Cascadeur - защо аниматорите се нуждаят от физика?

В предишната публикация „Cascadeur – възможно ли е да замените каскадьорите?“ обещахме да ви разкажем повече за концепцията на програмата и за инструментите, които позволяват на аниматорите да създават физически правилни движения на героите.

аниматорите
Класическата анимация нарушава законите на физиката в името на ефекта и изразителността. Свободното боравене със законите на физиката и дори създаването на собствени закони, с които зрителят свиква, е важен инструмент за анимация. Но този стил се възприема от зрителя като „карикатурен“.

И какво ще се случи, ако анимацията стриктно следва законите на Нютон и използва само онези анимационни техники, които не противоречат на тези закони? Такавафизическа коректностсама по себе си няма да даде реализъм, но може да даде ефект на почтеност. Всъщност в този случай героят се движи в пространството строго в съответствие с нашите закони на физиката, той има маса, инерция и всичките му движения се дължат на сили.

Дълго време физичното моделиране се използва за реалистично анимиране на пасивни структури: сблъсък на твърди тела, движение на тъкани, коса и др. Малко вероятно е някой да спори с факта, че ръчното анимиране на тъкан е неоправдано трудно. Би било логично да се използва физическо моделиране в анимацията на тялото на героите.

Но как да изчислим реалистичното движение на персонажа, което, за разлика от пасивните структури, само по себе си генерира сили, които привеждат части от тялото в движение? Как може аниматорът да гарантира, че това движение не противоречи на законите на физиката?

При изучаването на този въпрос беше възможно да се идентифицират 3 концепции, чиято правилна обработка гарантира спазването на законите на Нютон:

  • опорни точки
  • Център на масата
  • ъглов момент
Ако се спазват определени правила във връзка с тези концепции, тогава товадостатъчно е дори един сложен обект (със стотици степени на свобода) да се подчинява изцяло на законите на Нютон. Това, разбира се, не премахва от аниматора грижата за изразителността, естествеността и други характеристики на движението.

Тъй като съпротивлението на въздуха може да бъде пренебрегнато при повечето движения, правилата могат да бъдат формулирани, както следва:

1) Ако героят няма опорни точки, тогава:

  • Центърът на масатасе движи по балистична крива (парабола), без значение какви движения прави персонажът.
  • Моментът на инерцияостава постоянен, без значение какво движение прави героят. Тоест, нито оста на въртене, нито количеството на въртене могат да се променят, докато героят няма опорни точки.
2) Ако има опорни точки, тогава:

  • Всяка промяна в траекторията нацентъра на масатаозначава, че той е засегнат от сила, равна на силата на удара на героя върху опората (например върху пода) и насочена в обратна посока.
  • Всяка промянана импулсния моментсъответства на определени сили в опорните точки, които не трябва да противоречат на ограниченията на опората. Например натискът върху пода може да е надолу, но не и нагоре.
Спазването на тези правила се превръща в предизвикателство за всяко движение. Обикновено трябва да изучавате движението, за да разберете как се прави в действителност.

Но дори и да бъде намерено решение, тогава възниква специален инструмент, който ви позволява да контролирате директноцентъра на масатаиимпулсаи това вече е обратен проблем на динамиката и изисква итеративни методи за решение. Всички алгоритми в Cascadeur са базирани на итеративни методи.

Основният итеративен метод, използван за моделиране на физиката и повечето инструменти, е числениятИнтеграция на Werlet. Основната характеристика на метода е способността да се налагат няколко различни ограничения върху системата и итеративно да се намират решения, които удовлетворяват всички ограничения. Можем да се спрем на това по-подробно в някоя от следващите публикации.

Символ в нашата система се състои от върхове, които имат маса, и връзки, свързващи върховете. Когато редактирате рамка, всички манипулации с герой са подобни на действия с физически обект във вискозна среда.

Този подход ни позволи да внедрим следните функции и инструменти в Cascadeur:

Предимствата на този подход:

  • Анимационният герой се възприема от зрителя като обект с маса и следователно по-истински. В резултат на това е по-лесно да се постигне реализъм.
  • Движенията са по-кохерентни и съвместими едно с друго, дори ако са направени от различни хора (дори с различно качество).
  • Такива движения са по-съвместими с улавянето на движение.
  • Въображението на аниматора не е толкова ограничено, колкото при използването на motion capture. Нищо не ви пречи да правите движения, които никой каскадьор в света не може да направи.
Ние все още само развиваме този подход и проучваме възможностите му, като измисляме и изпробваме нови инструменти. Ще ви държим в течение за резултатите от нашето проучване.