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Animação Digital Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Dr. Pedro Henrique Cacique Braga Revisão Textual: Prof.ª Esp. Kelciane da Rocha Campos Rigging Básico • Introdução; • Configuração do Ambiente; • Preparação do Modelo 3D; • Rigging; • Controle das Pernas; • Cinemática Inversa; • Controladores; • Binding. • Apresentar o processo de construção de um esqueleto para personagem tridimensional simples para animação básica; • Criar o esqueleto da perna do personagem para apresentar os principais conceitos de cinemática para animação. OBJETIVOS DE APRENDIZADO Rigging Básico Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Rigging Básico Introdução A Animação Digital 3D é o processo em que objetos modelados tridimensio- nalmente são apresentados em diferentes poses, a fim de dar ao espectador a ilusão de movimento do(s) modelo(s). O processo requer um cauteloso estudo das poses e gestos desejados, para que possam ser reproduzidos com fidelidade no ambiente digital. Entende-se por animação orgânica o processo em que os modelos representam personagens do filme ou jogo. A modelagem inorgânica, por sua vez, se refere aos elementos abióticos do cenário que compõem a cena. Walt Disney (1956) afirmou em uma de suas séries televisivas que a animação pode fazer o uso do chamado Absurdo Plausível. Isto quer dizer que algo que é impossível na realidade pode ser possível na fantasia da animação. Como muito re- tratado em suas animações, seres inanimados podem tomar vida e se comportarem como personagens na trama de um roteiro. É importante percebermos que a criação de um personagem requer uma pesquisa de referências reais, mesmo para os personagens improváveis. Pense, por exemplo, no Tapete Mágico do clássico desenho Aladin. Para que sua animação pudesse ser convincente e que os espectadores pudessem crer que um tapete poderia ter vida, foi necessário que ele assumisse traços de personalidade de um ser vivo. Neste caso, um cachorro foi escolhido como base de referência, o que é possível perceber em diferentes momentos do filme. Nesta unidade trabalharemos com a movimentação de personagens tridimen- sionais com base em referências reais. Caso a modelagem dos personagens seja baseada em elementos inanimados, assumiremos que eles se comportam como seres vivos e tomaremos as suas referências como principal ponto de partida para a animação. Para este trabalho, optamos pela ferramenta de modelagem e animação Blender (FOUNDATION, 2018), por ser uma poderosa plataforma de criação de ambientes tridimensionais interativos. O software oferece diferentes opções de personalização e um conjunto completo de ferramentas de animação que será suficiente para este trabalho, como mostra a Figura 1. 8 9 Figura 1 – Blender Fonte: Acervo do Conteudista Nota-se ainda que existem inúmeros outros ambientes de modelagem/animação que poderiam ser escolhidos, como 3D Max, Maya ou ZBrush, por exemplo. Todos eles são amplamente utilizados no mercado como ferramentas oficiais e apresen- tam todos os processos apresentados aqui. É muito comum acompanharmos discussões sobre qual destes ambientes é o melhor, entretanto vale ressaltar que todos permitem o mesmo trabalho de anima- ção básica, fazendo com que a prática diária é que determine a afinidade maior por um ou por outro. Configuração do Ambiente O Blender é um sistema que conta com um grande número de atalhos no te- clado para facilitar e agilizar as tarefas de modelagem e animação. Para que o seu trabalho seja produtivo, é sugerido o uso de um mouse, mesmo em notebooks que possuem um bom trackpad. A troca entre as diferentes visões ortográficas do ambiente é feita com as teclas numéricas. Caso você esteja em um computador desktop ou notebook sem o teclado numérico, é possível emulá-lo com uma configuração simples. Para isso, acesse o menu de preferências: File > User Preferences e marque a opção Emulate Numpad, como mostra a Figura 2. 9 UNIDADE Rigging Básico Figura 2 – Emulate Numpad Fonte: Acervo do Conteudista Você pode, ainda, emular o botão do meio do mouse, caso tenha um dispositivo sem esta funcionalidade. Habilite, para isso, a opção Emulate 3 Button Mouse. Importante! Se você não salvar as preferências de usuário, sempre que abrir um novo arquivo será preciso redefini-las. Importante! Preparação do Modelo 3D A fim de priorizar o desenvolvimento de Figura 3 – Personagem Buckid Fonte: Acervo do Conteudista animações, para esta unidade usaremos o modelo de personagem criado por Zubuyer Kaolin (2018), chamado Buckid. Originalmente, este personagem foi modelado e animado usando-se o software Maya. Este personagem foi simplificado e portado para o Blender, para que seja o modelo auxiliar para o aprendizado da animação. Este modelo, apresentado na Figura 3, possui o modelo de licença MIT para uso livre. É impor- tante que sejam dados os créditos ao autor caso você opte por utilizá-lo em seu portfólio pessoal de animações. O personagem Buckid é composto por formas básicas, conhecidas como pri- mitivas no Blender. Percebe-se que as formas são desconexas, unidas apenas pelo posicionamento das mesmas, gerando o contexto do personagem. 10 11 Para que você aproveite ao máximo esta unidade, é importante que você siga as práticas aqui apresentadas. Utilize o arquivo personagem.blend, disponível junto aos arquivos da disciplina. A Figura 3 apresenta o Buckid na vista em perspectiva, enquanto a Figura 4 mostra o personagem nas vistas frontal e lateral (atalhos 1 e 3 no teclado numérico). Figura 4 – Pose básica para animação Fonte: Acervo do Conteudista Quando você estiver trabalhando com a modelagem de seu personagem para animação, é importante que ele seja criado em uma pose padrão para facilitar o seu processo de preparação. Esta pose normalmente apresenta os braços abertos em T, como na Figura 4, ou na diagonal para baixo, como uma letra A. Rigging Inspirados na movimentação do corpo humano, vamos determinar, no modelo a ser animado, quais são os pontos que representam as juntas do modelo, isto é, a conexão entre os ossos imaginários dele, que servem como pivôs dos principais movimentos. Estas juntas estarãorepresentadas nos ombros, cotovelos, punhos, quadris, joelhos, calcanhares e quaisquer outros pontos de articulação necessários para a movimentação das partes do modelo. Rigging: O processo de determinação de articulações e ossos do modelo em Animação Digital. Controle das Pernas Começaremos o nosso processo de rigging identificando as articulações e ossos das pernas do personagem Buckid. A Figura 5 apresenta os possíveis pontos de articula- ção do modelo. Perceba que as juntas comuns foram marcadas com círculos maiores, enquanto os pontos de controle auxiliar foram marcados com círculos menores. 11 UNIDADE Rigging Básico É muito importante criar esboços, como na Figura 5, para que haja um planejamento do esqueleto antes de implementá-lo digitalmente. Assim, podemos planejar os movimentos do personagem e encontrar os pontos de controle auxiliar. No caso do Buckid, foram coloca- dos pontos no tornozelo e na ponta do pé, para que haja uma conexão mais realista entre os ossos. Agora que temos uma noção dos pontos articula- dos, podemos começar com o processo de criação do rig do modelo. Criaremos o esqueleto de apenas uma das pernas. Mas não se preocupe, mais adian- te criaremos um espelhamento do modelo para a outra perna. Para facilitar a sua visão espacial, altere para a câmera ortográfica, na visão direita. Figura 6 – Câmera ortográfica e visão lateral direita Fonte: Acervo do Conteudista A Figura 6 mostra o processo de troca de câmeras usando o menu View na barra inferior. Entretanto, perceba que para cada menu, existe um atalho, indicado ao lado. A troca entre câmeras em perspectiva ou ortográfica é feita com o atalho (Numpad 5), enquanto que a troca para a vista lateral direita é feita com o (Numpad 3). Para adicionar o esqueleto (ou armadura) do nosso personagem, vamos usar o menu Add > Armature > Single Bone, localizado na barra inferior de menus. Você pode simplificar o acesso pressionando Shift + A. É importante notar que o osso aparecerá onde o cursor estiver localizado. Para termos menos trabalho de posicio- namento, clique com o botão esquerdo sobre a junta do quadril do Buckid antes de selecionar o menu de armadura, como mostra a Figura 7. Figura 5 – Pontos de articulação da perna Fonte: Acervo do Conteudista 12 13 Figura 7 – Adicionando um osso simples Fonte: Acervo do Conteudista O resultado desta operação será um osso posicionado a partir do ponto selecio- nado, como pode ser visto na Figura 8. Figura 8 – Primeiro osso da perna Fonte: Acervo do Conteudista Observe que um osso é uma composição dos elementos representantes das jun- tas e um elemento representando o próprio osso. É muito importante alternarmos entre as vistas frontal (Numpad 1) e lateral direita (Numpad 3) para posicionarmos a base do osso no local correto (que seria no centro da esfera que representa a junta, no modelo, como mostra a Figura 9). 13 UNIDADE Rigging Básico Importante! Lembre-se de alternar entre as vistas frontal, lateral e perspectiva sempre para conferir o posicionamento dos elementos em cena. Importante! Perceba, ainda, que ao movermos a junta para dentro da esfera, não mais po- deremos visualizá-la. Para contornarmos este problema, podemos habilitar o modo Raio-X, que nos permite visualizar e manipular o esqueleto em sobreposição com o modelo tridimensional. Figura 9 – Junta do quadril, visões lateral e frontal Fonte: Acervo do Conteudista Para habilitar o modo Raio-X, selecione o esqueleto inserido e, em seguida, o menu Armature, na aba lateral direita. Habilite, então, o modo X-Ray, como mostra a Figura 10. Figura 10 – Modo de raio X Fonte: Acervo do Conteudista 14 15 Com o esqueleto completamente visível, posicione-o com a base no centro da esfera da articulação do quadril para que esteja coerente com o primeiro osso da perna, como na Figura 11 (a). Figura 11 – Posição correta do esqueleto da perna Fonte: Acervo do Conteudista Para posicionarmos adequadamente a segunda junta, é preciso que alternemos para o modo de edição do objeto. Para isso, pressione a tecla TAB do teclado, ou al- tere o modo de edição no menu inferior, trocando de Object Mode, para Edit Mode. No modo de edição, clique sobre a segunda junta e posicione-a junto ao joelho do personagem, como mostra a Figura 11 (b). É importante que este posiciona- mento seja feito no modo de edição e não no modo objeto, para que o esqueleto mantenha a sua orientação original, sendo alterada apenas a posição da segunda junta. Perceba este fato pelo gizmo na Figura 11, que mantém a orientação de X para a direita e Z para cima tanto em (a) quanto em (b). Pronto! O primeiro osso e suas juntas já foram inseridos corretamente. Lembre-se de alternar entre as câmeras para verificar se realmente estão na posição adequada. O próximo passo é adicionar os próximos ossos ligados a este, para que o esque- leto completo seja criado. A forma mais simples de criarmos o próximo osso na sequência é selecionar a junta final e realizar uma extrusão da mesma. Para isso, selecione a junta do joelho e pressione a tecla E, habilitando, assim, a ferramenta de extrusão. Caso queira ex- trudir o objeto em apenas um eixo, tecle em seguida a letra correspondente ao eixo. 15 UNIDADE Rigging Básico Neste exemplo, pode-se teclar E + Z para que a extrusão ocorra apenas no eixo Z, sem movimentar a junta nos outros dois eixos, como mostra a Figura 12 (a). Figura 12 – Esqueleto completo da perna Fonte: Acervo do Conteudista Para criar o restante dos ossos da perna, alterne para a vista lateral, para que possa visualizar completamente o espaço. As Figuras 12 (b) e 12(c) mostram como deve ficar o esqueleto completo da perna. Por fim, criaremos um novo osso na parte externa do tornozelo, para ajudar no controle do movimento do pé. Selecione a junta do tornozelo e faça uma extrusão em Y para fora. É importante lembrar que este osso não faz parte do esqueleto da perna, mas será útil para o movimento. Para separá-lo do pé, com o novo osso selecionado (o osso e não somente a junta final), pressione ALT + P e em seguida selecione Clear Parent, separando-o do esqueleto original. Esta ação fará com que suas transformações não afetem diretamente o esqueleto, a menos que digamos que assim seja. A Figura 13 mostra como o osso deve ficar. Figura 13 – Osso de controle do tornozelo Fonte: Acervo do Conteudista 16 17 Com este osso separado, precisamos ainda dizer que ele não deve ter influência na malha do objeto quando fizermos a conexão entre esqueleto e malha. No menu lateral direito, selecione a aba relacionada ao osso, indicado na Figura 14, e des- marque a opção Deform. Aproveite para dar um nome mais amigável ao osso, na parte superior do mesmo menu. Antes de adicionarmos a cinemática, você pode mover a junta do joelho le- vemente para a esquerda, para que a perna esteja levemente arqueada antes de ligarmos o movimento. Figura 14 – Desvinculando o osso da malha Fonte: Acervo do Conteudista Cinemática Inversa A Cinemática é a área da Física que estuda o movimento dos corpos. Na animação, assim como nos estudos de automação e controle, quando temos as coordenadas das juntas e queremos descobrir a posição de um atuador, tem-se a Cinemática Direta. A Cinemática Inversa, de forma análoga, trabalha com o movimento de um atu- ador para descobrir a posição no espaço para onde uma junta deve se movimentar. Por isso criamos o osso de controle, por exemplo. Assim podemos movimentar este atuador para descobrir a posição e orientação do pé. No Blender, para começarmos a trabalhar com a movimentação deste esqueleto, precisamos alternar para o Modo de Pose. Com o esqueleto selecionado, selecione a opção Pose Mode, no menu inferior, como apresentado na Figura 15. 17 UNIDADE Rigging Básico Figura 15 – Pose Mode Fonte: Acervo do Conteudista Para adicionar a cinemática inversa, selecione o osso de controle e em seguida o osso da perna que está imediatamente acima dele (clique no primeiro,segure o SHIFT e clique no segundo). Abra o painel de Constraints pressionando SHIFT + CTRL + C. Aqui você encontra as principais configurações de modificadores do objeto. Selecione Inverse Kinematics para adicionar a cinemática inversa aos ossos selecionados, como mos- tra a Figura 16. Figura 16 – Adicionando Cinemática Inversa Fonte: Acervo do Conteudista Para configurar as propriedades desta constraint, acesse o menu lateral direito e selecione o tamanho da cadeia de ossos a ser controlada. No nosso caso, dois ossos apenas (os dois mais próximos conectados ao controle), como pode ser visto na Figura 17. Você também pode usar o atalho SHIFT + I para adicionar uma constraint de Cinemática Inversa. 18 19 Figura 17 – Cadeia de controle Fonte: Acervo do Conteudista Você vai perceber que, ao movimentar o osso de controle, o esqueleto também será movimentado, rotacionando o pé do personagem para que se adeque ao mo- vimento de forma mais suave, como mostra a Figura 18. Figura 18 – Movimentação do osso de controle Fonte: Acervo do Conteudista Nosso controle básico da perna está quase pronto! Volte o esqueleto à posição básica e vamos adicionar o controle do joelho, para que ele possa se movimentar livremente. O processo é semelhante ao que fizemos no tornozelo: • Volte para o Edit Mode; • Crie um osso de controle para o joelho; • Desassocie este osso dos ossos do esqueleto (ALT + P – Clear Parent); • Desmarque o Deform no menu lateral; • Altere o nome do osso para controle_joelho. 19 UNIDADE Rigging Básico O resultado deve ser algo como na Figura 19. Figura 19 – Controle do joelho Fonte: Acervo do Conteudista Este controle será responsável pela abertura da perna quando houver o movi- mento de dobra do joelho. Alterne novamente para o Pose Mode e selecione o osso no qual foi aplicada a cinemática inversa (o que está meio amarelado). Na sequência, configure o Pole Target para apontar para a armadura e o Bone específico para o osso criado. Corrija também o Pole Angle para 180 graus, assim o pé estará orientado corre- tamente. Veja a Figura 20. Figura 20 – Configurações de Pole Target Fonte: Acervo do Conteudista O Pole Target é o controle da cinemática inversa que utiliza a translação de um objeto para controlar a rotação do esqueleto. Perceba que utilizamos uma transfor- mação para alterar a outra; enquanto que no controle do tornozelo, usamos a mes- 20 21 ma transformação: translação apenas. A Figura 21 apresenta o resultado obtido pela movimentação dos dois controles. Figura 21 – Movimentação dos controles do esqueleto Fonte: Acervo do Conteudista Controladores Você deve ter percebido que o controle do esqueleto está bem mais fluido agora com os ossos de controle. Entretanto, não é muito prático movimentarmos os ossos de controle quando precisamos determinar uma pose do objeto. Uma forma simples de resolvermos este problema é associarmos a forma do osso com outro objeto no espaço. No modo objeto, adicione dois círculos próximos ao joelho e ao tornozelo. Altere os seus nomes para que sejam mais práticos, como controlador_joelho e controlador_tornozelo, como mostra a Figura 22. Figura 22 – Controladores Fonte: Acervo do Conteudista 21 UNIDADE Rigging Básico Selecione o esqueleto e volte ao Pose Mode. Selecione o osso de controle do joelho e, no menu lateral relativo ao osso, vá até a parte de baixo do menu, na parte Display. Altere a propriedade Custom Shape para o controlador criado. Desta forma, o osso estará invisível, assumindo a forma do círculo de controle, como mostra a Figura 23. Habilite a opção wireframe para que você possa enxer- gar o seu controlador. No Object Mode, você pode apagar os círculos criados. Figura 23 – Controladores com formas customizadas Fonte: Acervo do Conteudista Por fim, para que o controlador do joelho siga o movimento da perna ao movimentar o controlador do tornozelo, selecione o círculo controlador do joelho e em seguida o osso superior da perna. Pressione CTRL + P e em seguida Keep Offset. Desta forma, o controlador será filho do osso superior, mas manterá a distância original. Binding O esqueleto da perna está pronto. Agora precisamos conectá-lo com a ma- lha modelada, para que seu movimento reflita o movimento do personagem. O processo de conexão do esqueleto com a malha é conhecido como Binding. A maior parte dos ambientes de modelagem e animação possui um método de binding automático. No Blender, volte para o Object Mode, selecione primeiro os objetos da perna e depois o esqueleto criado. Pressione CTRL + P e em seguida Armature Deform with Automatic Weights. O resultado da movimentação do esqueleto após o binding pode ser visto na Figura 24. 22 23 Figura 24 – Binding da perna Fonte: Acervo do Conteudista Experimente repetir o processo com a outra perna para que você fixe a sequência de passos! 23 UNIDADE Rigging Básico Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Vídeos Blender – Reverse Foot Rig BUGZILLA 2001. Blender - Reverse Foot Rig. https://youtu.be/dWgYP-ABNSk How to rig a leg and foot in Blender VILLAR, O. How to rig a leg and foot in Blender. https://youtu.be/0U3NjTvwdWI Rigging People | Blender | Quick | Beginner ABBITT, Grant. Rigging People | Blender | Quick | Beginner. https://youtu.be/cp1YRaTZBfw Blender tutorial: basics of character rigging LAGUE, Sebastian. Blender tutorial: basics of character rigging. https://youtu.be/cGvalWG8HBU 24 25 Referências DISNEY, W. Walt Disney’s wonderful world of color: the plausible impossible. Produção: Walt Disney. California, USA: Walt Disney Studios, 1956. FOUNDATION, BLENDER. Blender. Disponível em: <https://www.blender.org>. Acesso em: 16 set. 2018. KAOLIN, Zubuyer. HighEnd3D: Buckid Rig v2.2. Disponível em: <https:// www.highend3d.com/maya/downloads/character-rigs/c/buckid-for-maya#dialog_ license>. Acesso em: 16 set. 2018. 25
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