Maya中人物角色群组控制特点及实现方法分析

Maya 中人物角色群组控制特点及实现方法分析中人物角色群组控制特点及实现方法分析 北京电影学院动画学院 周进 一 一 理论分析理论分析 群组动画控制特点群组动画控制特点 群组动画作为电脑三维动画最为高端和复杂的动画形式之一 在动画方面具有特定的 属性 主要体现在 角色造型的统一性和差异性 角色数量 角色运动的统一性和随机性 角色与角色之间 角色与场景之间协调 角色动作与群组运动之间的协调 群组形态的控制 群组中角色动画智能交互等方面 现针对人物群组动画分别进行讨论如下 1 角色造型角色造型 群组动画中的角色一般来说具备统一性特征 比如人群 马群 鸟群 鱼群 机器人 群等 都是造型相似的角色 其中 大量的群组动的角色造型还可能完全相同 如图 01 所 示 图 01 机器人群组中角色造型完全相同 电影 我 机器人 在统一性的前提下 根据实际情况需要也不排除角色造型的差异性 可以实现同一群 组中若干角色的差异 但这样的角色数量一般不会超过 3 5 种 造型相对也非常接近 如 图 02 所示 图 02 几种不同的魔兵造型 电影 指环王 2 角色数量角色数量 对于多少数量以上的角色动画才能称之为群组动画 现在还没有一个确切的论断 也 没有必要有一个特定明确的数目 但这里还是能够得出一些明确的结论 首先 角色数量至少应该在 2 个以上 1 个角色完全不能称为群组 其次 角色数量在 5 10 个以上 使用特定的方法制作群组动画才有其意义 角色数 量越多 越能够体现群组动画的形态特征 如图 03 所示 图 03 大量的机器人组成群组 电影 我 机器人 3 角色运动的统一性和随机性角色运动的统一性和随机性 对于这里讨论的群组动画来说 角色的运动应该具有一定的统一性和随机性 首先 群组中各个角色的运动应该是相对统一的 有的甚至是完全一致的 这是群组动画形态的 本质特征之一 如图 04 所示 图 04 机器人角色的动作完全一致 电影 我 机器人 在统一性的基础上 群组中的各个角色在一定程度上有具备相当的随机性 首先角色 位置的分布可能具有一定的随机性 其次角色的动作可能具有一定的随机性 角色动作的 随机性表现在以下两个方面 首先 对于同一动作 群组中的每个角色在调用时 起始时间可能具有一定的随机性 可以称之为其动画具有随机的相位差 这样能够产生相对杂乱的效果 适合大多数的群组 动画状况 其次 对于一个群组 如果其中角色种类在 2 种以上 那么各种角色的动作可能也各 不相同 那么各种角色的也可以随机的选择各种不同动作 这些动作还以不同相位加到各 种角色上 能够实现更多的群组随机运动状态 如图 05 所示 图 05 游戏画面中 三个角色调用不同相位的三条动作 构成群组动画 4 角色与角色之间 角色与场景之间协调角色与角色之间 角色与场景之间协调 既然是一个群组 那么角色与角色之间 角色与场景之间应该有很好的协调 主要表 现在碰撞避免方面 角色和角色之间不能出现碰撞 而角色与地面 障碍物或其他非群组 角色等要素之间也要避免碰撞及穿过等错误 如图 06 所示 图 06 群组角色之间 与地面场景之间 与飞船之间都必须协调一致 5 角色动作与群组运动之间的协调角色动作与群组运动之间的协调 角色动作与群组运动之间的协调同样非常重要 尤其对于人物角色群组动画来说 其 重要性尤其突出 对于鱼群 鸟群这一类型的特定群组来说 角色运动和群组运动与周围场景之间其实 没有交互影响 于是角色的运动形态和速度与群组运动形态和速度相对独立 不会相互影 响 导致角色动画的错误 如图 07 所示 图 07 场景中的鱼群游动动作与鱼群整体运动相对独立 整体的运动不会使单个角色 动画出现错误 而对于人物角色群组动画这一特定类型的群组动画来说 人物角色动画必须和地面场 景产生交互 因此 角色动画必须和群组运动速度间协调一致 否则将导致人物动画的错 误 比如人的脚步在地面上滑行 图 08 人物角色动画和群组运动间必须正确匹配 否则将出现脚步与地面之间滑动等 错误 6 群组形态的控制群组形态的控制 大量的角色组合在一起 形成一定的群组形态 产生不同的群组动画效果 这也是群 组动画的本质特征之一 没有特定形态的角色动画根本不能称为群组动画 因此 如何产 生和控制群组形态也是群组动画技术中非常重要的组成部分 如图 09 所示 图 09 群组形态表现出群组动画的主要视觉效果 电影 指环王 7 群组中角色动画智能交互群组中角色动画智能交互 场景中两个以上的群组要产生交互影响时 实质上是由群组中的角色分别根据对方群 组中角色的位置 动作等属性产生相应的反应 也就是通过特定的方法一定程度上实现角 色动画的智能调用 并进一步实现群组形态和动画的智能交互 如图 10 所示 两个群组即将产生战斗 电影 指环王 图 10 角色智能调用战斗及倒下等动作 电影 指环王 二 二 粒子动力学模拟群组运动实现思想具体分析粒子动力学模拟群组运动实现思想具体分析 了解 Maya 粒子动力学基本概念和特点之后 现在针对群组动画系列形态特点具体分 析通过粒子动力学模拟实现的基本思想 前面归纳的群组动画运动系列特点如下 角色造型的统一性和差异性 角色数量 角色运动的统一性和随机性 角色与角色之间 角色与场景之间协调 角色动作与群组运动之间的协调 群组形态的控制 群组中角色动画智能交互等方面 1 角色造型的统一性和差异性 角色造型的统一性和差异性 在三维动画中通过建模和材质模块功能实现 与粒子动 力学无关 这里不进行详细讨论 2 角色数量 群组中的角色数量是一定数量以上的 很可能是大量的 而通过粒子系统的创建工具 可以很方便的实现大量的粒子 每个粒子又有其独立的 ID 号 为控制角色解决了数量的 问题 3 角色运动的统一性和随机性 从前面的粒子动力学原理特点分析可以看出 粒子创建后出来的运动形态具有一定的 统一性 正好可以控制角色运动的统一性 通过添加适当的立场 比如紊流力场 可以实现粒子分布的随机性 通过粒子属性的 调用 也可以实现角色运动动作及相位的随机性 4 角色与角色之间 角色与场景之间协调 粒子创建之后 粒子之间同样存在各种协调关系 比如碰撞和碰撞避免等 这样可以 控制角色与角色之间的协调 粒子与场景中各物体表面可以发生碰撞和吸附 这样就可以控制角色与场景之间的协 调 5 角色动作与群组运动之间的协调 角色动作要与群组动作实现协调 主要是针对人物角色动画而言的 可以通过调节粒 子运动速度和角色动作速度的匹配 实现人物角色动作与群组运动速度的协调 还可以让 粒子的初速度为 0 再通过调用角色自身的循环动画来实现 在后面的具体实现方法中将 对这两种方法分别进行讨论 6 群组形态的控制 粒子运动的形态可以通过各种工具非常灵活的控制 这样就可以很方便的控制群组运 动的形态 7 群组中角色动画智能交互 群组中角色动画的智能交互 通过粒子动力学本身不能直接实现 但通过 Maya 内置 的 MEL 开发工具 可以通过一定的程序实现粒子控制角色动作根据场景智能调用 而现 在还有更好的智能软件结合 Maya 软件实现角色动画的智能交互 这样的软件的代表有 AI implant 和 Massive 等 后面将针对 AI implant 智能软件进行分析讨论 三 各种实现方法简介及对比分析三 各种实现方法简介及对比分析 1 粒子替换 粒子替换 粒子替换的基本工作原理和流程如下 1 角色动画制作和调整 动作捕捉 动画循环处理 2 创建粒子分布 通过力场和碰撞控制群组的约束和运动形态 3 将粒子替换为角色 实现角色群组动画 2 粒子贴图 粒子贴图 其基本基本思路如下 1 角色动作制作和调整 渲染动画序列 2 创建粒子 通过粒子属性控制群组约束和运动形态 3 将动画序列作为粒子贴图 实现角色群组动画 3 智能群组动画软件 智能群组动画软件 AI Implant AI Implant 工作原理类似于 Maya 当中的动力学原理 首先针对 Maya 中动力学模拟动 画原理 以刚体立方体碰撞为例进行讨论 其工作原理如下 1 传统方法建立立方体模型 2 将立方体模型定义为 刚体 rigid body 这样 就可以通过刚体解算器 rigid body solver 驱动立方体的位移节点 3 再加入一系列力场对刚体产生影响 产生根据一定物理规律的动画 如图所示 AI Implant 工作原理与此非常相似 只是物体的运动不是由物理规律控制而是由 AI 的 行为处理 behaviour treats 加以控制 同样 自治角色 autonomous character 代替刚体 对物体进行定义 AI 解算器代替刚体解算器 行为 behaviours 代替力场 因此 AI 的 工作流程如下 1 角色按照传统方法进行建模 2 将角色定义为 autonomous character 自治角色 这样 就可以通过 AI 解算器 AI solver 驱动角色的位移节点 3 再加入一系列的 behaviours 行为 比如搜索 seek to 等 这样 自治角色就按照其 行为参数进行运动 要实现角色与角色之间 角色与场景之间的智能互动 AI 中最为强大的工具是动作选 择模块 Action Selection 动作选择模块可以根据特定的条件选择特定动作 甚至可以修该 behaviours 行为 驱动动作循环 控制角色状态等 功能非常强大而灵活 例如 如果希望角色沿着特定路线前进 当碰到敌人的时候跑开 可以按照下面的逻 辑实现 if an enemy is near then run away else follow the path 这个简单的逻辑可以分为以下部分 条件 enemy is near 动作 run away 或 follow the path 在 AI 中 条件是通过 Sensor 传感器 判断产生的 传感器输出到角色存储中的内 容称为 Datum 基准 而 Action 动作 则通过使用 Commands 命令 产生 命令可以用来激活行为和动 作循环 以设置角色属性和基准值 在上述例子中 命令将激活 FleeForm 行为和 FollowPath 行为 最后 被用来将根据不同条件产生的动作组合起来