Информационные технологии (анимация в 3ds Max). Учебно-методическое пособие
.pdfЛабораторная работа №6 «Физические симуляции твердых и мягких тел, тканей и шарнирных элементов»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Ознакомиться со способами симуляции твердых и мягких тел, тканей и шарнирных элементов на основе движка для расчета твердотельной физики MassFX.
ЗАДАНИЕ
1.Ознакомиться с основными принципами работы и настройками движка для расчета твердотельной физики (MassFX) в процессе создания нескольких видов взаимодействия объектов. Рассмотреть разные типы тел (создать эксперимент для объектов с разными типами физической решетки; создать разрушение стены другим твердым телом).
2.Проследить за поведением ткани при взаимодействии с другими объектами в движке для расчета твердотельной физики (MassFX). Создать правдоподобный разрыв ткани. Записать симуляцию в ключевые кадры. Первый вариант разрыва ткани должен сопровождаться разрушением ткани (оторванные куски), второй вариант – только разрыв на ткани (он должен быть хорошо заметным).
3.Создать простейшие шарнирные соединения в движке для работы с массами (MassFX), изучить основные настройки и параметры в процессе создания и симуляции нескольких отдельных случаев взаимодействия (взаимодействие твердого объекта со створками, создание простейшей модели телеги).
4.Ознакомиться с работой функции для создания физики мягких тел (Ragdoll), добавить её к объекту, состоящему из костей (Bones).
5.Записать симуляцию в ключевые кадры для всех экспериментов.
6.Для дополнительного балла (по желанию) можно реализовать отличные от примеров в видеолекции эксперименты, например, падение твердого тела на натянутую ткань (без разрыва).
7.В отчёте необходимо письменно ответить на вопросы ниже.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Перевод на русский язык основных инструментов и параметров
−Частота кадров в секунду при воспроизведении анимации (FPS)
−Модификатор морфинга (Morpher)
−Физический симулятор твердых тел (MassFX)
−Физический симулятор ткани (mCloth)
−Модификатор симуляции ткани (Cloth)
−Динамический скелет мягких тел (DynamicRagdoll)
−Статическое твёрдое тело (StaticRigidBody)
−Кинематическое твёрдое тело (KinematicRigidBody)
−Динамическое твёрдое тело (DynamicRigidBody)
−Универсальный ограничитель (UniversalConstraint)
−Шарнирный ограничитель (HingeConstraint)
−Выпуклый тип сетки (Convex)
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1)Как единицы измерения влияют на симуляцию твердых тел?
2)Обязательно ли, чтобы объекты для симуляции твердых тел были низкополигональными? Если нет, то есть ли к ним требования?
3)Можно ли несколько шарнирных механизмов применить к одной модели? Если можно, то есть ли какие-то ограничения?
11
4)Для создания мягких тел (Ragdoll) обязательно ли применять кости или можно применить вспомогательные элементы?
5)Каковы отличия в работе с мягкими телами и с твердыми?
6)Чем отличается симуляция ткани в модификаторе для симуляции ткани (Cloth) от симуляции ткани в движке для расчета твердотельной физики (MassFX)?
7)В рисунках необходимо подписывать все роли (назначение) объектов, тип твердого тела и другие важные для симуляции параметры.
12
Лабораторная работа №7 «Ключевая анимация. Понятие ключевого кадра»
ЦЕЛЬ РАБОЫ
Ознакомиться с ключевой анимацией.
ЗАДАНИЕ
1.Настроить основные параметры анимации. Выставить количество кадров в диапазоне от 120 до 200 (по желанию). Создать два объекта тележек с колёсами, как показано на рисунке ниже.
2.Добавить вспомогательные объекты в модели тележек.
3.Создать движение с помощью ключей анимации первой тележке – по прямой траектории, второй тележке – по криволинейной траектории.
4.Задача на дополнительные баллы. Настроить движение колёс через параметрические связи или контроллеры таким образом, чтобы скорость движения тележки была согласована со скоростью вращения колёс. Письменно ответить, как настроено и согласовано вращение колёс при передвижении тележки (от 0 до 3 баллов; max 3 балла – если использованы и контроллеры, и параметрические связи, через согласующее выражение).
5.Настроить изменение цвета на объекте при анимации.
6.Настроить работу модификатора гибкости (FLEX), используя объект пупырчатой сферы (необходимо создать сферу как на рисунке ниже).
7.Создать движение объекта пупырчатой сферы в криволинейной траектории, настроив его через инструмент настройки пути. Поведение пупырышек должно быть желеподобным, а основное тело – статичным.
8.Создать в анимации эффект плавления свечи.
9.В содержательной части отчёта привести только письменные ответы на вопросы ниже.
13
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Определения
Кадр (или фаза движения) – статичное состояние и параметры (размер, положение, поворот и т.п.), свойства материалов (яркость, цвет, отражение) анимированного объекта.
Ключевые кадры – кадры, показывающие текущее состояние или изменение свойств объекта.
Кривые анимации (или контроллеры поведения) – метод управления поведением ани-
мированного объекта, представленного в виде графика. Показывает поведение или изменение свойств объектов между ключевыми кадрами.
Временной отрезок анимации – временной отрезок, включающий в себя набор ключевых кадров. Содержит не менее двух ключевых кадров.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1)На какие параметры объекта можно ставить ключ состояния, а на какие – нет?
2)При каких условиях ключи следует применять непосредственно к параметрам самого объекта, а при каких их лучше применять через вспомогательные объекты?
3)Как просчитывается анимация объекта между двумя ключевыми кадрами?
4)Что означает цвет ключевого кадра?
5)Можно ли копировать ключевые кадры? Если можно, то каким образом? Если нет, то какая альтернатива копированию?
6)Что такое Motion paths (назначение)?
7)Если учитывать изученный материал прошлых лабораторных занятий, то когда может пригодиться количество кадров в минуту (при просчете анимации) больше 60?
14
Лабораторная работа №8 «Управление кривыми анимации и временными отрезками анимации»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Научиться работать с кривыми анимации и с временными отрезками анимации.
ЗАДАНИЕ
1. Создать три модели: красную «Основание», зелёную «Вентилятор» и синюю «Платформа» (как на рисунке ниже).
2. Используя кривые анимации и временные отрезки, создать анимацию, в которой в течение 45 кадров «Вентилятор» медленно раскручивается и взлетает с красной модели «Основание», зависает и покачивается над синей моделью «Платформа». Затем тело модели «Вентилятор» удлиняется (как на рисунке ниже), после окончания удлинения начинает опускаться на синюю модель «Платформа».
Продумать, где для объектов «Вентилятор» и «Платформы» будут применяться вспомогательные объекты, а где ключевая анимация будет применена напрямую к параметрам объекта.
3.Используя физические симуляции твердых тел, создать разрушение стены, в которую скатывается шар. Запечь в ключевые кадры. Используя редактор кривых, провести оптимизацию ключей.
4.Создать часы со стрелками (часы и минуты). Используя редактор кривых и/или временные отрезки, создать движение стрелок на любой диапазон от 8 до 12 часов (например, с 8:00 до 11:00 или с 8:30 до 12:00).
5.В отчёте привести только письменные ответы на вопросы ниже.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1)В каких случаях лучше пользоваться кривыми анимации, а в каких – временными отрезками анимации?
2)Можно ли копировать ключи в кривых анимации?
3)С помощью какого инструмента происходит зацикливание действий в редакторе кривых?
4)Какие можно выделить плюсы и минусы работы с редактором кривых?
5)Какие можно выделить плюсы и минусы работы с временными отрезками?
15
КУРСОВАЯ РАБОТА Тема каждой курсовой работы индивидуальна и должна быть согласована
с преподавателем
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Создать анимацию сцены для ролика согласно выбранной теме.
ЗАДАНИЕ
Курсовая работа (КР) представляет собой файл, содержащий базовую анимацию объектов без и с выставлением ракурсов камеры. Анимация должна показывать всю механику действий, а также включать элементы управления (риггинг). Выбранная тема может отличаться от темы по варианту по согласованию с преподавателем (согласование до конца 9-й учебной недели). Тему задания нужно получить у преподавателя лично. Данная работа может быть выполнена в версии 3ds Max 2021 и выше.
Вся работа разделена на пункты анимации, содержание которых в таблице ниже.
№ |
СОДЕРЖАНИЕ ПУНКТА АНИМАЦИИ |
БАЛЛЫ ЗА |
|
(П/А) |
ВЫПОЛНЕНИЕ |
||
|
|||
|
|
|
|
|
Работа с контроллерами (за один вид контроллера можно получить мак- |
Max 10 баллов (за |
|
П.1 |
симум 1 балл). Необходимо расписать и показать на рисунках назначение |
один вид – от 0 до 1 |
|
|
контроллеров и пояснить, какими параметрами управляет каждый из них. |
балла) |
|
|
Наличие прямой и инверсной кинематики. |
Max 2 балла (1 балл за |
|
П.2 |
Указать тип кинематики и к каким объектам она прикреплена. Пояснить |
наличие прямой и 1 |
|
наличии ограничений. Показать место в иерархической структуре в вир- |
балл за наличие ин- |
||
|
|||
|
туальном скелете. |
версной кинематики) |
|
|
Структура с иерархическими связями. |
Max 3 балла: |
|
|
а) Полигональная модель как часть анимированного объекта не должна |
а) max 1 балл |
|
П.3 |
находиться в структуре иерархии между вспомогательными объектами. |
б) max 1 балл |
|
б) У всех объектов – имена по смыслу. |
в) max 1 балл |
||
|
|||
|
в) Все объекты сцены распределены по слоям (полигональная модель, |
|
|
|
скелет, риггинг, вспомогательные элементы, объекты симуляции и т.д.). |
|
|
П.4 |
Наличие виртуального скелета и скелетной анимации (использование |
Max 1 балл |
|
костей (bones) в сцене). |
|
||
|
|
||
П.5 |
Наличие вспомогательных объектов для анимированной модели (ис- |
Max 1 балл |
|
пользование вспомогательных объектов в сцене). |
|
||
|
|
||
|
Элементы управления анимированной модели. Риггинг. |
Max 10 баллов (за |
|
П.6 |
За один вид элемента управления во всей сцене – 1 балл (слайдер, ввод |
один вид от 0 до 1 |
|
|
значения, элемент прямого управления, переключение и тому подобные). |
балла) |
|
|
Скиннинг (skin) анимированной модели. |
Max 1 балл |
|
П.7 |
Корректно настроенные весовые коэффициенты. Необходимо настроить |
|
|
мягкое выделение для весов костей. Жесткое выделение не будет зачиты- |
|
||
|
|
||
|
ваться. |
|
|
|
Ключевая анимация настроена через кривые анимации и/или временные |
Max 1 балл за кривые |
|
П.8 |
отрезки. Сюда относится и оптимизация для симулятора твердых тел |
Max 1 балл за времен- |
|
|
(MassFX). |
ные отрезки |
|
|
Симуляция ткани. Модификатор (Cloth). |
Max за всё – 8 баллов |
|
П.9 |
За использование разных внешних сил: гравитация, ветер и т.п. – 0,5 бал- |
(за симуляцию 1 балл |
|
ла. |
и за один вид внешних |
||
|
|||
|
Флаг, развевающийся на ветру, – 0 баллов. |
сил – от 0 до 0,5 балла) |
|
|
Морфинг как преобразование одного объекта в другой или изменение его |
Max 1 балл |
|
П.10 |
геометрии. (Например, увеличение мышцы у объекта или деформация |
|
|
|
резинового шланга). |
|
|
П.11 |
Симуляция физических процессов. Физические симуляции ткани, твер- |
Max 4 балла (до 1 бал- |
|
дых тел и мягких тел, шарнирных механизмов, реализованных на движке |
ла за один вид физич. |
||
|
16
№ |
СОДЕРЖАНИЕ ПУНКТА АНИМАЦИИ |
БАЛЛЫ ЗА |
|
(П/А) |
ВЫПОЛНЕНИЕ |
||
|
|||
|
|
|
|
|
MassFX. |
симуляции) |
|
|
До 1 балла за один вид физической симуляции (например, симуляция |
|
|
|
ткани, твердых тел и т.д.). |
|
|
|
Анимация с применением модификаторов. |
Max 20 баллов (1 балл |
|
|
Например, при использовании модификатора гибкости (Flex) и модифи- |
за один эффект, кото- |
|
П.12 |
катора таяния (Melt) можно получить таяние объекта с подергиванием как |
рый может состоять из |
|
|
у желе (1 балл за эффект, полученный с помощью анимирования модифи- |
нескольких модифика- |
|
|
каторов). |
торов) |
|
П.13 |
Применение параметрических связей (wire parameters). |
Max 1 балл |
|
П.14 |
Работа с анимацией камеры. |
Max 1 балл |
|
П.15 |
Самостоятельно изученный материал. |
Max 10 баллов |
|
Максимум 1 балл за пункт (max количество доп. пунктов – 10 шт.). |
(max 1 балл за пункт) |
||
|
|||
П.16 |
Уникальность работы (оценивается преподавателем индивидуально) |
Max 5 баллов |
|
|
Сложный скелет (иерархические связи + контроллеры + инверсная |
Max 10 баллов |
|
П.17 |
кинематика). Комбинация может быть отличной от предложенной, |
|
|
|
необходимо техническое описание предложенной схемы с рисунком. |
|
|
|
Сложные симуляции (симуляция ткани с анимированными модифи- |
Max 10 баллов |
|
П.18 |
каторами или физические симуляции нескольких видов для одной |
|
|
большой симуляции). Комбинация может быть отличной от предложен- |
|
||
|
|
||
|
ной, необходимо техническое описание предложенной схемы с рисунком. |
|
|
|
Сложная система управления, в которой множество связанных меж- |
Max 10 баллов |
|
П.19 |
ду собой настроек. Например, таянье материала, где можно настроить |
|
|
область таяния, тип таяния, скорость и т.п., что позволяет быстро изме- |
|
||
|
|
||
|
нить анимационный процесс. |
|
|
|
Сложный морфинг, где будет задействовано множество сторонних |
Max 10 баллов |
|
П.20 |
инструментов, которые позволяют получить визуально качественное |
|
|
|
и красивое преобразование одного объекта в другой. |
|
|
|
Сложный скининг. Настройка деформация сетки при настройке кожи |
Max 10 баллов |
|
П.21 |
должна состоять из нескольких элементов объекта, которые настроены |
|
|
таким образом, чтобы не было изломов и проникания геометрии друг в |
|
||
|
|
||
|
друга. |
|
|
П.22 |
Сложная ключевая анимация. Качественная анимация сложных движе- |
Max 10 баллов |
|
ний объектов. |
|
||
|
|
||
П.22 |
Сложный алгоритм анимации или симуляции на свой выбор. |
Max 20 баллов |
|
По 10 баллов за один вид. |
|
||
|
|
||
|
ИТОГО: максимальное количество баллов за анимацию (П.1-14) |
135 |
|
|
|
||
|
На оценку «3» |
35÷50 |
|
|
На оценку «4» |
50÷75 |
|
|
На оценку «5» |
75 и более |
|
|
На оценку «5+» |
85 и более |
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ
Количество баллов определяется по качеству каждого выполненного требования.
•Каждый пункт оценивается от 0 до своего максимума с шагом 0,5, где 0 – отсутствие пункта/ выполнен не по заданию/ не соответствует минимальным требованиям.
•Не обязательно выполнять все пункты или делать их по максимуму. Необходимо набрать количество баллов на планируемую оценку.
ГЛАВНЫЙ ПАРАМЕТР, БЕЗ КОТОРОГО РАБОТА НЕ БУДЕТ ОЦЕНЕНА (НЕУД.), – ЭТО НАЛИЧИЕ ЛОГИЧЕСКОГО СМЫСЛА ВЫПОЛНЯЕМОЙ РАБОТЫ.
17
•По каждому пункту в отчёте должны быть написаны наблюдения и выводы (пункт не оценивается, пока по нему нет грамотного описания).
•По каждому выполненному пункту должно прилагаться одно или несколько (может быть как серия кадров) изображений, показывающие суть проделанной работы.
СТРУКТУРА КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа (КР) должна содержать следующие блоки: Техническое задание Содержание
1Введение
2Создание сцены с анимацией (набирается по выполненным пунктам)
2.1.Работа с контроллерами (П.1)
2.2.Прямая и инверсная кинематика (П.2)
2.3.Структура проекта (П.3)
2.4.Создание виртуального скелета и скелетной анимации (П.4)
2.5.Вспомогательные объекты (П.5)
2.6.Элементы управления анимированной модели (П.6)
2.7.Скиннинг (skin) анимированной модели (П.7)
…
2.10. Симуляция ткани. Модификатор (Cloth) (П.9)
…
2.15. Симуляции жидкости (П.15 – самостоятельно изученный материал) 3 Полученный результат
4Заключение
5Библиография
Приложение А (по необходимости)
Техническое задание (ТЗ)
Выдается преподавателем индивидуально. Техническое задание содержит 1-2 изображения (или несколько кадров из выданного ролика) и словесное описание.
Содержание Все страницы отчёта должны быть пронумерованы. Содержание нужно оформить на
отдельном листе, в нем перечислить основные блоки РГЗ с указанием номера страницы.
Требования к анимационной части:
•Продолжительность ролика – от 3 сек. до 15 сек.
•Запись видео должна быть выполнена обязательно из камеры, а не из видового окна перспективы.
•По ходу выполнения работы выполняются скриншоты хода работы, которые затем становятся частью отчета по РГЗ.
•Необходимо сделать два видеофайла. Первый – черновое видео, второй – как черновое видео со вспомогательными элементами (точка, кости).
Ниже представлен образец оформления и содержание каждого из разделов.
18
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ
Оформление курсовой работы должно соответствовать всем требованиями к оформлению лабораторных работ. У курсовой работы должен быть титульный лист с указанием темы и автора работы. Все страницы должны быть пронумерованы (кроме титульного). На второй странице – содержание, на третьей – введение. В содержании нужно перечислить основные разделы отчёта с указанием номера страницы. Основная часть отчёта по КР (создание сцены с анимацией) начинается с четвертой страницы.
1. Введение
Во введении раскрывается актуальность темы, определяются объект (предметная область) и предмет, цель и задачи курсовой работы, методы исследования, выявляется практическая значимость, описывается структура. Во введении необходимо описать композицию сцены, указанной в техническом задании, основные ее компоненты, обосновать выбранные способы создания сцены. Введение оформляется на отдельном листе, по объему введение должно занимать не менее 2/3 печатного листа.
2. Создание сцены с анимацией
Основная часть по объему должна занимать 10-15 печатных листов. Содержание этого раздела должно соответствовать фактически выполненным пунктам анимации. Если какойлибо пункт не выполнен, его не следует указывать.
2.1. Работа с контроллерами (П.1)
Нумерация всех рисунков КР должна быть сквозной, ниже пример оформления рисун-
ка.
Рисунок 3 – Создание пружинки с элементами управления (растягивание)
Следует помнить, что раздел не заканчивается рисунком с его подписью. После рисунка должен быть хотя бы один текстовый блок.
19
2.2.Прямая и инверсная кинематика (П.2)
2.3.Структура проекта (П.3)
2.4.Вспомогательные объекты (П.5)
2.3. Скиннинг (skin) анимированной модели (П.7)
…
2.8. Симуляция жидкости (П.15 – самостоятельно изученный материал)
3. Полученный результат
В КР должно быть описание всех полученных в процессе работы файлов (размер в Mб, формат, количество полигонов в сцене, количество и назначение контроллеров и т.п.), сведенных в таблицу 1. Временные трудозатраты на выполнение всей работы должны быть сведены в таблицу 2.
По объему описание полученного результата должно занимать 2-3 печатных листа.
Таблица 1. Полученные результаты по сцене и объект анимации
№ |
|
Название |
|
Количество/ список |
|
Назначение |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
Размер сцены в Mб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Используемые контроллеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2. Предполагаемое время на создание анимационного ролика |
|
|
|||||||
№ |
|
Название |
|
Дата начала |
Дата оконча- |
Время в |
|
Прим. |
|
||
|
|
|
|
|
процесса |
ния процесса |
часах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
Моделирование блокинга сцены |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Создание виртуального скелета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После защиты папку с КР нужно упаковать в архив и отправить в личном сообщении преподавателю. Отчётное видео выложить в альбоме «РИ-01,02,03 ИТ Анимация…» в группе САПР для ИТМ, а также в ЭИОС отправить отчёт по КР в формате pdf и ссылку на видео. Для выложенного видео дать подходящее название.
Названия файлов:
Пример папки: КР-ИТ-2022-РИ-00-Фамилия Имя. Пример файла: КР -ИТ-2022-РИ-00-Фамилия Имя.max.
Или пример версии файла: КР -ИТ-2022-РИ-00-Фамилия Имя (v02).max. Пример файла отчѐта: КР -ИТ-2022-РИ-00-Фамилия Имя (отчѐт v00).doc/.pdf.
Пример файла видео: КР-ИТ-2022-РИ-00-Фамилия Имя (анимация заставки с дополнительными элементами) .avi.
Пример файла видео: КР-ИТ-2022-РИ-00-Фамилия Имя (анимация заставки-черновая анимация).avi.
где v00 – порядковый номер версии файла.
Все файлы после проверки преподавателем и внесения поправок записываются на флеш-носитель.
20