu pravou. Rozklepneme roletku Copy/Paste a při zmáčknutém tlačítku Posture si hned vytvoříme novou kolekci s příponou CPY pro uložení postoje našeho Bipeda. Nazveme ji třeba Body01a, uložíme si ji, třeba se nám někdy tento postoj bude hodit na podobný model. Označíme kost Bip01 L Clavicle a klepneme na tlačítko Copy Posture, poté označíme ještě nenastavenou protilehlou kost Bip01 R Clavicle a klepneme na tlačítko Paste Posture Opposite, čímž kost sama zaujme správnou polohu a velikost. Tímto způsobem rychle nastavíme i ostatní kosti, takže budeme mít Bipeda a model Body připraveny pro aplikaci modifikátoru Physique, který nám oba moduly spojí dohromady. Postoj uložíme klepnutím na tlačítko Save Collection.

Nastal čas na použití již zmiňovaného modifikátoru Physique. Nalezneme jej v nabídkové liště v nabídce Modifiers > Parametric Deformers > Physique. Přiřaďte jej našemu modelu Body.

Máme stále vybraný model Body, klepneme v roletce Physique na tlačítko s panáčkem Attach to Node, pomocí klávesnice H otevřeme dialogové okno Select From Scene, vybereme hlavní kost Bip01 a klepneme na tlačítko Pick. Objeví se nám dialogové okno Physique Initialization, kde klepneme na tlačítko Initialize. Biped a model se propojí.

Tím ovšem začíná naše práce s obálkami kostí. Ač jsme se snažili Bipeda umístit přesně do modelu Body, některé vrcholy sítě, konkrétně ty v oblasti pravého chodidla modelu, jsou mimo vliv patřičných obálek a nenásledují tak nohu při jejím pohybu. Tyto nedostatky zjistíme tak, že pohneme končetinami, hlavou i trupem do krajních poloh, které kostra Bipeda dovoluje a sledujeme reakci modelu.

Na obrázku dole vidíte důvod tohoto jevu. Obálky (Envelopes) neobklopují přilehlé vrcholy sítě a tím je tedy také neovlivňují.

Obálky, které se skládají z vnitřní (Inner) a vnější (Outer) části se vám objeví tak, že klepnete s označeným Sub-objektem Envelopes modifikátoru Physique u příslušné kosti na žlutou čáru (link), která kostí prochází. Veškerá editace pak probíhá v roletce Blending Envelopes. Obálky můžete editovat běžnými transformačními metodami a to buď každou zvlášt, nebo obě dohromady (Both). Úplně nahoře v sekci Selection Level jsou další tři důležitá tlačítka, díky kterým můžete editovat buď celé obálky (Link), nebo jejich řezy (Cross Section) či jen body (Point). Dále můžete měnit hlavně parametry Strenght (síla vlivu obálky na přilehlé vrcholy) a Radial Scale (velikost obálky), hodnoty Parent Overlap a Child Overlap zase určují, nakolik budou obálky zasahovat do linků rodičů či potomků. Důležité vlastnosti obálek se také nacházejí v sekci Active Blending, kde určujete, zda bude obálka deformovatelná (Deformable) nebo pevná (Rigid). Vlastnosti již nastavených obálek můžete kopírovat a vkládat na linky protilehlých obálek v sekci Edit Commands.

Tímto způsobem projdeme všechna problematická místa, která nejsou pod vlivem příslušných obálek nebo se deformují nežádoucím způsobem, jako tomu bývá především v oblasti kloubních spojení. V těchto případech si můžete pomoci například změnou nastavení obálek z implicitního Deformable na Rigid a také omezením vlivu obálek, které s těmi problematickými sousedí a přebírají tak jejich vliv. V modifikátoru Physique se nachází kromě Envelopes i další Sub-objekty, s jejichž pomocí můžete jemně dolaďovat další detaily nastavení. Tak například při nestandartním chování síťoviny v oblasti kloubů, která zde vytváří nehezké záhyby, využijte mód Link, který se nachází ihned pod Envelopes a upravíte parametry, hlavně u nabídky Radial Scale a Sliding. Jak vidno, editace obálek je skutečně poměrně zdlouhavý proces, který leckdy vyžaduje velkou dávku trpělivosti a ochotou si s obálkami pohrát. Toto úsilí se vám ale zcela jistě za předpokladu, že máte k dispozici kvalitní model, vrátí v podobě reálně vyhlížející animované postavy a animace vůbec.

Tolik tedy ve stručnosti k základům riggingu lidské postavy. V tomto krátkém článku nelze podrobně a krok za krokem osvětlit celý proces přípravy postavy na animaci, toto téma vydá na celou knihu. Pro vážné zájemce o tento směr 3D tvorby proto doporučuji například knihu herního designera Paula Steeda s názvem Animace postav v 3ds Max a Character Studiu. Pro prostudování výše uvedeného postupu jsem zde umístil naši vzorovou scénu ve starším formátu 3DS, aby i uživatelé dřívějších verzí programu 3ds Max měli možnost ji otevřít a pohrát si ještě s nastavením riggingu naší jednoduché postavičky.