O que é rigging em animação 3D?

Um esqueleto é uma hierarquia de ossos conectados por articulações. Cada osso é um transform que move seus filhos, então girar o braço superior carrega o antebraço e a mão junto. O topo da hierarquia — para um personagem, geralmente os quadris — é a raiz, e movê-la move tudo.

Um osso não é renderizado. É um manipulador com uma posição e uma orientação, e sua função é dizer à malha como se mover. Os ossos são colocados dentro do corpo nos pontos onde ele se dobra, e colocar as articulações nos lugares certos — cotovelos no cotovelo, joelhos no joelho — decide o quão natural a deformação pode parecer.

Skinning liga a malha ao esqueleto. Cada vértice recebe um peso para cada osso que o influencia, e os pesos geralmente somam um: um vértice no antebraço pode seguir o osso do antebraço completamente, enquanto um no cotovelo é dividido entre o braço superior e inferior para que a articulação se dobre suavemente. Motores em tempo real geralmente permitem até quatro influências de ossos por vértice.

A maioria das deformações ruins é resultado de uma má ponderação (weighting): um cotovelo que colapsa, um ombro que pinça, um chapéu que se afasta da cabeça. O método padrão, linear blend skinning, também perde volume quando uma articulação torce — o efeito de “embalagem de doce” — razão pela qual os rigs adicionam twist bones ou usam dual-quaternion skinning. Os pesos são definidos por pintura, por métodos automáticos como bone heat do Blender ou geodesic voxel binding da Maya, ou por uma mistura dos dois.

Com a cinemática direta (FK), você posa uma cadeia girando cada osso, um por vez, da raiz para fora: ombro, depois cotovelo, depois pulso. Isso proporciona arcos naturais e controle total, e é assim que braços balançando e caudas fluidas são geralmente animados.

Com a cinemática inversa (IK), você posiciona a extremidade da cadeia — uma mão ou um pé — e um solver calcula as rotações dos ossos acima dela. IK é o que mantém um pé plantado no chão enquanto os quadris se movem. Um pole target define para onde o cotovelo ou joelho aponta. Rigs geralmente dão aos animadores controles para ambos e permitem que eles misturem entre FK e IK.

Um auto-rigger ajusta um esqueleto a um personagem e resolve os pesos de skin sem posicionamento manual. A maioria prefere o personagem em T-pose — braços esticados para os lados, pernas ligeiramente afastadas — porque isso torna a anatomia mensurável: os braços correm ao longo de um eixo, os membros são separados do corpo, e os cotovelos e joelhos não estão escondidos dentro de uma dobra. Algumas ferramentas aceitam uma A-pose, com os braços inclinados para baixo, em vez disso.

Mixamo tornou isso familiar: faça upload de um humanoide, marque alguns pontos e receba de volta um personagem com rig. O auto-rigging funciona melhor em humanoides com membros claramente separados, e um personagem em pose, segurando um objeto ou vestindo um casaco longo geralmente precisa de correções manuais nas articulações ou pesos.

O retargeting transfere a animação de um esqueleto para outro — uma caminhada de captura de movimento para o seu personagem, ou o clipe de um personagem para outro com proporções ou nomes de ossos diferentes. O retargeter mapeia os ossos por função (este é o antebraço esquerdo, esta é a coluna) e adapta o movimento aos novos comprimentos para que os pés ainda alcancem o chão.

O painel de Rigging do Studio, na seção de Animação, cobre toda a cadeia. O Auto-rig a partir de uma T-pose mede o personagem — alturas das articulações, envergadura dos braços, largura dos ombros, virilha, tornozelos e espaçamento das pernas são lidos da malha — ajusta um esqueleto humanoide de 21 articulações e resolve os pesos, rodando na sua própria máquina sem nada ser enviado. Uma malha que não é lida como uma pessoa em T-pose é recusada em vez de ser mal rigada. Para qualquer outra coisa, existem templates de humanoide, quadrúpede e cadeia para posicionar manualmente antes de fazer o bind.

O bind da malha ao esqueleto resolve os pesos através do volume do personagem, de modo que corpo, armadura e cabelo, unidos como um grupo, se movem juntos. Adicionar um control rig aplica IK em ambos os braços e pernas, além de um look-at na cabeça, e o Bake IK escreve a pose resolvida de volta para keyframes. A biblioteca de Motion pré-visualiza mais de 2.500 clipes de motion capture do banco de dados CMU no seu personagem antes de você confirmar um; adicioná-lo escreve keyframes comuns que você pode reajustar o tempo. Personagens que chegam já rigados, como GLB ou FBX, mantêm seu esqueleto como ossos comuns e animáveis.