《3ds_Max_8基础教程》第20章：角色动画

1、第20章 角 色 动 画,（时间：2次课，4学时）,第20章 角 色 动 画,角色动画用来模拟结构、人体和动物的运动形态，这些复杂运动的共同点在于各个组成部分的运动具有关联性，仅仅进行单一物体的动画或者多个物体无关联的动画都无法完成角色动画。 这些复杂形体的各个组成部分间具有特殊的连接关系，这些连接关系将保证相互关联组成部分运动的关联性，从而形成一个有机的整体。3ds Max以层级关系的形式来定义物体间的关联和运动方式，利用正向运动学与反向运动学来模拟复杂的运动效果。这些方法便是创建复杂的角色动画的基础。本章将重点介绍层级、正向运动学和反向运动学的概念和功能。,第20章 角 色 动 画,20.

2、1 角色动画中的层级 20.2 正向运动学 20.3 反向运动学 20.4 上机实践踢足球 20.5 思考与练习,20.1 角色动画中的层级,20.1.1 层级 20.1.2 Hierarchy(层级)命令面板,20.1 角色动画中的层级,将对象连接起来形成层级是制作动画的一种有力手段。通过将一个对象连接到另一个对象上建立一种父子层次关系，可以使应用到父对象的变换自动传递到子对象上。通过多个对象的连接可创建复杂的层级结构。将对象连接成父子对象，可以创建复杂运动或者模拟关节结构。另外，为了利用正向运动学和反向运动学创建复杂的动画，也必须将具有相互约束关系的物体连接在一起。,20.1.1 层级,将

3、任何两个物体连接在一起，便产生了一对“父子”物体，用户对父物体的运动控制将会影响到子物体。如果将多个物体连接在一起，就形成了多个“父子”关系。然而“父子”关系是相对的，在这个连接中某个物体可能是子物体，在另一个连接中又可以作为父物体，即是它被连接到其他物体上，同时又可以连接着另外一个物体，这样就形成了非常复杂的层级关系，就像人类的族谱一样，如图20.1所示，其中的Cylinder02没有父物体，是最高层次的物体；Cylinder01即是父物体，同时也作为子物体；Pyramid01没有和任何物体建立连接关系。,20.1.2 Hierarchy(层级)命令面板,Hierarchy(层级)命令面板用

4、来管理层级，如图20.6所示。Hierarchy命令面板中有3个选项卡：Pivot、IK和Link Info。Pivot选项卡用来调整物体的轴心点；IK选项卡用来管理方向运动学系统；Link Info选项卡用来在层级中设置运动的限制。 本节将重点介绍功能最简单的Pivot选项卡的各个选项，IK和Link Info选项卡的内容将在后续章节中详细说明。 物体的轴心点不是物体的几何中心或质心，而是可以处于空间任何位置的人为定义的轴心，它作为自身坐标系统，不仅仅是一个点，实际上是一个可以自由变换的坐标系。物体的轴心点具有如下作用： 轴心点可以作为转换中心，因此可以方便地控制旋转、缩放的中心点。 设置修

5、改器的中心位置。 为物体连接定义转换关系。 为IK定义结合位置。 利用Hierarchy命令面板Pivot选项卡中的Adjust Pivot卷展栏可以调整轴心点的位置、角度、比例。Move/Rotate/Scale选项组提供了3个调整选项： Affect Pivot Only(仅影响轴心点)：仅仅对轴心点进行调整操作，操作不会对物体产生影响。 Affect Object Only(仅影响物体)：仅仅对物体进行调整操作，操作不会对该物体的轴心点产生影响。 Affect Hierarchy Onle(仅影响层级)：仅仅对物体的子层级产生影响。 Alignment选项组用来设置物体轴心点对齐方式，当

6、选择Affect Pivot Only方式时，该选项组的选项如图20.7所示，当选择Affect Object Only方式时，该选项组的选项如图20.7所示。 Pivot选项组只有一个Reset Pivot(重置轴心点)按钮，单击该按钮用来将轴心点恢复到物体创建时的状态。 Adjust Transform卷展栏用来在不影响子物体的情况下进行物体的调整操作，在Move/Rotate/Scale选项组中仅仅有一个Dont Affect Children按钮，单击该按钮后进行的任何调整操作都不会影响子物体。,20.1.2 Hierarchy(层级)命令面板,图20.6 Hierarchy(层级)命

7、令面板,20.1.2 Hierarchy(层级)命令面板,图20.7 Alignment选项组,20.2 正向运动学,20.2.1 正向运动学中物体间的关系 20.2.2 正向动力学的实践 20.2.3 使用虚拟物体创建正向运动系统,20.2 正向运动学,正向运动是指子物体集成父物体的运动规律，即在父物体运动时，子物体的运动跟随父物体运动，而子物体按自己的方式运动时，父物体不受影响。例如，可以利用正向运动模拟同步卫星的自转和绕地球的公转，将地球设置为父物体，地球的运动将被施加到其同步卫星上，而卫星自身的运动不会影响地球。 一个父物体可以有许多子物体，而一个子物体只能有一个父物体，否则运动将不惟

8、一。层级的默认操作管理方式即是正向运动学。,20.2.1 正向运动学中物体间的关系,当两个物体连接在一起之后，子物体的位置、旋转和缩放等变换都将取决于其父物体的相关变换，子物体与父物体组成的系统变换中心便是父物体的轴心点。,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,(11)再次单击动画控制区的Set Key按钮结束动画录

9、制进程，单击工具栏中的按钮，系统将弹出如图20.22所示的Render Screne对话框，在Time Output选项组中选择Range单选按钮，然后单击Render Output选项组中的Files按钮，弹出如图20.23所示的Render Output File对话框，输入合适的文件名，并将保存类型设置为AVI File格式，单击【保存】按钮。 (12)系统将回到图20.22所示的Render Screne对话框，单击Render按钮，系统将进行高质量动画的创建，图20.24图20.27为动画中的4帧。,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动力学的实践,20.2.2 正向动

10、力学的实践,20.2.3 使用虚拟物体创建正向运动系统,打开Create命令面板，进入Helpers子面板，在下拉列表框中选择Standard选项，单击Dummy(虚拟物体)按钮，在视图区中拖动即可产生一个虚拟物体。虚拟物体可以参与层级的构建，可以进行任何变换，但渲染时是不可见的，因此主要的用途是辅助创建复杂的层级。 一般情况下，复杂的运动模式可以分解为两个或多个简单的运动模式(直线运动、圆周运动和往复运动等)。如果对一个物体同时施加两种运动方式，需要设置稠密的关键帧，并对每个关键帧进行物体变换，工作量很大；如果将物体作为虚拟物体的子物体，对子物体施加一种运动方式，然后对虚拟物体(父物体)施加

11、另一种运动方式，这样便相当于对物体施加了两种运动。,20.3 反向运动学,20.3.1 反向运动学的概念 20.3.2 创建骨骼系统 20.3.3 设置IK动画,20.3 反向运动学,反向运动与正向运动相反，是父物体跟随子物体运动的系统。3ds Max 8提供了一套完善的反向运动系统(3D Inverse Kinematics，简称IK)，使用IK系统，可以通过移动层次连接中的单一物体带动整个层级系统完成复杂的运动。IK系统在创建人物、动物或机械运动等角色动画时具有明显的优势。 另外，在创建角色动画时，常常将骨骼系统与IK系统联合运用。利用骨骼系统可以方便地创建具有复杂层级关系的人物、动物或机

12、械结构，利用IK系统可以方便地进行关节的控制，创建灵活复杂的角色动画。,20.3.1 反向运动学的概念,反向运动学是一种与正向运动相反的运动学系统。它通过操纵层级中的子物体，从而影响整个层级各个物体的运动方式。和正向运动相比较，IK系统要花一定的时间设置参数，同时需要用到几何学和运动学方面的知识。 利用反向运动学系统可以制作典型的人物的行走动画。大致步骤为：创建人物的骨骼系统，调整人物的各关节摆出所需的初始姿态，移动到下一个关键帧，通过调整关键帧并确定该时刻的姿态，依此类推，根据需要进行后续各个关键帧的关节调整，系统将自动计算骨骼系统的运动参数，在各个关键帧间创建连贯的行走动画。 创建角色的骨

13、骼系统是进行动画设置的首要任务，不同的骨骼间连接关系和轴心点位置将影响反向运动学的运算结果。反向运动学系统对连接的要求更为严格，而且根据连接策略不同，其最终的IK计算结果也不同。,20.3.2 创建骨骼系统,在运用反向运动学系统进行角色动画创作时，通常需要创建3ds Max的骨骼系统，并为骨骼系统施加反向运动，然后再将带有动画的骨骼系统进行蒙皮处理，从而得到逼真的角色动画。骨骼系统是具有连接关系的骨骼物体层级结构。,20.3.3 设置IK动画,在20.3.2小节中介绍了如何创建复杂的骨骼系统，本小节将通过一个腿部运动的实例说明创建反向运动学动画的方法。本例通过控制骨骼系统，模拟骑自行车时的腿部

14、运动。,20.4 上机实践踢足球,20.4 上机实践踢足球,20.4 上机实践踢足球,图20.64 创建人体骨骼,20.4 上机实践踢足球,20.4 上机实践踢足球,20.4 上机实践踢足球,20.4 上机实践踢足球,20.4 上机实践踢足球,20.4 上机实践踢足球,(8)选择Rendering | Render命令，弹出如图20.74所示的Render Scene对话框，打开Common选项卡Common Parameters卷展栏，在Time Output选项组设置为Range 0 To 100，单击Render Out选项中的Files按钮，弹出如图20.75所示的Render Output File对话框，为渲染设置一个AVI格式的文件。单击Render按钮进行渲染即可得到动画效果。,20.4 上机实践踢足球,图20.74 Render Scene