Что такое риггинг в анимации?

Аниматоры используют риггинг, чтобы менять позиции и анимации персонажей либо объектов с помощью набора движений. Риги помогают манипулировать персонажем или объектом. Они не воздействуют на объект напрямую, а создают иерархическую структуру, с помощью которой можно задавать нужные движения или вносить изменения. Эта структура называется ригом, и она управляет объектом. 

Риг может иметь произвольный вид. Обычно настраивают один или несколько элементов управления, которые отвечают за различные движения или изменения объекта. Это могут быть как простые перемещения или вращения, так и сложное автоматизированное поведение либо движение. 

Для персонажей аниматоры используют более сложные приемы риггинга. Чтобы изменить геометрию, могут применяться скелеты, сочленения и другие деформаторы. Они позволяют изменять позы и деформировать модель на ваше усмотрение.

В ПО для работы с 3D-графикой, например Maya, Blender или 3ds Max, художник в области риггинга может создать для анимации разные риги. Аниматор же сможет манипулировать элементами управления рига, будто двигая и размещая цифровую куклу. Аниматоры записывают динамические изменения в положении элементов управления с помощью ключевых кадров, создавая анимированное движение. Затем подобные модели с риггингом можно импортировать в игровые движки, например Unity.

Риггинг персонажей — это преобразование статической 3D- или 2D-модели в цифровую куклу, которой можно манипулировать. Это многоэтапный процесс, который обычно предусматривает создание скелетной структуры из костей (сочленений) и связывание с ними модели (скина). Чем больше у персонажа ригов, тем более сложными и точными могут быть его движения.

Как только модель может двигаться вместе со скелетом, художник в области риггинга создает набор элементов управления, с помощью которых аниматор будет изменять позы персонажа. Создание, компоновка и обеспечение работоспособности этой схемы управления — основа работы художника в области риггинга. 

Внешний вид модели меняется при позировании — это называется деформацией. Художник в области риггинга подстраивает модель персонажа под разные позы с помощью специальной системы. В результате получается цифровая кукла, которая удобна в анимировании, красиво выглядит после деформации и способна на сложное автоматизированное поведение.

Нажмите видео выше, чтобы узнать, как авторы фильма WiNDUP разрабатывали и анимировали своих персонажей. Перейдите на отметку 3:18, чтобы ознакомиться с риггингом персонажей в Unity.

Риггинг — это самый распространенный прием для анимирования персонажей, существ и объектов в кино, телепроектах и компьютерных играх. У всего, что должно двигаться, может быть риг для анимации. Риггинг в ПО для работы с 3D-графикой помогает автоматизировать сложные движения, например физику ragdoll, применяя точные физические симуляции ко всем скелетным структурам. 

Чтобы начать риггинг, у аниматоров должен быть двух- или трехмерный персонаж либо объект. При создании рига аниматорам нужно учитывать, какие задачи будет выполнять их риг, как он будет двигаться и где будут расположены сочленения или точки привязки. Затем аниматоры создают иерархическую структуру (скелет в случае персонажа) и набор элементов управления, 

после чего подключают объект или персонажа к ригу. Сложность этого процесса зависит от типа требуемого рига. Теперь аниматор может манипулировать ригом, чтобы упростить создание анимации.

Независимое иерархическое движение

Чтобы анимация выглядела более ритмично, сбалансировано и естественно, аниматоры используют иерархическое движение — порядок, в котором двигаются разные части персонажа или объекта. Например, в цикле ходьбы сначала двигаются голова и шея, а затем туловище, бедра и ноги. 

Такое движение также создает чувство веса и гравитации или скорости и импульса. В свою очередь, независимое иерархическое движение — это порядок, в котором относительно друг друга двигаются разные элементы анимации (например, два идущих рядом персонажа).

Чтобы анимация выглядела более ритмично, сбалансировано и естественно, аниматоры используют иерархическое движение — порядок, в котором двигаются разные части персонажа или объекта. Например, в цикле ходьбы сначала двигаются голова и шея, а затем туловище, бедра и ноги. 

Такое движение также создает чувство веса и гравитации или скорости и импульса. В свою очередь, независимое иерархическое движение — это порядок, в котором относительно друг друга двигаются разные элементы анимации (например, два идущих рядом персонажа).

Точная весовая раскраска

Модель персонажа с ригом связана с иерархией сочленений или скелетом. Вес отдельных вершин распределяется между разными сочленениями — именно это обеспечивает их перемещение при движении скелета.

Чтобы при анимации модель персонажа деформировалась правильно, необходима точная весовая раскраска — добавление или удаление весов отдельных вершин на меше для соответствующих сочленений в скелете. Обычно художник выполняет весовую раскраску меша с помощью инструмента кисти в ПО для 3D-анимации. Качественная весовая раскраска позволяет точнее управлять деформацией персонажа и улучшить результат.

Ограничения движения костей

Чтобы создать реалистичную или стилизованную анимацию, важно понимать принципы движения. Способ движения одного объекта относительно других называется ограничением движения. Такие ограничения бывают двух типов: кинематические и динамические. 

Кинематические ограничения определяют движение объекта без учета сил, которые на него воздействуют. Например, скорость движения объекта может быть ограничена скоростью света. 

Динамические ограничения учитывают силы, воздействующие на объект. Например, ускорение объекта может быть ограничено определенным значением. 

Ограничения движения костей определяют, в каких пределах они могут двигаться во время преобразований, чтобы это выглядело естественно. 

Прямая кинематика

Прямая кинематика — это процесс манипулирования иерархией сочленений сверху вниз, или «прямо». Чтобы расположить руку с помощью прямой кинематики, начните вращать плечо, затем локоть и, наконец, запястье. Такой тип движения обеспечивает плавные изгибы при анимировании, но усложняет точную настройку конечной точки. Ее положение определяется вращением остальных элементов цепи сочленений и корректируется вручную.

Инверсная кинематика

Инверсная кинематика — это процесс манипулирования иерархией сочленений снизу вверх, или «инверсно». Чтобы расположить руку с помощью инверсной кинематики, нужно подвигать только ладонь — повороты локтя и плеча будут рассчитаны на основе конечной позиции ладони. Этот тип движения позволяет зафиксировать ладонь персонажа в точке пространства или его ногу на полу так, чтобы она не сдвигалась. Однако анимирование естественных изгибов по всей цепочке сочленений усложняется.

Ключи Driven

Ключи Driven, также известные как Set Driven Key, позволяют эффективнее создавать анимации по ключевым кадрам на базе условий, например при анимировании поворота колеса для открытия двери. В зависимости от иерархии анимации (то есть условий, которые приводят к желаемому результату) вам может понадобиться связать пару объектов. Например, колесо может выступать ведущим элементом, а дверь — ведомым. Затем вы задаете эту связь как ключ. Ведомый элемент управляется ведущим и автоматически двигается при его анимировании. 

Blend Shape

Чтобы изменить форму объекта в сцене, нужно использовать деформаторы. Blend Shape — это деформатор, который создает иллюзию естественного перехода от одной формы к другой, например при подмигивании.

Ограничения

Чтобы улучшить риг и упростить работу с ним, можно настроить автоматическое управление положением, ориентацией и масштабом с помощью ограничений. Ограничения бывают разных типов. Так, ограничения Aim управляют ориентацией объекта, нацеливая его на другой объект в сцене, например для направления взгляда. Ограничения Point позволяют двигать один объект одновременно с другим. А используя ограничение Vector, с помощью объекта можно контролировать движение цепочки инверсной кинематики — это полезно для направления колена. 

Кривые управления

У любого свойства с поддержкой анимирования может быть кривая анимации. Она отображает меняющиеся значения свойств как линии на графике, а не линейные дорожки, которые показываются только при появлении ключевых кадров. У кривой управления анимацией есть несколько ключей — точек управления, через которые проходит кривая. Кривая между каждым ключевым кадром анимированного движения определяет движение между двумя ключами.