角色骨骼綁定

1、 7/7角色骨骼綁定 第一章角色設定 毫無疑問，角色動畫是電腦動畫當中最富挑戰(zhàn)性，最具成就感的工作之一。3維藝術家們通過數字骨骼運動的配合蒙皮表面的變形，塑造出栩栩如生的動畫形象來。一部動畫作品離開了角色，就好像水里沒有了魚，天空中沒有了鳥，缺乏生氣。 但是，想讓沒有實體，缺乏思想的數字角色動起來，可不是一件得輕松的事兒。試想一下，你怎樣才能使一個雕塑走動起來呢？更何況沒有實體的數字模型？所以，一個角色從模型到動畫，還需要一些必要的設定工作。 而這些設定工作，可不止是要讓數字角色可以像木偶或者皮影那樣簡簡單單的動起來，更重要的是，還要動的真實。 如果說，角色動畫就像是三維動畫工作中的靈魂。那么

2、，角色設置就是角色動畫的脊梁。沒有進行設置的角色，就好像魚沒有鰭，鳥失去了翅膀，失去了活力。 而且在Maya的世界里面角色并不像人們通常認為的那樣，只是人或者動物。很多時候，三維藝術家們需要通過跳舞的酒瓶，飛動的旗幟，搖曳的樹木向觀眾傳達某種信息。而這些通過自身的運動，向觀眾傳達信息的物品，也被認為是角色。 由此可見，設定所涉及的范圍之廣，對象之復雜?？梢哉f，所有的模型都可能成為角色，都可能需要適當的設定，使其便利而且正確的完成需要的表演。 下面通過實際的設置案例，逐步介紹角色設定的詳細內容和必要技巧。 第一節(jié)骨骼系統(tǒng)及運動學工具 教學目的：清楚骨骼系統(tǒng)和運動學的概念，熟悉Maya骨骼系統(tǒng)的創(chuàng)

3、建方法，掌握骨骼系統(tǒng)的運動方式。 調皮的臺燈 Pixar公司所作的電影，幾乎部部經典。就連片頭那個小小的臺燈，也獨具個性。現(xiàn)在我們也來為一盞臺燈做個簡單的設定，看看能不能讓它活起來。 我們先來觀察一下這個臺燈的結構，看看它有幾個關節(jié)，想想一下這些關節(jié)是怎么轉動的。 通過對這個模型的觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)： 如圖所示：關節(jié)1是整個臺燈可以在水平方向轉動。2、3、4為臺燈提供了縱向的轉動能力。 一. 創(chuàng)建骨骼 根據剛才觀察的結果，我們按照1、2、3、4的次序對應各點創(chuàng)建關節(jié)： 1.選擇Skeleton Joint Tool 命令，彈出Tool Settings面板（如圖6-1-02）。 觀察Tool

4、Defaults標簽下的Auto Joint Orient中的選項是否為xyz。如果 是，調整為none選項。暫時不要關閉面板。 2.這個命令用來創(chuàng)建關節(jié)。在試圖中的任意位置點擊左鍵就可以創(chuàng)建關節(jié) （joint），我們先在如下圖所示的位置創(chuàng)建joint1。 3.回到Tool Settings面板把Auto Joint Orient的選項改為xyz。或者使用Reset tool鍵還原為默認設置，此時Auto Joint Orient也應該為xyz。此時就可 以關閉面板了。 4.然后依次創(chuàng)建joint2、joint3、joint4。 這樣就完成了一個關節(jié)鏈。 骨骼系統(tǒng)是由關節(jié)（joints）這種基

5、本元素構成的，關節(jié)和關節(jié)之間的連接就是骨頭(bones)。我們可以看到骨頭總是從先創(chuàng)建的關節(jié)指向下一個關節(jié)。這種指向，體現(xiàn)了兩個關節(jié)之間的層級關系。 關節(jié)和骨頭構成了關節(jié)鏈或者肢體鏈。關節(jié)鏈是指任何一個關節(jié)都沒有連接三個或者三個以上的骨頭的骨骼。 而當一套骨骼中存在有三個或者更多骨頭連接的關節(jié)的時候，就成為肢體鏈。 在Maya中沒有明確定義兄弟關節(jié)，但實際上，在如圖6-1-04所示的情況下，我們可以通過鍵盤上的左右方向鍵，在joint2、3、4、5之間來回的切換。所以習慣上，我們稱之為兄弟關節(jié)。關節(jié)鏈中不存在兄弟關節(jié)。 通過方向鍵，我們會發(fā)現(xiàn)Maya中一些有趣的現(xiàn)象，比如向上鍵是選擇其上一級的

6、父關節(jié)，向下鍵是選擇其長子關節(jié)（這里又是借用Maya沒有定義的一個概念）。 二. 骨骼的命名 為了查找方便，我們需要把關節(jié)的名稱改為比較具有意義的名字。我們把它們按創(chuàng)建的順序依次修改為：light_downAxis、light_middleAxis、light_upAxis、light_headAxis。 這種做法不但在以后復雜的角色設定中幫助我們容易的選擇修改，還能為角色以后在復雜的場景中動畫提供了便利。 三. 給骨骼綁上IK手柄 現(xiàn)在我們給關節(jié)添加IK Handle(IK手柄)。 1.選擇Skeleton IK Handle Tool 命令，彈出Tool Settings面板如下圖。 在T

7、ool Defaults標簽下的IK Handle Options里，將Current Solver中的ikRP solver(IK旋轉平面手柄)改為ikSC solver(IK單鏈手柄)。 2.點擊關節(jié)light-middleAxis，然后再點擊（clampAxis）關節(jié)以創(chuàng)建ik SC solver。 ikRP solver(IK旋轉平面手柄)是引導關節(jié)鏈中所有的關節(jié)旋轉，不能直接控制關節(jié)鏈的整體方向。 ikSC solver(IK單鏈手柄)是引導關節(jié)鏈中所有關節(jié)的旋轉和關節(jié)鏈的整體方向。在這里我們要用這個工具。 兩者的區(qū)別簡單的來說就是：ikSC solver可以通過旋轉手柄指針來控制關

8、節(jié)鏈的旋轉，如下圖；而ikRP solver需要通過操作扭曲盤或者移動極向量來控制關節(jié)鏈的旋轉，如下圖。 四. 使骨骼控制機械手臂的運動 在物體與關節(jié)之間建立層級關系。 1.單擊Window Outliner命令，打開Outliner窗口。選擇light_downPole 物體和light_beam1。用鼠標中鍵將它們拖動到light_downAxis關節(jié)中。 實際上，這種做法與先選擇light_downPole和light_beam1，后選擇light_downAxis，然后使用edit parent一樣。目的只是為了把downAxis和middlePole加為downAxis的子 物體。P

9、arent命令有快捷鍵p。 2.單擊進downAxis左邊的圖標，展開它的層級菜單觀察它下面的層級關 系。這時它會顯示為圖標。如下圖。 3.選擇light_middleAxis、light_r_lawArm、light_l_lawArm、light_beam2和 light_beam3物體。用鼠標中鍵將它們拖動到light_middleAxis關節(jié)中。 4.同樣單擊middleAxis左邊的圖標，展開它的層級菜單。觀察其下的層 級關系。 5.選擇light_upAxis、light_r_upArm、light_l_upArm和light_beam4物體。 用鼠標中鍵將它們拖動到upAxis關節(jié)

10、中。 6.單擊進upAxis左邊的圖標，展開它的層級菜單觀察。 7.選擇light_headAxis、light_hand和light_head物體。用鼠標中鍵將它們拖 動到light_headAxis關節(jié)中。 8.單擊進clampAxis左邊的圖標，展開它的層級菜單觀察。 9.機械臂的層級設置已經完成。下面看一看它的運動。我們可以通過轉動 關節(jié)，或者移動IK手柄來控制整個燈的動作。但是，燈罩部分卻不受我 們的控制，無法像真實生活中的那樣轉動。 這是因為Maya當中，末關節(jié)（最后創(chuàng)建的關節(jié)），通常是不起作用的，所以我們現(xiàn)在需要給light_headAxis增加一個子關節(jié)，使它能夠控制燈罩的轉動

11、。 10.使用關節(jié)創(chuàng)建命令，點擊light_headAxis關節(jié)。 這時通過outliner我們可以看到，Maya并沒有創(chuàng)建新的關節(jié)。在Maya中，當我們在創(chuàng)建關節(jié)的狀態(tài)下第一次點擊是在一個關節(jié)的位置，就等于告訴Maya你需要以這個關節(jié)為父關節(jié)，創(chuàng)建其子關節(jié)。 11.在燈罩中任意位置點擊創(chuàng)建一個新的關節(jié)，改名為light_headTip。 現(xiàn)在，燈罩也可以任意轉動了。 五. 限定關節(jié)的旋轉方向和范圍 通過對前面機械臂的運動，我們發(fā)現(xiàn)在根關節(jié)的位置有X軸、Z軸的旋轉，這在實際生活中是不可能發(fā)生的，所以我們要限定根關節(jié)（downAxis）的旋轉方 向。 1.選擇根關節(jié)light_downAxis，

12、單擊Window Attribute Editor命令或在鍵盤 上按Ctrl + A，打開屬性面板。在joint屬性中，有一個Degree Freedom 的選項，我們去掉X和Z前面的對勾，如下圖?，F(xiàn)在關節(jié)的轉動已經被 正確的限定在Y軸方向上了。 2.同樣的方法，把light_middleAxis和light_headAxis兩個關節(jié)的旋轉限定 在Z軸的方向上。 現(xiàn)在我們就完成了整個設定工作。 實際生活中，基本上不存在可以在任意方向，以任意角度旋轉的關節(jié)，但是，的確有可以在任意方向旋轉的，如：繩索、鏈條之類；也有可以在特定方向以任意角度旋轉的，如：各種旋轉軸承。為了能夠正確的模擬如此復雜的情況

13、，Maya提供了三種關節(jié)：球關節(jié) 球關節(jié)可繞它的三個局部坐標軸旋轉。也就是既可以在任意方向又可以以任意角度旋轉的理想關節(jié)，可以通過對其在旋轉角度上的限制模擬繩索鐵鏈等關節(jié)。 普通關節(jié) 普通關節(jié)可繞其中的兩個局部坐標軸旋轉。人的腕關節(jié)就是一個普通關節(jié)的典型例子，人的手也有旋轉角度的限制。 鉸鏈關節(jié) 鉸鏈關節(jié)僅能繞一個局部坐標軸旋轉。人的膝關節(jié)是鉸鏈關節(jié)的典型例子，同樣具有旋轉角度的限制。 可以通過對這三種關節(jié)的旋轉角度，加以適當的限定來模擬生活中的各種關節(jié)。我們可以通過調整關節(jié)屬性面板中的Limit Information選項中的Rotate分項中的各項參數來加以控制。如下圖所示，這六個參數分別

14、控制了關節(jié)在三個軸向上的所能旋轉到的最大位置。Min是沿對應軸反方向所能旋轉的最大角度，而max是沿正方向的最大旋轉角度。 第二節(jié)卡通角色設定： 教學目的：通過對于卡通角色的模型進行骨骼設定和綁定，幫助我們進一步提高對于模型分析的能力；掌握自己設計骨骼方案的能力，并借此探討一下傳統(tǒng)的兩足類動物的設定方法。 活潑的女孩 現(xiàn)在我們通過一個實例的來學習如何為二足角色設定骨骼系統(tǒng)。 一、 骨骼系統(tǒng)的創(chuàng)建 1選擇Skeleton Joint Tool 命令，彈出Tool Settings面板，將Joint Settings標簽下的Orientation中的選項調整為none。 2在側視圖里依次創(chuàng)建關節(jié)。

15、完成關節(jié)的創(chuàng)建后，按Enter鍵結束操作，按照下圖所示在通道欄中將關節(jié)依次命名為Girl_L_Leg、Girl_L_Knee、Girl_L_Ankle、Girl_L_Heel、Girl_L_Ball和Girl_L_toe。 如果創(chuàng)建關節(jié)的時候，發(fā)現(xiàn)關節(jié)過大，妨礙觀察，可以通過Display Joint Size來調整關節(jié)顯示的大小 3上一步創(chuàng)建出來的骨骼位于兩腿中間，在正視圖中將骨骼移動到左腿的位置，如上圖所示。 4點擊Skeleton Mirror Joint 打開Mirror Joint Options窗口，選擇YZ作為鏡像軸面，把Replacement names for duplica

16、ted joints選項中的Search For改成“_L_”，Replace With改成“_R_”，如圖所示，然后點擊Mirror按鈕完成鏡像復制。這樣就可以將復制的右腿骨骼自動命名包含“_R_”的名稱。 5在模型的骨盆處創(chuàng)建一個關節(jié)，將其命名為Girl_L_Pelvis，選擇腿部骨骼，按住Shift 鍵選擇剛才創(chuàng)建的Girl_L_Pelvis關節(jié)，按P鍵將腿部骨骼作為它的子對象。 6根據模型的身型創(chuàng)建上半身與頭部的關節(jié)和骨骼，如下圖所示。按住V鍵將剛才創(chuàng)建的第一節(jié)關節(jié)捕捉到Girl_L_Pelvis關節(jié)上，如下圖所示。 2將上半身與頭部的關節(jié)從下到上依次命名為Girl_Back1、Gir

17、l_Back2、Girl_Back3、Girl_Back4、Girl_Back5、Girl_Neck、Girl_Head、Girl_HeadTop，如圖3-1-6所示。 3在前視圖中胳膊的頂端創(chuàng)建一節(jié)關節(jié)，然后選擇Skeleton Joint Tool 命令，把Joint Settings標簽下的Orientation中的選項更改為xyz項，創(chuàng)建胳膊的骨骼，如圖所示，使 用鍵盤上“P”鍵將胳膊的骨骼作為先前創(chuàng)建的單個關節(jié)的子對象。 4在頂視圖中選擇胳膊中間的關節(jié)，按Insert鍵，移動位置，使其不再筆直，方便以后的操作，如圖所示。 5創(chuàng)建手指的骨骼，如下圖所示。 6檢查手指骨骼，發(fā)現(xiàn)大拇指骨骼

18、的彎曲方向不對，如圖所示，選擇狀態(tài)欄中的、 和圖標，此時在骨骼上會出現(xiàn)小的坐標軸，對骨骼進行軸向調整，使大拇指能按正確的方向彎曲，如下圖所示， 7選擇手指的骨骼，通過按鍵盤上“P”鍵將它們作為胳膊骨骼的子物體。 8給胳膊上的骨骼命名，依次為：Girl_L_Shoulder，Girl_L_Arm，Girl_L_Elbow，Girl_L_Hand，如圖3-1-13所示。將手指部分的關節(jié)依次命名為，大拇指： Girl_L_Thumb1，Girl_L_Thumb2，Girl_L_Thumb3；食指：Girl_L_FingerA1， Girl_L_FingerA2，Girl_L_FingerA3，Gir

19、l_L_FingerA4；中指：Girl_L_FingerB1， Girl_L_FingerB2，Girl_L_FingerB3，Girl_L_FingerB4；無名指：Girl_L_FingerC1，Girl_L_FingerC2， Girl_L_FingerC3，Girl_L_FingerC4；小拇指：Girl_L_FingerD1，Girl_L_FingerD2，Girl_L_FingerD3，Girl_L_FingerD4。 9選擇左臂骨骼，點擊Skeleton Mirror Joint 打開Mirror Joint Options窗口，選擇YZ作為鏡像軸面，選擇Mirror Func

20、tion選項中的Behavior，把Replacement names for duplicated joints選項中的Search For改成“_L_”，Replace With改成“_R_”，然后點擊Mirror按鈕完成鏡像復制。 10在頂視圖上將Girl_L_Shoulder關節(jié)稍稍前移，使其更符合真實情況。 11選擇Girl_L_Shoulder和Girl_R_Shoulder關節(jié)，將它們作為Girl_Back4關節(jié)的子對象，如下圖所示。 12選擇Skeleton IK Handle Tool命令，依次點擊Girl_L_Leg和Girl_L_Ankle關節(jié)，在兩個關節(jié)之間創(chuàng)建IK，此

21、時骨骼會變成褐色。再分別在Girl_L_Ankle和Girl_L_Ball 關節(jié)，Girl_L_Ball和Girl_L_Toe關節(jié)之間創(chuàng)建IK。依次命名為Girl_L_AnkleIK，Girl_L_BallIK和Girl_L_ToeIK。 13用同樣的方法創(chuàng)建右腿的IK，并依次命名為Girl_R_AnkleIK，Girl_R_BallIK和Girl_R_ToeIK。 14在Outliner窗口中使用Ctrl鍵和P鍵將Girl_L_AnkleIK和Girl_L_BallIK成組，命名為Girl_L_BallRot，按鍵盤上的Insert鍵，然后按住V鍵將中心點吸附到Girl_L_Ball 關節(jié)上。將Girl_R_ToeIK單獨成組，命名為Girl_L_ToeRot，也將其中心點吸附到Girl_L_Ball關節(jié)上。將Girl_L_BallRot和Girl_L_ToeRot成組，命名為 Girl_L_AnkleRot，將它的中心點吸附到Girl_L_Ankle關節(jié)上。將該組再成組，命名為Girl_L_TopRot，將它的中心點吸附到Girl_L_Toe關節(jié)。將該組再次成組，命名為Girl_L_FootCon，將它的中心點吸附到Girl_L_Heel關節(jié)。