- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
В предыдущем посте “Cascadeur — можно ли заменить каскадеров?” [1] мы обещали подробнее рассказать про концепцию программы и про инструменты, позволяющие аниматорам создавать физически корректные движения персонажей.
В классической анимации законы физики нарушаются ради усиления эффекта и выразительности. Свободное обращение с законами физики и даже создание своих законов, к которым зритель привыкает — это важный инструмент анимации. Но такой стиль воспринимается зрителем как “мультяшный”.
А что будет, если в анимации строго соблюдать законы Ньютона и использовать только те анимационные приемы, которые не противоречат этим законам? Такая физическая корректность сама по себе не даст реализма, но может дать эффект целостности. Ведь в этом случае персонаж движется в пространстве строго в соответствии с нашими законами физики, он обладает массой, инерцией и все его движения обусловлены силами.
Уже давно физическое моделирование используются для реалистичной анимации пассивных конструкций: столкновение твердых тел, движение тканей, волос и т.д. Вряд ли кто-то поспорит с тем, что делать анимацию ткани вручную неоправданно сложно. Логично было бы применять физическое моделирование и в анимации тела персонажей.
Но как рассчитывать реалистичное движение персонажа, который, в отличие от пассивных конструкций, сам порождает силы, приводящие части тела в движение? Как аниматору добиться того, чтобы это движение не противоречило законам физики?
При изучении этого вопроса удалось выделить 3 понятия, правильное обращение с которыми гарантирует соблюдение законов Ньютона:
Если по отношению к этим понятиям соблюдать определенные правила, то этого достаточно, чтобы даже сложный объект (с сотнями степеней свободы) подчинялся законам Ньютона целиком. Это конечно не снимает с аниматора заботу о выразительности, естественности и других характеристиках движения.
Так как в большинстве движений сопротивлением воздуха можно пренебречь, то правила можно сформулировать следующим образом:
1) Если у персонажа нет точек опоры, то:
2) Если же точки опоры есть, то:
Соблюдение этих правил превращается в непростую задачу для каждого движения. Обычно приходится изучать движение, чтобы понять, как оно делается в реальности.
Но даже если решение найдено, то напрашивается специальный инструмент, позволяющий управлять центром масс и моментом импульса напрямую, а это уже обратная задача динамики, и она требует итерационных методов решения. На итерационных методах и построены все алгоритмы в Cascadeur’е.
Основной итерационный метод, используемый для моделирования физики и большинства инструментов — численное интегрирование Верле. Главная особенность метода — возможность накладывать несколько различных ограничений на систему и итерационно находить решения, удовлетворяющие всем ограничениям. На этом мы, возможно, остановимся подробнее в одном из следующих постов.
Персонаж в нашей системе состоит из вершин, обладающих массой, и связей, соединяющих вершины. При редактировании кадра любые манипуляции с персонажем похожи на действия с физическим объектом в вязкой среде.
Этот подход позволил нам реализовать следующие возможности и инструменты в Cascadeur’е:
Как эти инструменты применяются в работе на примере простого прыжка можно посмотреть в этом видео:
Плюсы такого подхода:
Мы пока только развиваем этот подход и исследуем его возможности, придумываем и пробуем новые инструменты. Будем держать вас в курсе результатов наших исследований.
Автор: Nekki
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/fizika/7673
Ссылки в тексте:
[1] “Cascadeur — можно ли заменить каскадеров?”: http://habrahabr.ru/company/Nekki/blog/142055/
Нажмите здесь для печати.