3D Studio MAX Teil 2

Einführung in 3D Studio Max
G.Hessler, Rechenzentrum
Rechenzentrum
Realisierung visueller Effekte bei der
Modellierung und Animation mit 3D
Studio MAX
Teil 2
photometrisches und globales Licht,
Inverse Kinematik,
Figurenerstellung und Animation
(Character Animation),
Spezialwerkzeuge (Hair, Cloth)
Einführung in 3D Studio Max
G.Hessler, Rechenzentrum
Anforderungen an eine 3D Animations-Software
Animation: Charakter-Animation und Videoerstellung
Beispiel: Character-Animation mit Audio-Synchronisation
D:\kurs_3dsmax\3dsmax_tut\3dsmax8/Tutorials/character_animation/character_animation/Commander_Lake
USB vortrag\3dsmax\Commander_Lake
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Anforderungen an eine 3D Animations-Software
Animation: Animation und Videoerstellung
Beispiele: Filmeffekte, Ingenieurwesen, Lichtdesign
D:\kurs_3dsmax\3dsmax_tut\3dsmax5/Tutorials/Space/Explosion.avi
USB vortrag\3dsmax\Explosion.avi
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Photometrisches Licht
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Photometrische Lichtquellen simulieren 'echtes Licht'. Räume werden
insbesondere mit Radiosity wesentlich naturgetreuer beleuchtet, da
Lichtreflexionen berücksichtigt werden.
Radiosity muß im Renderer aktiviert werden. Szenen mit photometrischem Licht
erfordern zeitintensive Berechnungen.
Aktivierung über Register: Erstellen => Lichtquellen => Kategorie Photometrisch
1) Raum modellieren,
2) Photometrisches Licht setzen und Lichtparameter einstellen,
3) im Renderer-Register erweiterte Beleuchtung auswählen,
4) Radiosity aktivieren,
5) unter Radiosity Verarbeitungsparameter Belichtungssteuerung auf automatische
Belichtung einrichten und Rollout für automatische Belichtungssteuerung wählen
und Rendervorschau aktivieren.
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Photometrisches Licht
6) Radiosityberechnung starten,
7) es können weitere Umgebungsparameter (Dunst)
definiert werden,
8) bei Parameteränderung
zurücksetzen und erneut
starten,
8) Szene rendern,
Im Renderer-Register 'erweiterte Beleuchtung'
automatische Belichtungssteuerung einrichten.
Rollout automatische Belichtungssteuerung und
Rendervorschau.
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Globales Licht
Register: Erstellen => Systeme => Objekttyp Sonnenlicht, Tageslicht
Sonnen- und Tageslichtsysteme sind geographisch orientiert. Ein
Objekt wird durch einen Kompaß korrekt im Raum positioniert und das
Licht in Abhängigkeit von geographischer Lage, Jahres- und Tageszeit festgelegt.
1) Aufziehen des Lichtsystems mit Kompaß,
2) Kompaß über eine Rotations-Transformation ausrichten,
3) bei aktiviertem Licht über das Register Bewegung die Zeit- und
Geographie-Parameter einstellen,
4) im Register Ändern die Licht-Parameter (Helligkeit, Schatten etc.)
einstellen.
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Character Animation
Basisobjekte zur Erstellung eines Characters
Geometrie-, Kontur- und zusammengesetzte Objekte
Positionieren und Skalieren
Ungeeignet zur Character-Modellierung:
Parametrische Modellierung
geometrisches Objekt parametergesteuert modifizieren,
Anwenden parametrischer Modifikatoren (Biegen, Rauschen, Verjüngen,
Schmelzen u.a.).
Modellierung über Netze
Objekt in Netz, Polygon, Patch
oder bearbeitbaren Spline
umwandeln,
Scheitelpunkte, Kanten, Flächen, Polygone individuell
bearbeiten und weitere NetzModifikatoren anwenden
(MeshSmooth, MultiRes u.a).
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Character Animation
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Zur Animation eines Characters
wird zunächst über ein bearbeitbares Netz ein Character (individuelle
Form (Hülle)) modelliert,
wird ein (Knochen-)Gerüst (Bones, Biped) erstellt, welches ein
gekoppeltes System mit inverser Kinematik (IK) darstellt und das
parametrisch oder individuell bewegt werden kann,
wird das Gerüst an das bearbeitete Netz (Character) angepaßt,
muß das Gerüst über geeignete Modifikatoren (Haut, Physique) an das
Netz (Character) gekoppelt werden.
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Character Animation
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1) Modellieren eines Characters (Hülle)
3D => Erstellen eines parametrischen 3D-Objekts und Weiterbearbeitung
als Netz-, Polygon-, NURBS-Objekt,
2D => Erstellen von 'bearbeitbaren' Splines (Profile) in verschiedenen
Ebenen. Diese werden im Raum miteinander verbunden und
müssen drei- oder viereckige Polygone bilden. Anschliessend wird
dann der Oberflächen-Modifikator angewendet.
Eine fertige Hülle kann z.B. mit dem MeshSmooth-Modifikator geglättet
werden.
Zur Reduktion von Rechenzeit ermöglicht der Modifikator MultiRes eine
Reduktion der Scheitelpunkte bzw. Polygone.
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Character Animation
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Einschub: Basis der Character Animation
=> inverse Kinematik
Festlegung einer inversen kinematischen Interaktion (Kette) zwischen
verknüpften Objekten bei Objekthierarchien,
Die einfache Verknüpfung (via Schalter Verknüpfung auf der Hauptsymbolleiste) verbindet nacheinander alle Objekte einer kinematischen
Kette mit dem (unabhängigen) Basisobjekt.
Die inverse kinematische Verknüpfung berücksichtigt die Wechselwirkungen zwischen den Elementen einer kinematischen Kette.
Über das Menü Animation => IK Berechnung => VA/VU Berechnung
wird eine kinematische Kette zwischen dem (zuvor ausgewählten)
Endelement und dem auszuwählenden Basiselement generiert.
Für jedes Kettenelement müssen nachfolgend über das Register =>
Hiercharchie => IK-Berechnung die Parameter für die Kette eingestellt
werden. VU-Berechnung (verlaufsunabhängig) beinhaltet Drehgelenke
(Bones), die VA-Berechnung Dreh- und Gleitgelenke (Maschinen).
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Character Animation
2) Aufbau eines animierbaren Gerüsts
Das Werkzeug Biped ist ein fertiges Modell eines
(menschlichen) Skeletts und bietet viele Erweiterungsmöglichkeiten.
Das Werkzeug Bone ist das primäre Werkzeug für
ein animierbares Gerüst und ermöglicht eine individuelle Anpassung.
Bones werden erstellt über das Bone-Werkzeug
unter Erstellen => Systeme => Bones oder über das
Bone Hilfsmittel-Fenster zum Erstellen komplexer
Gerüste => Menü: Animation (zum Editieren).
Alle Komponenten eines Gerüsts müssen miteinander verknüpft werden (vorwärtsgerichtete und
inverse Kinematik).
Bone-Hilfsmittel
im Menü: Animation
Objekttyp Bones
im Register Erstellen:Systeme
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Character Animation
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2a) Arbeiten mit Bones
Bone-Systeme sind gegliederte hierarchische Objekt-Verbindungen. Sie bilden die
Grundlage für die Figurenanimation. Bones werden miteinander jeweils durch
VUIK-Ketten (verlaufsunabhängig, Drehgelenke) verbunden.
einfache Bone-Kette erzeugen : Register Erstellen => Systeme => Bones oder Menü:
Erstellen => Systeme => Bones-IK-Kette,
Bone-Kette erzeugen (Beenden durch Doppelklick). Das erste Bone-Elemente stellt das
Basis- oder Stammobjekt der IK-Kette dar. Die Bearbeitung erfolgt über: Menü:
Animation => Bone-Hilfsmittel (Verändern der Kette und Editieren einzelner Bones).
Die Wechselwirkung zwischen den Elementen einer Kette wird durch VUIK-Ketten
zwischen den Bone Elementen und der Basis festgelegt.
Jede IK-Kette wird unabhängig gesteuert und stellt ein Objekt bestehend aus Basis
und Endeffektor dar.
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Character Animation
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2a) Bone Hilfsmittel
Bones erstellen: mit Maus ziehen und Klicken und mit Doppelklick beenden KettenendBone),
Bones entfernen: Bone auswählen und löschen; die Bone-Kette bleibt erhalten => ein
untergeordneter Bone wird verlängert, IK muß – falls eingerichtet - neu initialisiert
werden,
Bones löschen: ein Bone wird aus Kette entfernt und Kette unterbrochen,
Bone-Bearbeitungsmodus: Bones können hinsichtlich ihrer Länge angepaßt werden,
Bones verbinden: zwischen zwei Ketten wird ein Bone eingefügt (Bone auswählen und
von der Bone-Spitze die gedrückte Maustaste zur Basis des Folge-Bones ziehen),
Stamm neu zuweisen: die Bone-Kette wird umkehrt,
Filtern: Bone Gerüst verfeinern,
Spiegeln: Bone-Kette in beliebiger Richtung dupplizieren.
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Character Animation
2b) Aufbau eines animierbaren Gerüsts mit Biped
Register: Erstellen, Ändern, Hierarchie, Bewegung,
Anzeige, Dienstprogramme
Objektkaterogien zum Register Erstellen:
Systeme
Rollout zu Systeme:
Standard
Objekttyp:
Bones, Ringanordnung, Sonnenlicht, Tageslicht,
Biped
Objektname und Farbe
Standard z.B. Quader01 und zufällige Farbe
Parameterangaben mit diversen Rollouts:
zum Objekt Biped
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2b) Erstellen eines Bipeds
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Ein Biped wird über
das Stamm-Objekt
Bip01 (Namensliste)
für Translation und
Rotation ausgewählt.
Alle Änderungen
erfolgen über das
Register Bewegungen => Rollout
Struktur.
Über das Ändern
Register ist keine
Modifikation möglich !
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Character Animation
Rechenzentrum
2b) Bearbeiten eines Bipeds über das Register
Bewegungen
Figurenmodus - Skelett wird in ein NetzObjekt eingepaßt und – im Rollout Struktur
– bearbeitet (Skelettform, Körpertyp),
Schrittmodus – Schrittfolgen generieren
und bearbeiten,
Bewegungsflußmodus – Editieren und
Verwalten komplexer Bewegungsabläufe,
Mischermodus integriert eine Bewegung in
eine Szene.
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Character Animation
2b) Bearbeiten eines Bipeds (Figurmodus)
zur Festlegung von Bewegungen und zur
Einpassung in eine (starre) Hülle.
Definieren von Keys und Spezialkeys
(Aufsetzkey (Kniebeuge)),
Kopieren/Einfügen: Speichern und Einfügen von wiederkehrenden Stellungen
eines Bewegungsablaufs => Schnappschüsse,
Figurmodus aktivieren,
Rolllout: Modi und Anzeige,
Spurauswahl zur Verschieben und
Drehen und zum Anpassen des Bipeds
an eine Hülle (z.B. symmetrische
Anpassungen),
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Character Animation
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2b) Animieren eines Bipeds (Schrittmodus)
Schrittoperationen:
Keys für Schrittfolge berechnen,
Schrittfolge deaktivieren,
Schritte löschen,
Schrittfolgen kopieren und einfügen,
Zum Biegen und Skalieren muß zuvor ein Schrittbereich ausgewählt werden,
Schritterstellung:
Schritt anhängen ,
Schritt beim aktuellen Frame einfügen ,
Schrittfolgen vorgeben,
Schrittmodus: gehen, laufen, springen
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3) Verbinden von Hülle und Skelett
(Modifikatoren Haut, Physique)
Rechenzentrum
Nach separater Erstellung eines Netzes (Hülle, Character) und eines Skeletts (Biped, Bones) wird das Netz an das Skelett angepaßt. Nach Anwendung der Modifikatoren Haut oder Physique wird die Bewegung des Skeletts auf die Hülle
übertragen. Animiert wird stets nur das Gerüst (Biped).
Der Hüllen-Modifikator Haut oder die Weiterentwicklung Physique wird auf die Hülle
angewendet und das zugeordnete Skelett eingebunden. Nachfolgend können um
die Bones Einflußradien festgelegt werden, die bestimmen, ob und wie die Hülle
auf eine Bewegung des Skeletts reagiert.
Beim Modifikator Physique brauchen die Einflußradien nicht individuell eingestellt
werden => Modifikator Physique auf Geometrie anwenden und Hülle aktivieren. Dann Schalter 'an Knoten befestigen' aktivieren und nachfolgend den
Basis- oder Stammknochen (Bone 1) anklicken.=> Es wird das Physique Initialisierungsfenster aktiviert. Nach Einstellung der relevanten Parameter wird hierin
die Initialisierung gestartet.
Achtung: Hülle darf nicht zu weit 'überstehen', da Einflußradius dann undefiniert !
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Character Animation
3a) Verbinden von Hülle und Skelett
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(Modifikator Haut)
Das Skelett wird in die Hülle eingepaßt und über den Modifikator
Haut miteinander verbunden.
Dieser legt den
Einflußbereich zwischen Bone-Objekten und Hülle fest.
Das Untermenü
Hülle bearbeiten
aktiviert den Bearbeitungsmodus.
Vor der Bearbeitung müssen alle Bone-Objekte, deren Bewegung
auf die Hülle übertragen werden soll, ausgwählt werden. Schalter
Hinzufügen öffnet das Objekt-Auswahlfenster.
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Character Animation
3a) Verbinden von Hülle und Skelett (Modifikator
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Haut)
Der Einflußbereich
(innere, äußere
Hülle legt fest ob
ein Scheitelpunkt
nicht, eingeschränkt
oder genau der
Skelettbewegung
folgt. Die Einflußbereiche können
interaktiv angepaßt
werden.
Anschließend kann
die Hülle über die
die Bewegung des
Skeletts gesteuert
und animiert werden.
Ist der Einflußbereich zu klein, bleibt bei Animation der Gitterpunkt der Hülle im Raum stehen !
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Character Animation
3b) Verbinden von Hülle und Skelett
(Modifikator Physique)
Das Skelett wird in die Hülle eingepaßt und kann mit
dem Modifikator Physique an die Hülle gebunden
werden.
Das Untermenü Hülle aktiviert den Bearbeitungsmodus.
Über das Rollout Gleitende Bones wird das Gerüst
(Bones) eingefügt.
Im Rollout Physique wird über den Schalter an
Knoten befestigen und nachfolgender Anwahl der
Gerüstbasis (Stamm => Bone 1) das Initialisierungsfenster gestartet.
Nach Start des Initialisierungsschalters werden
Hülle und Gerüst miteinander verbunden.
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Character Animation
3b) Verbinden von Hülle und Skelett (Modifikator
Rechenzentrum
Physique)
Nach Anwahl des Unterobjektes
Hülle wird ein weiteres Parameterfeld eingeblendet und es können
nach Anwahl eines Bones z.B.
Hüllenparameter wie die Radiale
Skalierung eingestellt werden.
Alle Einstellungen zur Initialisierung
erfolgen über das Intitialisierungsfenster.
Nach Veränderungen von Hülle oder Gerüst wird die Initialisierung
über den Schalter Neu Initialisieren angepaßt
Mit dem Wölbungseditor kann das Hüllenverhalten an Gelenken
eingestellt werden.
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Zuweisen von animierbaren Haaren mit dem Modifikator Fur/Hair
1) Objekterstellung und Umwandeln in Polygone,
2) Modifikator Fur/Hair unter Weltmodifikatoren oder im Menü Modifikatoren auswählen,
3) über das Untermenü Polygon des Modifikators Hair/Fur Regionen für Haarwuchs
auswählen,
4) Auswahl dieser Fläche zuweisen (Auswahl aktualisieren),
5) 'allgemeine Parameter' (Dichte, Skalierung, Länge etc.) einstellen,
6) über das Styling-Werkzeug des Hair-Modifikators können die Haare interaktiv
gestaltet werden (Hair-Styling aktivieren
7) Größe (Aktionsradius) des Auswahlwerkzeugs (Schere, Bürste) anpassen,
8) Styling wählen => Kräuselungsparameter etc.,
9) Rendering durchführen (ggf. zeitintensiv !),
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Zuweisen von animierbaren Haaren mit dem Modifikator Fur/Hair
Hair/Fur-Werkzeug
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Entwickeln von animierbaren Textilien mit dem Modifikator Cloth
1) Objekterstellung Stoff und Träger (z.B. Ebene, Zylinder => bearbeitbares Polygon),
2) dem Stoffobjekt den Modifikator Cloth oder Stoff zuweisen ,
3) Object Properties aktivieren, Stoffobjekt(e) auswählen und Cloth aktivieren,
4) Ggf. Cloth Forces zuweisen (z.B. Wind),
5) Stoffbereiche (z.B. Fahne) fixieren über die Unterkategorie Group (Scheitelpunkt
auswählen,
6) im zugeordneten Rollout Group 'Make Group' für die ausgewählten Scheitelpunkte
aktivieren und Gruppe generieren,
7) im Group Rollout: Initialize und SimGrp wählen und auf Stoff (Ebene) klicken,
8) auf der Cloth-Hauptebene Simulate starten,
9) Ggf 'set initial state' oder 'reset state' anklicken,
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Entwickeln von animierbaren Textilien mit dem Modifikator Cloth
Cloth:
neu integriertes
Werkzeug
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Werkzeuge zur Design Visualization
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Beispiele: Innenarchitektur/ Design
Verfügbare Objekte: Treppen,
Türen, Fenster, AEC-Objekte,
Wände, photometrisches Licht
inklusive Reflektionen (Radiosity).
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Weitere 3D Studio Max Anwendungen
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Architektur, planetarisches Licht
Maschinenbau
Rekonstruktion
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