角色骨骼綁定

1、 7/7角色骨骼綁定 第一章角色設(shè)定 毫無(wú)疑問(wèn)，角色動(dòng)畫(huà)是電腦動(dòng)畫(huà)當(dāng)中最富挑戰(zhàn)性，最具成就感的工作之一。3維藝術(shù)家們通過(guò)數(shù)字骨骼運(yùn)動(dòng)的配合蒙皮表面的變形，塑造出栩栩如生的動(dòng)畫(huà)形象來(lái)。一部動(dòng)畫(huà)作品離開(kāi)了角色，就好像水里沒(méi)有了魚(yú)，天空中沒(méi)有了鳥(niǎo)，缺乏生氣。 但是，想讓沒(méi)有實(shí)體，缺乏思想的數(shù)字角色動(dòng)起來(lái)，可不是一件得輕松的事兒。試想一下，你怎樣才能使一個(gè)雕塑走動(dòng)起來(lái)呢？更何況沒(méi)有實(shí)體的數(shù)字模型？所以，一個(gè)角色從模型到動(dòng)畫(huà)，還需要一些必要的設(shè)定工作。 而這些設(shè)定工作，可不止是要讓數(shù)字角色可以像木偶或者皮影那樣簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的動(dòng)起來(lái)，更重要的是，還要?jiǎng)拥恼鎸?shí)。 如果說(shuō)，角色動(dòng)畫(huà)就像是三維動(dòng)畫(huà)工作中的靈魂。那么

2、，角色設(shè)置就是角色動(dòng)畫(huà)的脊梁。沒(méi)有進(jìn)行設(shè)置的角色，就好像魚(yú)沒(méi)有鰭，鳥(niǎo)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(rèn)為的那樣，只是人或者動(dòng)物。很多時(shí)候，三維藝術(shù)家們需要通過(guò)跳舞的酒瓶，飛動(dòng)的旗幟，搖曳的樹(shù)木向觀眾傳達(dá)某種信息。而這些通過(guò)自身的運(yùn)動(dòng)，向觀眾傳達(dá)信息的物品，也被認(rèn)為是角色。 由此可見(jiàn)，設(shè)定所涉及的范圍之廣，對(duì)象之復(fù)雜。可以說(shuō)，所有的模型都可能成為角色，都可能需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，使其便利而且正確的完成需要的表演。 下面通過(guò)實(shí)際的設(shè)置案例，逐步介紹角色設(shè)定的詳細(xì)內(nèi)容和必要技巧。 第一節(jié)骨骼系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)學(xué)工具 教學(xué)目的：清楚骨骼系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)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(yùn)動(dòng)方式。 調(diào)皮的臺(tái)燈 Pixar公司所作的電影，幾乎部部經(jīng)典。就連片頭那個(gè)小小的臺(tái)燈，也獨(dú)具個(gè)性。現(xiàn)在我們也來(lái)為一盞臺(tái)燈做個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)定，看看能不能讓它活起來(lái)。 我們先來(lái)觀察一下這個(gè)臺(tái)燈的結(jié)構(gòu)，看看它有幾個(gè)關(guān)節(jié)，想想一下這些關(guān)節(jié)是怎么轉(zhuǎn)動(dòng)的。 通過(guò)對(duì)這個(gè)模型的觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)： 如圖所示：關(guān)節(jié)1是整個(gè)臺(tái)燈可以在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)。2、3、4為臺(tái)燈提供了縱向的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。 一. 創(chuàng)建骨骼 根據(jù)剛才觀察的結(jié)果，我們按照1、2、3、4的次序?qū)?yīng)各點(diǎn)創(chuàng)建關(guān)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(biāo)簽下的Auto Joint Orient中的選項(xiàng)是否為xyz。如果 是，調(diào)整為none選項(xiàng)。暫時(shí)不要關(guān)閉面板。 2.這個(gè)命令用來(lái)創(chuàng)建關(guān)節(jié)。在試圖中的任意位置點(diǎn)擊左鍵就可以創(chuàng)建關(guān)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(xiàng)改為xyz?；蛘呤褂肦eset tool鍵還原為默認(rèn)設(shè)置，此時(shí)Auto Joint Orient也應(yīng)該為xyz。此時(shí)就可 以關(guān)閉面板了。 4.然后依次創(chuàng)建joint2、joint3、joint4。 這樣就完成了一個(gè)關(guān)節(jié)鏈。 骨骼系統(tǒng)是由關(guān)節(jié)（joints）這種基

5、本元素構(gòu)成的，關(guān)節(jié)和關(guān)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(guān)節(jié)指向下一個(gè)關(guān)節(jié)。這種指向，體現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)節(jié)之間的層級(jí)關(guān)系。 關(guān)節(jié)和骨頭構(gòu)成了關(guān)節(jié)鏈或者肢體鏈。關(guān)節(jié)鏈?zhǔn)侵溉魏我粋€(gè)關(guān)節(jié)都沒(méi)有連接三個(gè)或者三個(gè)以上的骨頭的骨骼。 而當(dāng)一套骨骼中存在有三個(gè)或者更多骨頭連接的關(guān)節(jié)的時(shí)候，就成為肢體鏈。 在Maya中沒(méi)有明確定義兄弟關(guān)節(jié)，但實(shí)際上，在如圖6-1-04所示的情況下，我們可以通過(guò)鍵盤(pán)上的左右方向鍵，在joint2、3、4、5之間來(lái)回的切換。所以習(xí)慣上，我們稱(chēng)之為兄弟關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)鏈中不存在兄弟關(guān)節(jié)。 通過(guò)方向鍵，我們會(huì)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(jí)的

6、父關(guān)節(jié)，向下鍵是選擇其長(zhǎng)子關(guān)節(jié)（這里又是借用Maya沒(méi)有定義的一個(gè)概念）。 二. 骨骼的命名 為了查找方便，我們需要把關(guān)節(jié)的名稱(chēng)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(fù)雜的角色設(shè)定中幫助我們?nèi)菀椎倪x擇修改，還能為角色以后在復(fù)雜的場(chǎng)景中動(dòng)畫(huà)提供了便利。 三. 給骨骼綁上IK手柄 現(xiàn)在我們給關(guān)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(biāo)簽下的IK Handle Options里，將Current Solver中的ikRP solver(IK旋轉(zhuǎn)平面手柄)改為ikSC solver(IK單鏈?zhǔn)直?。 2.點(diǎn)擊關(guān)節(jié)light-middleAxis，然后再點(diǎn)擊（clampAxis）關(guān)節(jié)以創(chuàng)建ik SC solver。 ikRP solver(IK旋轉(zhuǎn)平面手柄)是引導(dǎo)關(guān)節(jié)鏈中所有的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，不能直接控制關(guān)節(jié)鏈的整體方向。 ikSC solver(IK單鏈?zhǔn)直?是引導(dǎo)關(guān)節(jié)鏈中所有關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和關(guān)節(jié)鏈的整體方向。在這里我們要用這個(gè)工具。 兩者的區(qū)別簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是：ikSC solver可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)手柄指針來(lái)控制關(guān)

8、節(jié)鏈的旋轉(zhuǎn)，如下圖；而ikRP solver需要通過(guò)操作扭曲盤(pán)或者移動(dòng)極向量來(lái)控制關(guān)節(jié)鏈的旋轉(zhuǎn)，如下圖。 四. 使骨骼控制機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng) 在物體與關(guān)節(jié)之間建立層級(jí)關(guān)系。 1.單擊Window Outliner命令，打開(kāi)Outliner窗口。選擇light_downPole 物體和light_beam1。用鼠標(biāo)中鍵將它們拖動(dòng)到light_downAxis關(guān)節(jié)中。 實(shí)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(jìn)downAxis左邊的圖標(biāo)，展開(kāi)它的層級(jí)菜單觀察它下面的層級(jí)關(guān) 系。這時(shí)它會(huì)顯示為圖標(biāo)。如下圖。 3.選擇light_middleAxis、light_r_lawArm、light_l_lawArm、light_beam2和 light_beam3物體。用鼠標(biāo)中鍵將它們拖動(dòng)到light_middleAxis關(guān)節(jié)中。 4.同樣單擊middleAxis左邊的圖標(biāo)，展開(kāi)它的層級(jí)菜單。觀察其下的層 級(jí)關(guān)系。 5.選擇light_upAxis、light_r_upArm、light_l_upArm和light_beam4物體。 用鼠標(biāo)中鍵將它們拖動(dòng)到upAxis關(guān)節(jié)

10、中。 6.單擊進(jìn)upAxis左邊的圖標(biāo)，展開(kāi)它的層級(jí)菜單觀察。 7.選擇light_headAxis、light_hand和light_head物體。用鼠標(biāo)中鍵將它們拖 動(dòng)到light_headAxis關(guān)節(jié)中。 8.單擊進(jìn)clampAxis左邊的圖標(biāo)，展開(kāi)它的層級(jí)菜單觀察。 9.機(jī)械臂的層級(jí)設(shè)置已經(jīng)完成。下面看一看它的運(yùn)動(dòng)。我們可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān)節(jié)，或者移動(dòng)IK手柄來(lái)控制整個(gè)燈的動(dòng)作。但是，燈罩部分卻不受我 們的控制，無(wú)法像真實(shí)生活中的那樣轉(zhuǎn)動(dòng)。 這是因?yàn)镸aya當(dāng)中，末關(guān)節(jié)（最后創(chuàng)建的關(guān)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(gè)子關(guān)節(jié)，使它能夠控制燈罩的轉(zhuǎn)動(dòng)

11、。 10.使用關(guān)節(jié)創(chuàng)建命令，點(diǎn)擊light_headAxis關(guān)節(jié)。 這時(shí)通過(guò)outliner我們可以看到，Maya并沒(méi)有創(chuàng)建新的關(guān)節(jié)。在Maya中，當(dāng)我們?cè)趧?chuàng)建關(guān)節(jié)的狀態(tài)下第一次點(diǎn)擊是在一個(gè)關(guān)節(jié)的位置，就等于告訴Maya你需要以這個(gè)關(guān)節(jié)為父關(guān)節(jié)，創(chuàng)建其子關(guān)節(jié)。 11.在燈罩中任意位置點(diǎn)擊創(chuàng)建一個(gè)新的關(guān)節(jié)，改名為light_headTip。 現(xiàn)在，燈罩也可以任意轉(zhuǎn)動(dòng)了。 五. 限定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)方向和范圍 通過(guò)對(duì)前面機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，我們發(fā)現(xiàn)在根關(guān)節(jié)的位置有X軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)，這在實(shí)際生活中是不可能發(fā)生的，所以我們要限定根關(guān)節(jié)（downAxis）的旋轉(zhuǎn)方 向。 1.選擇根關(guān)節(jié)light_downAxis，

12、單擊Window Attribute Editor命令或在鍵盤(pán) 上按Ctrl + A，打開(kāi)屬性面板。在joint屬性中，有一個(gè)Degree Freedom 的選項(xiàng)，我們?nèi)サ鬤和Z前面的對(duì)勾，如下圖?，F(xiàn)在關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)已經(jīng)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(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)限定 在Z軸的方向上。 現(xiàn)在我們就完成了整個(gè)設(shè)定工作。 實(shí)際生活中，基本上不存在可以在任意方向，以任意角度旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，但是，的確有可以在任意方向旋轉(zhuǎn)的，如：繩索、鏈條之類(lèi)；也有可以在特定方向以任意角度旋轉(zhuǎn)的，如：各種旋轉(zhuǎn)軸承。為了能夠正確的模擬如此復(fù)雜的情況

13、，Maya提供了三種關(guān)節(jié)：球關(guān)節(jié) 球關(guān)節(jié)可繞它的三個(gè)局部坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)。也就是既可以在任意方向又可以以任意角度旋轉(zhuǎn)的理想關(guān)節(jié)，可以通過(guò)對(duì)其在旋轉(zhuǎn)角度上的限制模擬繩索鐵鏈等關(guān)節(jié)。 普通關(guān)節(jié) 普通關(guān)節(jié)可繞其中的兩個(gè)局部坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)。人的腕關(guān)節(jié)就是一個(gè)普通關(guān)節(jié)的典型例子，人的手也有旋轉(zhuǎn)角度的限制。 鉸鏈關(guān)節(jié) 鉸鏈關(guān)節(jié)僅能繞一個(gè)局部坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)。人的膝關(guān)節(jié)是鉸鏈關(guān)節(jié)的典型例子，同樣具有旋轉(zhuǎn)角度的限制。 可以通過(guò)對(duì)這三種關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，加以適當(dāng)?shù)南薅▉?lái)模擬生活中的各種關(guān)節(jié)。我們可以通過(guò)調(diào)整關(guān)節(jié)屬性面板中的Limit Information選項(xiàng)中的Rotate分項(xiàng)中的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)加以控制。如下圖所示，這六個(gè)參數(shù)分別

14、控制了關(guān)節(jié)在三個(gè)軸向上的所能旋轉(zhuǎn)到的最大位置。Min是沿對(duì)應(yīng)軸反方向所能旋轉(zhuǎn)的最大角度，而max是沿正方向的最大旋轉(zhuǎn)角度。 第二節(jié)卡通角色設(shè)定： 教學(xué)目的：通過(guò)對(duì)于卡通角色的模型進(jìn)行骨骼設(shè)定和綁定，幫助我們進(jìn)一步提高對(duì)于模型分析的能力；掌握自己設(shè)計(jì)骨骼方案的能力，并借此探討一下傳統(tǒng)的兩足類(lèi)動(dòng)物的設(shè)定方法。 活潑的女孩 現(xiàn)在我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例的來(lái)學(xué)習(xí)如何為二足角色設(shè)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(biāo)簽下的Orientation中的選項(xiàng)調(diào)整為none。 2在側(cè)視圖里依次創(chuàng)建關(guān)節(jié)。

15、完成關(guān)節(jié)的創(chuàng)建后，按Enter鍵結(jié)束操作，按照下圖所示在通道欄中將關(guān)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(guān)節(jié)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)過(guò)大，妨礙觀察，可以通過(guò)Display Joint Size來(lái)調(diào)整關(guān)節(jié)顯示的大小 3上一步創(chuàng)建出來(lái)的骨骼位于兩腿中間，在正視圖中將骨骼移動(dòng)到左腿的位置，如上圖所示。 4點(diǎn)擊Skeleton Mirror Joint 打開(kāi)Mirror Joint Options窗口，選擇YZ作為鏡像軸面，把Replacement names for duplica

16、ted joints選項(xiàng)中的Search For改成“_L_”，Replace With改成“_R_”，如圖所示，然后點(diǎn)擊Mirror按鈕完成鏡像復(fù)制。這樣就可以將復(fù)制的右腿骨骼自動(dòng)命名包含“_R_”的名稱(chēng)。 5在模型的骨盆處創(chuàng)建一個(gè)關(guān)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(guān)節(jié)，按P鍵將腿部骨骼作為它的子對(duì)象。 6根據(jù)模型的身型創(chuàng)建上半身與頭部的關(guān)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(guān)節(jié)捕捉到Girl_L_Pelvis關(guān)節(jié)上，如下圖所示。 2將上半身與頭部的關(guān)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(guān)節(jié)，然后選擇Skeleton Joint Tool 命令，把Joint Settings標(biāo)簽下的Orientation中的選項(xiàng)更改為xyz項(xiàng)，創(chuàng)建胳膊的骨骼，如圖所示，使 用鍵盤(pán)上“P”鍵將胳膊的骨骼作為先前創(chuàng)建的單個(gè)關(guān)節(jié)的子對(duì)象。 4在頂視圖中選擇胳膊中間的關(guān)節(jié)，按Insert鍵，移動(dòng)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(duì)，如圖所示，選擇狀態(tài)欄中的、 和圖標(biāo)，此時(shí)在骨骼上會(huì)出現(xiàn)小的坐標(biāo)軸，對(duì)骨骼進(jìn)行軸向調(diào)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(guò)按鍵盤(pán)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(guān)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(wú)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(diǎn)擊Skeleton Mirror Joint 打開(kāi)Mirror Joint Options窗口，選擇YZ作為鏡像軸面，選擇Mirror Func

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

21、時(shí)骨骼會(huì)變成褐色。再分別在Girl_L_Ankle和Girl_L_Ball 關(guān)節(jié)，Girl_L_Ball和Girl_L_Toe關(guān)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(pán)上的Insert鍵，然后按住V鍵將中心點(diǎn)吸附到Girl_L_Ball 關(guān)節(jié)上。將Girl_R_ToeIK單獨(dú)成組，命名為Girl_L_ToeRot，也將其中心點(diǎn)吸附到Girl_L_Ball關(guān)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(diǎn)吸附到Girl_L_Ankle關(guān)節(jié)上。將該組再成組，命名為Girl_L_TopRot，將它的中心點(diǎn)吸附到Girl_L_Toe關(guān)節(jié)。將該組再次成組，命名為Girl_L_FootCon，將它的中心點(diǎn)吸附到Girl_L_Heel關(guān)節(jié)。