Что такое риггинг в 3D-анимации?
Риггинг — это процесс создания управляющей структуры для 3D-модели — обычно скелета из костей, — чтобы ее можно было позировать и анимировать. Затем скиннинг привязывает меш к этим костям, используя веса для каждой вершины, которые определяют, насколько сильно каждая кость воздействует на каждую часть поверхности, так что поворот плеча сгибает руку, а не разрывает ее.
Краткий ответ
Риг состоит из трех частей: скелета из костей в иерархии, весов скина, привязывающих меш к этим костям, и контроллеров — часто обратной кинематики (IK) — которые делают позирование практичным. Риггинг необходим для всего, что сгибается, например, для персонажей, существ и кабелей; жесткие объекты можно анимировать с помощью простых трансформаций. Авто-риггеры автоматически подгоняют скелет и рассчитывают веса, наиболее надежно — из T-позы.
Кости и суставы
Скелет — это иерархия костей, соединенных в суставах. Каждая кость является трансформацией, которая перемещает свои дочерние элементы, поэтому вращение плеча увлекает за собой предплечье и кисть. Вершина иерархии — для персонажа это обычно бедра — является корнем, и ее перемещение перемещает все остальное.
Кость не рендерится. Это манипулятор с позицией и ориентацией, и его задача — указывать мешу, как двигаться. Кости размещаются внутри тела в местах его сгибов, и правильное расположение суставов — локти в локтях, колени в коленях — определяет, насколько естественно будет выглядеть деформация.
Скиннинг и веса
Скиннинг привязывает меш к скелету. Каждая вершина получает вес для каждой кости, которая на нее влияет, и сумма весов обычно равна единице: вершина на предплечье может полностью следовать за костью предплечья, в то время как вершина на локте распределяется между верхней и нижней частью руки, чтобы сустав сгибался плавно. Движки реального времени обычно допускают до четырех влияний костей на вершину.
Большинство плохих деформаций — это результат плохого весового распределения: локоть, который проваливается, плечо, которое сжимается, шляпа, которая отрывается от головы. Стандартный метод, линейный бленд-скиннинг, также теряет объем при скручивании сустава — эффект «конфетной обертки» — поэтому в риги добавляют твист-кости или используют дуал-кватернионный скиннинг. Веса устанавливаются путем рисования, автоматическими методами, такими как bone heat в Blender или geodesic voxel binding в Maya, или их комбинацией.
FK и IK
При прямой кинематике (FK) вы позируете цепь, последовательно вращая каждую кость от корня наружу: плечо, затем локоть, затем запястье. Это обеспечивает естественные дуги и полный контроль, и именно так обычно анимируются маховые движения рук и развевающиеся хвосты.
При обратной кинематике (IK) вы размещаете конец цепи — руку или стопу — и решатель вычисляет вращения костей выше по цепи. IK позволяет удерживать фиксированную стопу на полу, пока движутся бедра. Цель полюса (pole target) определяет направление, в котором указывает локоть или колено. Риги обычно предоставляют аниматорам контроллеры для обоих методов и позволяют им смешивать FK и IK.
Авто-риггинг и T-поза
Авто-риггер подгоняет скелет под персонажа и рассчитывает веса скина без ручного размещения. Большинство из них требуют, чтобы персонаж был в T-позе — руки вытянуты в стороны, ноги слегка разведены, — потому что это делает анатомию измеримой: руки расположены вдоль одной оси, конечности отделены от тела, а локти и колени не скрыты внутри сгиба. Некоторые инструменты вместо этого принимают A-позу, когда руки опущены под углом.
Mixamo сделал это привычным: загрузите гуманоида, отметьте несколько точек и получите риггированного персонажа. Авто-риггинг лучше всего работает с гуманоидами с четко разделенными конечностями, а персонаж в позе, держащий реквизит или одетый в длинное пальто, обычно требует ручной доработки суставов или весов.
Ретаргетинг
Ретаргетинг переносит анимацию с одного скелета на другой — например, походку из захвата движения на вашего персонажа или клип одного персонажа на другого с другими пропорциями или названиями костей. Ретаргетер сопоставляет кости по ролям (это левое предплечье, это позвоночник) и адаптирует движение к новым длинам, чтобы стопы по-прежнему касались пола.
Риггинг в Mixos Studio
Панель «Риггинг» в разделе «Анимация» Mixos Studio охватывает всю цепочку. Авто-риггинг из T-позы измеряет персонажа — считываются высота суставов, размах рук, ширина плеч, пах, лодыжки и расстояние между ногами с меша — подгоняет 21-суставный гуманоидный скелет и рассчитывает веса, работая на вашей машине без загрузки данных. Меш, который не распознается как человек в T-позе, отклоняется, а не риггится плохо. Для всего остального есть шаблоны гуманоидов, четвероногих и цепей, которые нужно размещать вручную перед привязкой.
«Привязать меш к скелету» (Bind mesh to skeleton) рассчитывает веса по всему объему персонажа, так что тело, броня и волосы, связанные вместе как одна группа, движутся синхронно. «Добавить управляющий риг» (Add control rig) устанавливает IK на обе руки и ноги, а также функцию «взгляд головы на цель» (head look-at), а «Запечь IK» (Bake IK) записывает решенную позу обратно в ключевые кадры. Библиотека движений позволяет просмотреть более 2500 клипов захвата движения из базы данных CMU на вашем персонаже, прежде чем вы выберете один; добавление клипа записывает обычные ключевые кадры, которые вы можете перенастроить по времени. Персонажи, которые уже приходят с ригом, в форматах GLB или FBX, сохраняют свой скелет как обычные, анимируемые кости.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между риггингом и скиннингом?
Риггинг — это создание управляющей структуры: скелета и контролов, которые его позируют. Скиннинг — это привязка меша к этому скелету с помощью весов для каждой вершины. Скиннинг — это один из этапов риггинга, и плохие веса являются наиболее частой причиной плохой деформации рига.
Почему персонажи должны быть в T-позе для риггинга?
T-поза разделяет конечности от тела и выравнивает руки по одной оси, чтобы авто-риггер мог определить положение плеч, локтей, запястий и коленей. Согнутая или позированная рука скрывает суставы и приводит к неправильному размещению костей.
В чем разница между FK и IK?
Прямая кинематика (FK) позиционирует цепь, вращая каждую кость от корня наружу. Обратная кинематика (IK) позволяет разместить конец цепи — руку или ногу — и рассчитывает положение костей выше. FK подходит для маховых, дугообразных движений; IK — для фиксированных стоп и рук, которые должны достичь цели.
Нужно ли риггить модель, чтобы ее анимировать?
Только если он должен сгибаться. Жесткие объекты — автомобиль, дверь, камера — анимируются путем установки ключевых кадров для их трансформаций. Персонажи, существа, шланги и все остальное, что деформируется, нуждаются в риге.
Можно ли риггить персонажа онлайн бесплатно?
Да. Mixos Studio автоматически риггит гуманоида в T-позе прямо в браузере, бесплатно и без загрузки персонажа куда-либо, а затем позволяет добавлять IK-контроллеры и применять клипы захвата движения в виде редактируемых ключевых кадров.
Принесите персонажа в T-позе, авто-ригните его и попробуйте несколько клипов захвата движения, прежде чем выбрать один.