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Animación con cadenas cinemáticas
Animación con cadenas cinemáticas
La actividad consiste en realizar la animación del movimiento de unas piernas dando una patada voladora. La animación comenzará con las piernas colocadas de pie en el suelo, y los alumnos podrán decidir si utilizan objetos adicionales como puntos de apoyo. Finalmente, las animaciones creadas se utilizarán como VFX sobre un video grabado por los propios alumnos donde un actor recibirá la “patada voladora” implementada. A continuación, se describen los pasos para llevar a cabo la tarea divididos en 3 apartados: cinemática directa, cinemática inversa y composición de los VFXs.
1. Animación del movimiento con cinemática directa.
a. Descarga el modelo piernas.blend disponible en Aula Virtual. Una vez abierto, crea un hueso, por medio de “shift+A”, y colócalo en la parte correspondiente al tronco (parte superior) orientado hacia abajo. El hueso debe colocarse dentro de la geometría, para verlo activa el modo “In Front” en la ventana “Armature” de opciones del esqueleto, Figura 1.
Figura 1. Creación del primer hueso y configuración de la opción “In Front”
b. A continuación, entra en modo edición (Tab) y selecciona el extremo del hueso (la esfera situada en la parte más estrecha del hueso). Con la tecla “E”, extruye un nuevo hueso y sitúalo en la posición que consideres adecuada. Si deseas que el hueso únicamente crezca en un eje puedes pulsar la tecla correspondiente a ese eje tras haber pulsado “E”. Por ejemplo, pulsando “E”, seguido de “Z”, el hueso
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únicamente crecerá en la dirección del eje Z. Repite el paso anterior hasta completar el esqueleto de las piernas. Al llegar a los pies será necesario incluir los huesos necesarios para poder animar un paso en el que se dobla el pie. Es importante asignar nombres adecuados a los huesos a medida que se van creando. c. Es importante a la hora de colocar los huesos de la cadera y fémur no hacerlo completamente alineado con los ejes X y Z respectivamente. Colocaremos el extremo del hueso correspondiente a la rodilla más cerca de la parte frontal de la pierna (Figura 2). Esto es útil para conseguir un mejor efecto en la rodilla, y evitar a su vez errores con la cinemática inversa. d. Una vez creados todos los huesos es muy importante asegurarnos de que ningún hueso tiene ninguna transformación activa. Para ello, aún en modo edición, seleccionaremos todos los huesos (pulsando “A”) y a continuación pulsaremos “Alt+R” para poner el ángulo “Roll” a 0 en todos ellos.. e. Asociar el esqueleto creado a la geometría de las piernas, para ello seleccionar ( en modo Objeto ) la geometría y el esqueleto en ese orden. Una vez seleccionados pulsar “Ctrl+P” y elegir la opción “Armature Deform / with automatic weights”. Pasa a modo Pose, pulsando “Ctrl+Tab”, y comprueba que la geometría se deforma siguiendo los movimientos del esqueleto. Para ello selecciona un hueso, pulsa la tecla “R” y al rotar observarás que la geometría se deforma de forma extraña, Figura 2, debido a los pocos vértices que posee. Añade los vértices necesarios a la geometría utilizando la herramienta “Loop Cut and Slide”. En cualquier momento para resetear la rotación de todos los huesos seleccionarlos y pulsar “Alt+R”.
Figura 2. Ejemplo de esqueleto creado donde se ve los extremos correspondientes a la rodilla están más cerca de la parte frontal, y el hueso del fémur no está alineado con el eje Z (izda.). Ejemplo del efecto producido al deformar una maya con pocos vértices (dcha.).
f. Una vez aplicado el deformador con pesos automáticos, es posible observar los pesos calculados seleccionando la malla de las piernas y cambiando al modo “Weight Paint”. En este modo se observa mediante colores, Figura 3, la influencia del hueso seleccionado sobre cada uno de los vértices. El código de colores sigue una escala frío/caliente donde rojo significa máxima influencia y azul ninguna influencia. En este mismo modo podemos corregir la influencia asociada a cada vértice si es necesario.
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el modelo anterior para evitar confusiones, o bien trabaja en dos escenas diferentes. b. Añade dos nuevos huesos en los talones, hacia la parte trasera, que utilizaremos como “manejadores de los pies”. Asigna un nombre adecuado a cada manejador y elimina la dependencia de estos huesos con el de la pierna utilizando el menú: Pose / Parent / Clear Parent.
También es necesario en el modo edición seleccionar el hueso, y en las opciones del hueso / Relations, borrar el campo “Parent”, Figura 4. De esta forma el hueso manejador ya no depende del resto de huesos de la pierna.
Figura 4. Configuración del hueso manejador.
c. En modo pose, para cada pierna selecciona el hueso que une la rodilla y el tobillo, y añadir un “Bone Constraint” de tipo “Inverse Kinematics”. En el campo “Target” colocaremos el propio esqueleto y en el campo “Bone” el nuevo hueso creado detrás del talón. En el campo “Chain Length” configuraremos el valor 2, para que la cinemática inversa afecte al propio hueso y al que está por encima de él. En este punto se deben probar diferentes valores de “Chain Length” para ver cual es el más conveniente. d. Para cada hueso del pie fijaremos la rotación de los mismos para que se roten en línea con los huesos manejadores creados. Seleccionar el hueso del pie y añadir un “Bone Constraint” de tipo “Copy Rotation”, elegir el hueso manejador correspondiente y marcar la opción “Offset”. En este punto el hueso puede aparecer en una rotación diferente a la inicial, Figura 5. Para solucionarlo pulsar la tecla “R” para rotar el hueso del pie a su posición inicial. Además en las opciones del hueso desmarcar la opción “Inherit Rotation” para que al hueso ya no le afecte la orientación de la pierna, sino simplemente la del hueso manejador creado.
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Figura 5. Al activar la opción de Offset en el hueso del pie aparece en una rotación diferente a la inicial, en este caso ligeramente ladeado. El resultado es que la geometría del pie aparece retorcida. La solución a este caso concreto es rotar sobre el eje Y hasta poner de nuevo horizontal el pie.
e. Mover los huesos manejadores creados para comprobar que ahora el movimiento de las piernas se calcula de forma automática y que las rotaciones de las mismas toman valores imposibles para unas piernas humanas. f. Adicionalmente para controlar la orientación de la rodilla, se puede añadir un objeto o hueso que servirá como “pole target” de la cinemática inversa. En la figura 6 se puede ver como se ha añadido un hueso para modificar la orientación de la rodilla, lo que otorga un control total de la postura final.
Figura 6. Con un hueso adicional y la opción “Pole Target” de la cinemática inversa, podemos controlar la orientación de la rodilla.
g. Establecer las restricciones de rotación necesarias para que los huesos de las piernas se muevan de forma realista y no alcancen rotaciones imposibles para las piernas del ser humano. Estas restricciones se realizan en la pestaña de propiedades del hueso en el apartado “Inverse Kinematics”, Figura 8. Las restricciones se muestran de forma visual sobre el hueso seleccionando indicando el espacio al que puede rotar dicho hueso.
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El resultado final deberá mostrar cómo las piernas virtuales “golpean” al actor real (con ambos tipos de animación: cinemática directa y cinemática inversa).
Bibliografía
Para realizar las tareas debéis consultar las referencias siguientes:
● Rick Parent. Computer Animation Algorithms and Techniques. Morgan Kaufmann 2008. ● Rigging 2 ● Rigging 3 ● Rigging 4
Material a entregar
Como resultado de esta parte del trabajo, se deberá entregar un fichero de Blender y un único vídeo.
El fichero de Blender, con una o más escenas, debe recoger el trabajo realizado de animación manual (cinemática directa e inversa). El fichero blend debe contener un fichero de texto con instrucciones sobre cómo revisar el contenido.
El video debe contener, tanto el resultado final, como una explicación del trabajo realizado. En la parte de explicación del video debe aparecer al menos:
● Capturas del editor explicando el esqueleto creado y la geometría de las piernas resultante ● Capturas del editor explicando las restricciones aplicadas a los huesos para la cinemática inversa ● Uso de los principios de animación ● Descripción de los problemas encontrados durante la animación (si los hubiese) y cuales han sido las soluciones aplicadas.
El vídeo se deberá subir a una plataforma de publicación de vídeos, incluyendo un enlace al vídeo en la memoria.
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Rúbrica
Nota Esqueleto y geometría 15%
Cinemática Directa
30 %
Cinemática Inversa
30 %
Video
25 %
0-2 Los huesos creados no son correctos o no se han asociado correctamente a la geometría.
La animación no implementa el movimiento de “patada voladora”.
La cinemática inversa no se ha definido correctamente, o no se ha implementado el movimiento de “patada voladora”.
El video no muestra los resultados de ambos métodos de animación o no muestra las explicaciones.
3-4 Se han creado todos los huesos y se han asociado a la geometría aunque con algunos errores.
Se ha realizado la animación aunque es de muy baja calidad o no implementa correctamente el movimiento de “patada voladora”.
Se ha definido la cinemática inversa aunque con errores o el movimiento de “patada voladora” implementado es de muy baja calidad.
El video muestra los resultados de ambos métodos de animación y las explicaciones aunque de forma incompleta.
5-7 Se han creado todos los huesos correctamente y se han asociado a la geometría, aunque no se han creado los vértices necesarios para obtener un buen resultado.
Se ha implementado correctamente el movimiento de “patada voladora”. Existen errores en la posición de los pies (deslizamientos) o intersecciones entre la geometría y otros elementos.
Se ha definido correctamente la cinemática inversa y la animación es correcta. Existen algunos errores en los límites aplicados a los huesos.
El video muestra los resultados de ambos métodos de animación y las explicaciones. Algunas explicaciones son incorrectas o el resultado es de baja calidad debido a los materiales o iluminación del modelo 3D.
8-10 Los huesos se han creado correctamente y se han añadido los vértices necesarios a la geometría. Al mover el esqueleto la geometría se mueve correctamente sin errores.
La animación implementada es correcta y aplica los principios de animación de forma adecuada. Los pies no deslizan ni la geometría del modelo intersecta con otros objetos de la escena.
La animación implementada es correcta y aplica los principios de animación de forma adecuada. La cinemática inversa y los límites de los huesos se han definido correctamente.
El video muestra los resultados de aplicar ambos métodos de animación sobre un video real. Los materiales y la iluminación aplicados a los elementos 3D son correctos. Los textos y/o audios del video explican correctamente la parte técnica, incluyendo capturas de la edición en blender.
