Tạo khung xương trong hoạt hình

Rigging trong hoạt hình là gì?

Tạo khung xương nhân vật, hay hoạt hình xương, là bước đầu tiên trong việc tạo hoạt ảnh cho một nhân vật kỹ thuật số. Việc liên kết mô hình với hệ thống xương và các điều khiển cho phép bạn tạo dáng và hoạt hình cho nhân vật.

Quá trình Animation Rigging diễn ra như thế nào?

Các nhà làm phim hoạt hình sử dụng kỹ thuật rigging để tạo dáng và hoạt họa cho nhân vật hoặc vật thể thông qua một mạng lưới các chuyển động. Hệ thống khung xương (rigs) giúp kiểm soát việc thao tác nhân vật hoặc đối tượng đó . Thay vì tác động trực tiếp lên đối tượng, chúng tạo một cấu trúc phân cấp có khả năng tạo ra sự chuyển động hoặc thay đổi mong muốn. Đây là một hệ thống giàn, và vật thể này được điều khiển bởi hệ thống giàn đó.

Khung điều khiển có thể là bất cứ thứ gì, nhưng thông thường, sẽ có một hoặc nhiều "bộ điều khiển" được thiết lập để cho phép thực hiện các loại chuyển động hoặc thay đổi khác nhau đối với vật thể. Những thay đổi đó có thể đơn giản như dịch chuyển hoặc xoay, nhưng cũng có thể phát triển đến mức bao gồm việc tự động hóa các hành vi và chuyển động phức tạp.

Đối với các nhân vật, các nhà làm phim hoạt hình sẽ sử dụng các kỹ thuật tạo khung xương phức tạp hơn. “Khung xương”, “khớp nối” và các “bộ biến dạng” khác có thể được sử dụng để thay đổi hình dạng của hình học. Điều này cho phép tạo dáng và biến dạng mô hình theo ý muốn.

Khi sử dụng phần mềm 3D như Maya, Blender hoặc 3ds Max, nghệ sĩ tạo khung xương có thể tạo nhiều loại khung xương khác nhau cho hoạt hình. Sau đó, người làm hoạt hình có thể điều khiển các thành phần của mô hình, tương tự như việc di chuyển và tạo dáng cho một con rối kỹ thuật số. Họ sử dụng các khung hình chính để ghi lại sự thay đổi vị trí của các nút điều khiển theo thời gian nhằm tạo chuyển động hoạt hình. Các mô hình được tạo sẵn này sau đó có thể được nhập vào các công cụ phát triển game như Unity.

Tạo khung xương nhân vật là gì?

Tạo khung xương nhân vật là quá trình biến một mô hình 3D (hoặc 2D) tĩnh thành một con rối kỹ thuật số có thể tạo dáng. Quá trình này có nhiều bước , nhưng hầu như luôn bao gồm việc tạo ra một cấu trúc khung xương được làm từ xương hoặc "khớp", và gắn mô hình hoặc "da" vào các khớp đó. Nhân vật càng có nhiều khớp nối, thì khả năng thực hiện các chuyển động càng phức tạp và tinh tế hơn.

Khi mô hình có thể chuyển động cùng với bộ xương, nghệ sĩ tạo khung xương sẽ tạo một bộ điều khiển mà người làm hoạt hình sẽ sử dụng để tạo dáng cho nhân vật. Việc tạo ra, bố trí và chức năng của hệ thống điều khiển này là trọng tâm công việc của người thiết kế mô hình giàn giáo.

Ngoài ra, hình dáng của mô hình sẽ thay đổi khi tạo dáng, hiện tượng này được gọi là "biến dạng". Họa sĩ tạo khung xương (rigging artist) chịu trách nhiệm điều chỉnh mô hình nhân vật khi tạo dáng, và sử dụng một hệ thống để thực hiện những thay đổi đó. Kết quả cuối cùng là một con rối kỹ thuật số dễ dàng cho người làm hoạt hình tạo dáng, trông hấp dẫn sau khi biến dạng và có các hành vi phức tạp được tự động hóa.

Hãy nhấp vào video phía trên và xem hậu trường của WiNDUP để tìm hiểu cách các nhân vật hoạt hình được thiết kế và tạo nên. Hãy tua đến phút 3:18 để xem phần giới thiệu ngắn gọn về cách tạo khung xương nhân vật trong Unity.

Tạo khung xương cho hoạt hình 2D và 3D

Rigging là kỹ thuật phổ biến nhất để tạo hoạt ảnh cho nhân vật, sinh vật hoặc đồ vật trong phim, truyền hình và trò chơi điện tử. Bất cứ thứ gì cần chuyển động đều có thể được thiết kế để tạo hoạt hình. Việc tạo khung xương bằng phần mềm 3D có thể giúp tự động hóa các chuyển động phức tạp hơn, chẳng hạn như vật lý búp bê vải, bằng cách áp dụng mô phỏng vật lý chính xác trên tất cả các cấu trúc xương.

Để bắt đầu tạo khung xương cho nhân vật, trước tiên các nhà làm phim hoạt hình cần có một nhân vật hoặc đối tượng 2D hoặc 3D . Khi tạo khung xương (rig), các nhà làm phim hoạt hình nên suy nghĩ về những gì họ muốn khung xương thực hiện, cách nó di chuyển và vị trí của các khớp hoặc điểm xoay. Sau đó, họ sẽ tạo một cấu trúc phân cấp, hoặc khung xương nếu đó là một nhân vật, cùng với một bộ điều khiển.

Tiếp theo, họ sẽ kết nối đối tượng hoặc nhân vật với bộ khung xương, một quá trình có thể đơn giản hoặc phức tạp, tùy thuộc vào loại khung xương cần thiết. Từ đó, người làm hoạt hình có thể dễ dàng điều chỉnh khung xương để tạo hoạt ảnh.

Cần cân nhắc điều gì khi tạo khung xương cho nhân vật?

Phong trào phân cấp độc lập

Để tạo cảm giác nhịp điệu và cân bằng trong hoạt hình - và vẻ ngoài chân thực hơn - chuyển động theo thứ tự là thứ tự mà các bộ phận khác nhau của một nhân vật hoặc vật thể chuyển động. Ví dụ, trong một chu kỳ đi bộ, đầu và cổ sẽ chuyển động trước, tiếp theo là thân, hông và chân.

Điều này cũng tạo ra cảm giác về trọng lượng và trọng lực, hoặc tốc độ và động lượng. Chuyển động phân cấp độc lập cũng có thể đề cập đến cách các yếu tố khác nhau trong một hoạt hình di chuyển tương đối với nhau, chẳng hạn như hai nhân vật đi cạnh nhau.

Để tạo cảm giác nhịp điệu và cân bằng trong hoạt hình – và mang lại vẻ ngoài chân thực hơn – chuyển động theo thứ tự là thứ tự mà các bộ phận khác nhau của một nhân vật hoặc vật thể chuyển động. Ví dụ, trong một chu kỳ đi bộ, đầu và cổ sẽ chuyển động trước, tiếp theo là thân, hông và chân.

Điều này cũng tạo ra cảm giác về trọng lượng và trọng lực, hoặc tốc độ và động lượng. Chuyển động phân cấp độc lập cũng có thể đề cập đến cách các yếu tố khác nhau trong một hoạt hình di chuyển tương đối với nhau, chẳng hạn như hai nhân vật đi cạnh nhau.

Tô màu trọng lượng chính xác

Mô hình nhân vật được gắn khớp được liên kết với một hệ thống phân cấp các khớp hoặc một bộ xương. Mỗi đỉnh riêng lẻ của mô hình được gán trọng số giữa các khớp khác nhau, đó là cách chúng di chuyển khi bạn di chuyển bộ xương.

Để mô hình nhân vật biến dạng chính xác khi hoạt hình hóa, cần phải tô màu trọng lượng chính xác. Đây là quá trình thêm hoặc bớt trọng lượng của các đỉnh cụ thể trên lưới vào các khớp tương ứng trong bộ xương. Việc này thường được thực hiện bằng cách vẽ lên lưới bằng công cụ cọ trong phần mềm hoạt hình 3D . Việc tô màu trọng lượng một cách chính xác có thể giúp kiểm soát tốt hơn sự biến dạng của nhân vật và cải thiện diện mạo của kết quả cuối cùng.

Hạn chế chuyển động của xương

Để tạo ra hoạt hình chân thực hoặc cách điệu, việc hiểu các nguyên tắc chuyển động là điều cần thiết. Hiểu được cách một vật thể di chuyển so với các vật thể khác được gọi là ràng buộc chuyển động. Có hai loại: ràng buộc động học và ràng buộc động lực học.

Các ràng buộc động học xác định chuyển động của một vật thể mà không xét đến các lực tác dụng lên nó. Ví dụ, một vật thể không thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Các ràng buộc động tính đến các lực tác dụng lên một vật thể, ví dụ, một vật thể chỉ có thể tăng tốc ở một tốc độ nhất định.

Các ràng buộc chuyển động của xương kiểm soát mức độ tự do của chúng trong quá trình biến đổi để tạo chuyển động tự nhiên.

Những phương pháp tốt nhất để tạo khung xương nhân vật là gì?

Động học thuận

Động học thuận là quá trình thao tác hệ thống khớp từ gốc đến ngọn, hay theo hướng "tiến". Để định vị cánh tay bằng động học thuận, hãy bắt đầu bằng cách xoay phần trên của cánh tay, tiếp theo là khuỷu tay, và cuối cùng là cổ tay. Kiểu chuyển động này tạo ra những đường cong đẹp mắt khi hoạt hình hóa, nhưng lại khiến việc thiết lập vị trí chính xác của điểm cuối trở nên khó khăn hơn, vì vị trí của nó là sự kết hợp của các chuyển động quay của phần còn lại trong chuỗi khớp và được điều chỉnh thủ công.

Động học nghịch đảo

Động học nghịch đảo là quá trình thao tác hệ thống phân cấp khớp từ đầu đến gốc, hay theo hướng "ngược". Để định vị cánh tay bằng IK , bạn chỉ cần di chuyển bàn tay, và các chuyển động quay của khuỷu tay và cánh tay trên sẽ được tính toán dựa trên vị trí cuối cùng của bàn tay. Kiểu chuyển động này cho phép cố định tay nhân vật vào một điểm trong không gian, hoặc chân nhân vật vào sàn nhà, mà không bị trượt. Tuy nhiên, việc tạo chuyển động uốn lượn tự nhiên dọc theo toàn bộ chuỗi khớp có thể khó khăn hơn.

Các phím điều khiển

Còn được gọi là khóa điều khiển theo tập hợp, khóa điều khiển cho phép bạn thực hiện các hoạt ảnh "dựa trên điều kiện" của khung hình chính, chẳng hạn như xoay bánh xe để mở cửa, một cách hiệu quả hơn. Tùy thuộc vào thứ tự ưu tiên của hoạt ảnh (tức là yếu tố quyết định kết quả mong muốn), bạn cần tạo một liên kết phụ thuộc giữa một cặp đối tượng. Ví dụ, bánh xe của bạn là "người lái chính", còn cửa là "người bị điều khiển". Sau đó, bạn đặt giá trị này làm khóa. Người lái chính sẽ dẫn dắt người được lái, và chuyển động của người được lái diễn ra tự động khi bạn tạo hoạt ảnh cho người lái chính.

Kết hợp các hình dạng

Việc thay đổi hình dạng của một đối tượng trong khung cảnh của bạn đòi hỏi phải sử dụng "các công cụ biến dạng". Công cụ Blend shapes là một công cụ biến dạng được sử dụng để tạo ảo giác về việc một hình dạng biến đổi thành hình dạng khác một cách tự nhiên – ví dụ như một con mắt nháy.

Hạn chế

Để tinh chỉnh một hệ thống điều khiển giúp dễ thao tác hơn, bạn có thể sử dụng các ràng buộc để tự động kiểm soát vị trí, hướng hoặc tỷ lệ. Có nhiều loại khác nhau – ràng buộc hướng điều khiển hướng của một đối tượng sao cho nó hướng về một đối tượng khác trong khung cảnh, chẳng hạn như hướng nhìn của mắt. Các ràng buộc điểm khiến một đối tượng phải tuân theo đối tượng khác, còn các ràng buộc vectơ buộc hướng của chuỗi động học nghịch đảo phải tuân theo đối tượng khác, ví dụ như điều khiển hướng khớp gối.

Đường cong điều khiển

Bất kỳ thuộc tính nào có thể tạo hiệu ứng động đều có thể có một đường cong hoạt ảnh cho phép bạn xem các giá trị thay đổi của thuộc tính dưới dạng các đường trên đồ thị, thay vì các đường thẳng chỉ hiển thị khi các khung hình chính xảy ra. Đường cong điều khiển hoạt ảnh có nhiều khóa đóng vai trò là các điểm điều khiển mà đường cong đi qua. Đường cong giữa mỗi khung hình chính của chuyển động hoạt hình xác định chuyển động giữa hai khung hình chính đó.