Покадровая анимация походки. Скелетная анимация в играх. Обзор техник и ресурсов Дополнительные материалы к уроку
Прежде чем рассказать конкретно об анимации ходьбы персонажа – немного унылого вводного текста, обязательного к прочтению:
Не так давно я решил для себя немного раскрыть тему , пока в хотя бы плоских в 2D. Существует много специальных программ на эту тему, но они зачастую довольно сложные для самостоятельного освоения, имеют какие-то ограничения, либо в них присутствует еще что-то херовое, которое мешает с ними дружить.
В общем я решил попробовать обойтись тем, с чем я более менее знаком на практике. В результате образовалась некая технология, с помощью которой я и хочу создавать небольшие плоские мульты. Суть технологии состоит в использовании фотошопа для создания кадров характерных и предметов, с объединением этих кадров в короткие мини клипы в программе для создания флэш анимации (в моем случае SwishMax), с последующим комбинированием их для создания готового мультфильма.
Звучит это все довольно непонятно и сложно, но если разобраться способ вполне рабочий. Ни в коем случае не хочу утверждать что этот путь оптимальный – но на данный момент мне подходит. Делюсь с теми, кому интересно.
Анимация ходьбы персонажа
1. Создаем персонажа путем на отдельных слоях частей тела, которые могут двигаться – в моем случае это: , тело, плечо, предплечье, кисть, бедро, голень, стопа (для конечностей все в двойном экземпляре – лево / право). Эти части можно вероятно называть спрайтами или типа того. Запихиваем эти спрайты в группу.
2. Создаем по-кадрово отдельные движения, в данном случае ходьбы, копируя группу спрайтов и меняя их расположение относительно друг друга в соответствии с движениями.
3. Экспортируем в отдельные кадры все движения.
4. Импортируем кадры в SwishMax (или другую программу для флэш) и создаем из отдельных кадров анимированные клипы. Либо можно просто создать анимированный гиф прямо в фотошопе если требуется, скажем просто создать идущую фигуру (замкнутый цикл) как на гифке в этой статье.
Подробности анимации ходьбы в видеоролике. Продолжение о том как действовать при сборке во флэш и превращении в видео файл mp4 – в дальнейших публикациях.
Кто не оставит комментарий, или не поделится в соцсетях – тот просто вонючка.
Взято с сайта: http://www.idleworm.com/
Перевод: muxacko
4. Рисуем позу отрыва.
(Не забывайте про то, о чем я говорил в прошлой части). Положите на стол чистую страницу, поставьте на ней №2, радом с номером напишите букву "R" и нарисуйте, как нога персонажа достигает земли. Сейчас персонаж находится в самой низкой точке всего цикла. Не надо сдвигать голову и туловище слишком далеко, иначе по невнимательности вы можете создать себе проблемы в будущем, которые будут связаны с неверным заданием направляющих дуг.
Я заметил (и это очень ценной наблюдение), что тело обычно опускается на расстояние равное? - 1 размеру головы. Этого вполне достаточно для того, чтобы сделать походку упругой. (Самая распространенная ошибка новичков состоит в том, что с первого до последнего кадра, высота фигуры остается неизменной).
Запомните: поза отрыва будет повторяться практически не меняясь в ходе всего движения персонажа:
То, на сколько вы опустите персонажа в позе отрыва, определяет вид направляющих дуг и расположение всех позиций между отрывом и следующей позой контакта. Приседая, персонаж как бы "ударяется" землю. Задняя нога отрывается, и руки максимально отходят от тела в результате силы удара о землю.
Теперь небольшое замечание о раскадровке походки.
Цикл (два шага - левой и правой ногой) занимает примерно секунду. Это означает, что персонаж делает один шаг за полсекунды. Для описания подобного механизма используется такой термин, как "ударный ритм", и к счастью, два удара в секунду являются стандартным музыкальным шаблоном (по крайней мере, я так считаю). Мы анимируем сцену, используя 12 кадров в секунду, следовательно, вся последовательность дальнейших рисунков будет выглядеть примерно следующим образом:
#01:контакт #02:отрыв #03: #04: #05: #06: #07:контакт (очень похож на №1, но происходит реверс ног и рук). #08:отрыв #09: #10: #11: #12: #13:контакт (копия №1, только немного правей).
Как вы можете видеть, полный цикл длится с кадра №1 по №12, начиная повторяться в №13. Я поместил отрыв сразу после контакта без промежуточных кадров, потому что из-за них походка могла бы выглядеть слишком мягкой. Контакт обычно должен переходить сразу в отрыв, без дополнительных кадров.
Как вы можете видеть, я не подписал кадр, соответствующий высшей точке. Я мог бы привязать его к №4, №5 или №6. Здесь все зависит от особенностей персонажа. Попытаюсь объяснить почему.
Если №4 будет верхней точкой, то походка станет похожей на следующее:
Как вы можете видеть выше, это делает персонажа "отпрыгивающим" от земли очень быстро, что придает легкости его походке.
Если верхняя точка будет соответствовать кадру №6, то походка будет выглядеть так:
Данная раскадровка делает подъем персонажа более медленным, из-за чего он кажется более тяжелым.
Я выберу нечто среднее и сделаю верхней точкой кадр №5:
Это более простая раскадровка: персонаж выглядит среднего веса, без всяких дополнительных особенностей. Тип персонажа - одна из тех вещей, которые вы должны определить перед тем, как начинать анимировать. Теперь мы можем взглянуть на всю последовательность еще раз.
#01:контакт #02:отрыв #03: #04: #05:верхняя точка. #06: #07:контакт (очень похож на №1, но происходит реверс ног и рук). #08:отрыв (похож на №2, происходит реверс рук и ног). #09: #10: #11:верхняя точка. (похож на №05, реверс рук и ног). #12: #13: контакт (копия №1, только немного правей).
Теперь у нас есть 3 основных ключевых кадра: №1, №2 и №5 и их близнецы: №7, №8 и №11. Все пустые места в последовательности будут промежуточными. Не будем больше о них беспокоиться. Теперь мы сосредоточимся на кадрах с №1 по №7, завершающих один шаг.
5. Рисуем верхнюю точку.
Положите чистую страницу. Как объяснялось ранее, это будет рисунок №5. Поставьте номер в верхнем правом углу листа. Обведите его. Повыше напишите маленькую букву "H". Теперь начнем рисовать.
При рисовании конечностей в позе верхней точки, вы обладаете большей свободой, чем при рисовании позы отрыва, т.к. передняя нога находится в воздухе, а руками можно широко размахивать. Это дает ряд дополнительных возможностей. Пример кадра, который я включил, достаточно типичен.
Самая важная вещь, которую необходимо правильно сделать - это нарисовать направляющие дуги для головы и тела. Ошибка в одном кадре повлияет на все промежуточные рядом с ним.
6. Добавляем временную диаграмму.
Перед тем, как идти дальше, вы должны добавить временную диаграмму для того, чтобы правильно задать расположение промежуточных кадров. Рисунки, которые мы закончили следующие: #01:контакт #02:отрыв #03: #04: #05:верхняя точка. #06 #07:контакт (с реверсом)
Временная диаграмма должна быть добавлена для кадров с №2 по №5. Временная диаграмма на №2 будет описывать позиции №3 и №4, как они переходят в №5. Диаграмма на №5 будет описывать положение в №6.
Положите №2 на стол. Под номером кадра в верхнем правом углу страницы вы добавьте диаграмму. Вот как она будет выглядеть:
Как можно увидеть, №4 - основной промежуточный кадр, который располагается посередине между двумя ключевыми кадрами. №3 это простой промежуточный кадр, который предназначен только для смягчения движения.
Следующая временная диаграмма рисуется на кадре №5. Положите его на стол и нарисуйте диаграмму под номером в углу. Она должны получиться примерно такой:
Здесь показано, что №6 будет единственным промежуточным кадром между №5 и №7. Теперь пришло время рисовать промежуточные кадры.
7. Рисуем основной промежуточный кадр (№4).
Проверьте, что направляющие линии лежат на столе. Над ними закрепите кадр №2. Поверх него №5. Сверху положите чистый лист. Включите подсветку. Теперь вы должны нарисовать кадр №4 (еще он известен, как позиция прохода (passing)). Некоторые считают его ключевым, но для простоты я воспринимаю его, как промежуточный. Я не разу не сталкивался с тем, что поза прохода была настолько же важна, как позы контакта, отрыва и верхней точки.
Вы должны попереключаться (пощелкать) между №4 и двумя ключевыми кадрами под ним (мы это делали при анимации мяча).
Напоминаю еще раз: следите за тем, чтобы во время ходьбы ваш персонаж следовал направляющим дугам. Когда вы закончите рисунок, расположите кадры №2,№4 и №5 друг за другом. Теперь вы можете прокрутить их, что бы увидеть, что они двигаются правильно (как это делать, объясняется в уроке про мяч).
Если на вашем промежуточном кадре вы видите ошибку, тогда надо снова закрепить рисунки в порядке №2, №5 и №4. Теперь вы можете переключать их снова, исправляя любые ошибки, которые могли возникнуть. Это утомительно, но является единственным возможным способом.
8. Рисуем оставшиеся промежуточные кадры.
Повторяем 7-й шаг для кадров с №3 по №6. Если вы сделаете их правильно, то получите первую половину цикла походки. Я надеюсь, что вы получили удовольствие, хотя и сомневаюсь в этом.
Теперь у вас есть стопка листов бумаги, пронумерованных от №1 до №7. Если вы закрепите их, то сможете прокрутить и, если что-то не так, увидеть допущенный ошибки. В случае возникновения ошибки, вам придется вернуться назад и повторять процесс, описанный на шаге 7 до тех пор, пока результат не удовлетворит вас.
9. Дорисовываем цикл (или иначе).
Повторите предыдущие шаги для завершения цикла. Вы должны будете нарисовать №13 (третья поза контакта). Просто нарисуйте №1 вместо №13, только правее. Длина одного шага равна 2м дюймам, следовательно, кадр №13 будет на расстоянии 4х дюймов от исходной точки.
Я надеюсь, это очевидно.
Вторая половина пути аналогична первой за исключением того, что руки и ноги будут на противоположных сторонах тела. На самом деле, для помощи мы можете использовать первую часть сцены. Поза отрыва №8 должна быть настолько похожа на №2, насколько это возможно, иначе походка может получиться неровной и даже более того - хромой.
10. Основное замечание касательно дуг.
Каждый сустав тела двигается по своей дуге. Поэтому, было бы хорошо следить за этим. Теперь попробуем разобраться с тем, как это делать.
Положите все свои рисунки на стол. Включите подсветку. Выберете часть тела, например правое запястье. Положите чистый лист поверх рисунков и поставьте небольшую точку в том месте, где на кадре №1 находится запястье. На этом же листе нарисуйте точку для позиции запястья для кадра №2 и т.д. По окончанию вы получите лист бумаги, который будет выглядеть примерно следующим образом:
Рисунок будет выглядеть таким образом только в том случае, если все правильно. Если вы допустили ошибку и направляющие дуги определены неправильно, он будет похож на следующий:
Если ваша походка выглядит гладкой и естественной, то и направляющие дуги буду гладкими, изогнутыми, имеющими естественную форму. Вы должны повторить процесс для каждой части тела, для проверки того, что все двигается правильно.
Если вы только начинаете заниматься анимацией, то рисуйте самых простых мультяшных персонажей. Даже и не пытайтесь подключать анатомию до тех пор, пока не будете уверенно изображать простые модели. Вот и все.
Другие
разновидности ходьбы
В предыдущих
упражнениях мы занимались воспроизведением обычной ходьбы. Однако персонажи
могут перемещаться множеством других способов: бежать, двигаться вприпрыжку,
волочить ноги, идти на цыпочках и т.д. Индивидуальность персонажа выражается
в походке, и многие художники-аниматоры считают, что она является ключевой частью
его характера. Походка персонажей Джона Уэйна, например, резко отличается от
походки героев Гручо Маркса. Узнаваемость персонажа подразумевает узнаваемость
его походки. Проанализируем несколько видов перемещения.
Бег
Бег - это
не просто ускоренная ходьба. Его лучше представлять не как постоянное падение,
а как серию прыжков вперед, во время которых тело намного сильнее, чем при ходьбе,
наклоняется вперед. В ней одна нога всегда касается земли, а во время бега иногда
обе ноги находятся в воздухе. Размеры таких прыжков превышают максимально возможную
длину шага при ходьбе.
Другие
разновидности ходьбы
Один шаг при
беге может занимать всего несколько кадров. Если вы хотите показать очень быстрый
бег, необходимо использовать размытие в движении, чтобы избежать стробоскопического
эффекта при движении ног и стоп. Посмотрите на бегущий персонаж и обратите внимание
на различия между ходьбой и бегом. На рисунках показаны фазы бега. Рис. 9.15
иллюстрирует положение, в котором нога соприкасается с землей: тело наклонено
вперед, а ноги разнесены гораздо дальше, чем во время ходьбы. Потом нога касается
земли и принимает позицию отдачи, благодаря чему смягчается толчок. Как и при
ходьбе, это самая низкая точка цикла. Под действием импульса тела нога сгибается
еще сильнее. Для удержания равновесия центр тяжести тела находится над ногой,
касающейся земли (рис. 9.16). Следующая поза аналогична проходной, которая возникает
в середине шага. В этой точке цикла находящаяся на земле нога толкает тело вверх
и вперед (рис. 9.17). Самая высокая точка цикла возникает в момент, когда тело
оторвалось от земли (рис. 9.18). И наконец, нога касается земли и начинается
новый прыжок (рис. 9.19). Как и при ходьбе, вторая половина цикла должна быть
зеркальным отражением первой. Вес тела распределяется таким образом, что его
центр тяжести находится над ногой, касающейся земли.
Рис. 9.15.
Нога соприкасается с землей
Рис. 9.16.
Касающаяся земли нога смягчает толчок
Рис. 9.17.
Находящаяся на земле нога толкает тело вверх и вперед
Рис. 9.18.
Тело оторвалось от земли
Рис. 9.19.
Нога касается земли, и начинается новый прыжок
Бег
вприпрыжку
Бег вприпрыжку
- еще один вид перемещения, резко отличающийся от ходьбы. Персонаж подскакивает,
оттолкнувшись от земли ногой и приземляется на нее же, а затем меняет ногу и
выполняет следующий прыжок. Хотя рисунок движения стоп меняется, основные принципы
соблюдения равновесия остаются неизменными. Таз, плечи и позвоночник персонажа
движутся согласованно для поддержания равновесия скелета. Далее на рисунках
представлены кадры анимации, созданной Энджи Джоунс, которые демонстрируют основные
движения ног и тела. Бет вприпрыжку начинается практически так же, как и ходьба,
- ноги разнесены (рис. 9.20). Но такой бег в основном осуществляется на носках
ног. Затем вес переносится на выставленную вперед ногу (в данном случае на передний
носок), как показано на рис. 9.21. Следующая фаза: одна нога отталкивается от
земли, в результате чего персонаж совершает небольшой прыжок или скачок, другая
движется вперед по мере поворота таза (рис. 9.22). В середине прыжка отставленная
назад нога перемещается в сторону движения тела, выставленная вперед конечность
высоко поднята и сильно согнута в колене (рис. 9.23). Наконец, персонаж приземляется
на отставленную назад ногу, а другая все еще поднята (рис. 9.24).
На компакт-диске
в папке Chapter09 имеется видеоклип Skip, демонстрирующий бег вприпрыжку.
Рис. 9.20.
Начальная фаза, ноги разнесены
Рис. 9.21.
Вес переносится на одну ногу
Рис. 9.22.
Совершается прыжок
Рис. 9.23.
Изменение положения ног
Рис. 9.24.
Приземление на одну ногу
Рис. 9.25.
Земли касается и другая нога
Крадущаяся
походка
Аниматоры
любят воссоздавать в фильмах ходьбу на цыпочках - разновидность основной ходьбы,
в которой персонаж идет на носках. Обычно ее используют, чтобы показать бесшумное
движение героя. Походка крадущегося человечка, анимация которой была выполнена
также Энджи Джоунс, начинается как обычная ходьба, с той лишь разницей, что
персонаж стоит на носках (рис. 9.26). Центр его тяжести смещается, поэтому герой
вытягивает руки. Затем он принимает позицию отдачи. Обратите внимание, что стопы
находятся очень близко к земле, чтобы облегчить удержание равновесия (рис. 9.27).
Следующая позиция - проходная. При ходьбе на цыпочках стоящая на земле нога
не выпрямляется, как при обычной ходьбе (рис. 9.28). Перед тем как свободная
нога коснется земли, персонаж на 1 клоняется для удержания равновесия
(рис. 9.29). На этом цикл завершен, и можно начать следующий шаг с другой ноги
(рис. 9.30).
Рис. 9.26
Персонаж стоит на носках
Рис. 9.27
Позиция отдачи
Рис. 9.28
Проходная позиция
Рис. 9.29
.
Персонаж немного наклоняется
Рис. 9.30
Цикл завершен
Анимация
ходьбы на четырех ногах
По сравнению
с анимацией ходьбы на двух ногах воспроизвести ходьбу на четырех ногах вдвойне
сложнее. Прежде всего, анатомия большинства четвероногих животных (а также птиц
и динозавров) кардинальным образом отличается от анатомии приматов. Например,
лошадь перемещается, отталкиваясь от земли пальцами, так как ее «пятки»
находятся примерно на уровне колена человека.
Чтобы реалистично
имитировать перемещение на четырех ногах, придется изучить движение настоящих
животных. Возьмите с собой в зоопарк видеокамеру или просмотрите документальный
видеофильм о природе и постарайтесь понять механизм движения животных.
Четвероногие
животные передвигаются не только обычным шагом, их походка может быть не менее
разнообразной, чем у человека. Частота шагов животного увеличивается по мере
возрастания скорости. Различные темпы ходьбы и бега называются шагом, рысью
и галопом,
хотя далеко не все животные способны развивать большую
скорость. Например, слон всегда движется шагом и никогда не меняет походку -
лишь изменяет скорость.
Когда лошадь
идет шагом, ее ноги перемещаются почти так же, как руки и ноги человека: если
правая задняя нога отставляется назад, правая передняя нога выносится вперед,
а левые ноги движутся в противоположном направлении (рис. 9.31). При смене шага
все меняется. При беге полным галопом передние ноги лошади движутся синхронно
и выносятся вперед и назад почти одновременно. Задние ноги движутся также синхронно
(рис. 9.32).
Рис. 9.31.
Шаг
Существует
прием, позволяющий придавать четвероногим персонажам «мультяшный»
вид. Вспомните цирковую сцену, в которой два клоуна изображают лошадь. Подобную
ходьбу можно воссоздать как перемещение на двух парах ног, задав разные ограничители
в суставах и сконструировав комбинацию тел.
Рис. 9.32.
Галоп
Рис. 9.33
Кадр анимации мультипликационного героя
Задние ноги
изображенной на рис. 9.33 собаки сгибаются неправдоподобно для животного и напоминают
движение ног человека. Но мультипликационный характер персонажа позволяет художнику-аниматору
перемещать собаку таким образом.
Заключение
Анимация ходьбы - довольно специфичная задача, при решении которой необходимо правильно воспроизвести движение и вес персонажа, а также расположить части его тела, соблюдая баланс между ними. Овладев основами имитации ходьбы и бега, вы постепенно научитесь изменять движение персонажей, и их походки будут различаться в зависимости от настроения или характера. Подобно тому, как музыканты вначале разучивают гаммы, а потом" овладевают импровизацией, художники-аниматоры познают механизмы ходьбы, чтобы впоследствии создавать яркие и запоминающиеся персонажи.
Стоимость услуг каждой представительницы древнейшей профессии, сотрудничающей с нашей компанией, представлены у нас на сайте. Поэтому каждый потенциальный клиент легко может убедиться в том, что секс- досуг сегодня доступный. Молодой юноша и опытный старец выберет девушку по своему вкусу.
Anima - это душа, отличающая живое от мертвого. Аристотелевская душа - это принцип движения, проявляющегося в четырёх видах: перемещение, превращение, убывание и возрастание. Спустя почти две с половиной тысячи лет мы используем те же категории в компьютерной графике. Скелетная анимация определяет перемещение, морфинг служит для превращений, а убывание и возрастание это обычное масштабирование. Анимированная графика оживляет образ, вдыхает в картинку душу, и это, на мой взгляд, даже важнее, чем достоверная игра света и тени.
Создание качественных скелетных 3D анимаций сегодня, пожалуй, самая труднодоступная для инди разработчиков задача. Вероятно поэтому так мало инди игр в 3D, и так много проектов в стилях пиксель арта или примитивизма, а также бродилок без персонажей в кадре. Но теперь это соотношение может измениться…
Попробуйте сосчитать количество разнообразных анимаций в Uncharted 4. По моим оценкам там около часа уникальных движений, не считая лицевой анимации (850 выражений по словам авторов). Подобные игры задают фантастическую планку качества.
Примеры анимации Uncharted 4 (>40мб GIF)
Если физический рендеринг и создание качественно освещенных статичных сцен становятся доступны энтузиастам благодаря мощным бесплатным игровым движкам и инструментам 3D моделирования, то создание хорошей анимации требует оборудования для захвата движений и длительной кропотливой работы по их внедрению. Одна из самых доступных систем это костюм neuronmocap стоимостью порядка $1.5к без учета доставки.
Мне не удалось отыскать примеров создания хотя-бы близкой по уровню анимации при помощи ручного кадрового подхода или какой-либо процедурной анимации. Максимум что возможно сделать вручную, на мой взгляд, - это простые удары, быстрые движения и стилизованная мультяшная анимация. Но как сделать реалистичную ходьбу по лестнице, где очень много деталей, связанных с переносном центра тяжести и балансом тела? Невозможно их все воспроизвести вручную. Может быть я ошибаюсь, и кто-нибудь покажет работы специалистов такого уровня?..
Все это я вспоминаю для того, чтобы оценить по достоинству щедрый подарок от Mixamo
. Он буквально открывает дверь на новый уровень для независимых разработчиков: компания Adobe
купила Mixamo, и теперь 2.5 тысячи скелетных анимаций для персонажей они отдают совершенно бесплатно "for unlimited commercial or non commercial use ":
www.mixamo.com
Еще пол года назад можно было их получить только выложив порядка $36 000 (ну или спиратив в сети). Помимо анимаций компания также предлагает бесплатную версию инструмента для ригинга и скининга персонажей, инструмент для создания множественных уровней детализации с минимальными потерями качества (LOD), генератор персонажей и плагин для захвата лицевой анимации.
Получить качественные и разнообразные анимационные клипы это только первая часть задачи.
Вторая часть заключается в том, чтобы корректно использовать полученные анимации при управлении персонажем. Для этого сначала нужно решить, как вообще сдвигать персонажа в сцене: на основании данных самой анимации (1), либо на основании каких-то иных соображений (например физики твердого тела) (2). То есть, либо анимация будет вычисляться исходя из произвольного (физического) движения объекта в пространстве (2), либо само смещение в пространстве будет исходить из записанной анимации, игнорируя иные вмешательства (1).
У обоих подходов есть достоинства и недостатки. В прежние времена, до массового использования захвата движений, вопрос об этом почти не стоял - персонажи двигались процедурно, на основании каких-то простых принципов, а анимационные клипы просто проигрывались для некоторого соответствия этому движению. Но чем лучше становилась анимация и графика в целом, тем заметнее становилось несоответствие движения ног и смещения персонажа, а также неестветсвенность динамики движения.
Одним из ярких примеров может быть игра Guild Wars 2 где анимация движений и графика уже достаточно хороши, но вот большой диапазон возможных скоростей и направлений движения персонажа не обеспечен столь же большим набором анимаций, и персонажи либо буксуют на месте, либо проскальзывают вперед как по льду. Та же проблема долгое время преследует и игры на движке Gamebryo (серия TES: Morrowind, Skyrim), да и многие другие.
Настоящее движение человека нелинейно - сначала мы наклоняемся вперед, затем выбрасываем ногу, и только потом начинаем движение, быстро ускоряясь после соприкосновения стопы с землей, и двигаемся по инерции до следующего шага. Подобрать функцию, точно описывающую подобное движение, сложно, и редко кто вообще об этом задумывается. Что уж говорить о более сложных движениях - стрейфе, переходах между направлениями, торможением и поворотами.
Поэтому для достижения реализма нам в любом случае потребуется гигантский набор разнообразных клипов с движениями в различных направлениях, с различной скоростью, и т.п… Кроме того, анимационные клипы редко можно использовать изолированно, воспроизводя один за другим. Чаще всего в игре присутствует множество анимаций, между которыми не заготовлено специальных анимированных переходов. Поэтому для их симуляции применяется плавное смешивание через линейную интерполяцию поворотов костей. Для удобной настройки таких переходов используется т.н. конечный автомат или машина состояний (State machine). В UE и Unity для этого есть специальные инструменты: Persona и Mecanim . Каждый узел там это некоторое состояние скелетной модели (заготовленный анимационный клип или результат их смешения - Blend Tree). Когда выполнены некоторые заданные условия, осуществляется плавный переход из одного состояния в другое, во время которого оба оказывают пропорциональное времени влияние на повороты костей и смещение объекта. Таким образом достигается иллюзия непрерывности движения.
Состояние может быть не одиночным клипом, а смешанным по тому же принципу набором клипов (Blend Tree / Blend Space). Например из клипов движений персонажа в стороны можно выбрать несколько, смешав их пропорционально вектору желаемого движения, и получить движение под любым произвольным углом. Однако существуют такие анимации, для которых смешивание оборачивается некорректными позами. Например когда одна анимация двигает ноги персонажа вперед, а другая вбок, линейное смешивание может привести к пересечению ног друг с другом. Чтобы этого избежать нужно тщательно подбирать анимационные клипы, синхронизировать их фазу, длину и скорость, либо добавлять отдельный клип специально для данного вида движений. Все это сложная и кропотливая работа. И чем больше возможных состояний и переходов между ними, тем сложнее привести их в согласие друг с другом, и проследить за тем, чтобы все нужные переходы срабатывали когда это требуется.
1) Самым очевидным решением является захват движений реального актера при помощи Motion Capture и привязка смещения персонажа в игре к смещению «корневой кости» в самой анимации - принцип Root Motion. Тогда персонаж будет двигаться ровно так, как двигался актер во время записи.
Выглядит очень реалистично. Более того, это единственный способ достоверно воспроизвести сложные маневры вроде выпадов, уворотов и паррирования атак холодным оружием.
Но этот подход несет в себе и очевидные проблемы.
Допустим, персонаж хочет подвинуться к краю обрыва: актер на записи наклоняется, поднимает ногу и делает смелый широкий шаг по сцене. А персонаж шагает прямо в пропасть… Чтобы этого избежать, нужно прервать шаг где-то посередине, но это не только выглядит неестественно, но и затрудняет игроку выбор нужного момента из-за нелинейности движения, в котором может быть долгая подготовка (наклон), а затем резкое уверенное движение (шаг). Можно записать несколько вариантов движений. Допустим: осторожные маленькие шаги, нормальные, и бег. А затем смешать их по параметру требуемой скорости, который можно увеличивать линейно и предсказуемо. Но что если нам нужны движения в стороны? Значит для каждого варианта ширины шага нам нужны еще три-четыре варианта (за вычетом зеркальных). А еще персонаж должен уметь поворачивать во время движения. Значит для каждого варианта нам нужны движения с поворотом. А если поворот может быть быстрым и медленным? Значит еще раз умножаем число необходимых клипов на два. А теперь нам нужно движение по наклонной поверхности! А потом нам захочется, чтобы персонаж умел делать тоже самое вприсяди. Итого - просто сотни и тысячи вариантов анимации которые нужно смешивать и следить за тем, чтобы это происходило корректно и приводило к движениям с нужной скоростью. И все равно, во многих случаях управление будет ощущаться как «ватное», поскольку инерция актера и наша невозможность предусмотреть все возможные человеческие маневры будет лишать игрока контроля над персонажем. Эту проблему, к слову, прочувствовали на себе игроки в The Witcher 3, поэтому в одном из крупных обновлений разработчики внедрили альтернативный вариант управления, где анимация быстрее отзывается на управление в ущерб реализму. В шутерах же проблема нелинейности движения обретает особенно выраженный характер: игроку часто приходится выглядывать из-за угла и быстро уходить обратно, и момент резкой смены направления может очень отличаться - игроку требуется как можно скорее вернуться обратно за укрытие, а у нас нет возможности предсказать заранее, какой ширины шаг он планировал и проиграть соответствующую анимацию. Игроку, в свою очередь, будет трудно привыкнуть к ширине шага, которую делает его персонаж, и к скорости этого шага, чтобы прервать его вовремя.
Во-вторых, Root Motion плохо годится для сетевых игр. Нелинейность движения не только затрудняет игроку предсказание скорости, но и лишает нас возможности интерполировать и экстраполировать движение чтобы компенсировать сетевую задержку, что является очень важным и сложным аспектом в быстрых сетевых играх. Если смещение персонажа задается только анимацией, то трудно аналитически подобрать нужные параметры машины состояний (смешивающей разные анимации), которые приведут к движению персонажа в точно нужном нам направлении и с точно нужной нам скоростью (выбранных для компенсации расхождения). Если же сделать наоборот, так, что анимация будет ориентироваться на фактическое движение, то при коррекции расхождения между сервером и клиентом легко можно будет подобрать наиболее подходящую анимацию, и даже если она будет чуточку несоответствовать фактическому смещению, этого почти никто не заметит.
Поэтому техника Root Motion используется часто в одиночных играх от третьего лица, где управление осуществляется контекстуально - в зависимости от наличия укрытия, препятствия, режима движения или других обстоятельств, и редко применяется в сетевом режиме и MMOG.
Из последних заметных проектов, использующих Root Motion, можно выделить The Witcher 3 . Трудно переоценить усилия, вложенные в производство всех его движений.
Пример анимации The Witcher 3 и ее съемки
2) Другое решение обратно принципу Root Motion - нужно приводить анимацию в наиболее точное соответствие с произошедшим или планируемым движением. Тогда многие описанные выше проблемы решаются - движение персонажа можно сделать равноускоренным и предсказуемым с возможностью сколь угодно быстрой смены направления. Но как привести нелинейную и инерционную анимацию в соответствие с таким движением? Интересный комплексный подход описали разработчики игры Paragon. Суть его заключается в том, чтобы находить и проигрывать только нужную серию кадров анимации для достижения требуемого смещения/поворота, пропуская лишние. И использовать инверсную кинематику для модификации ширины шага.
Первая очевидная трудность при приведении анимации в соответствие с движением, в том, что движение уже произошло, а анимация еще не проиграна. Поэтому очень пригодится система предсказания движения, вычисляющая положение персонажа для следующего кадра. Затем, зная смещение, которое должен осуществить персонаж за следующий кадр, нужно пропустить столько кадров анимационного клипа движения, сколько будет нужно чтобы достичь требуемого смещения, и проиграть тот кадр, на котором требуемое смещение достигнуто. В таком случае анимация станет воспроизводиться с измененной скоростью, так, чтобы точно соответствовать фактическому смещению, и эта скорость может быть быстрее или медленнее оригинальной, поскольку невозможно заставить реального актера поддерживать постоянное ускорение или скорость. Данный подход позволит сгладить анимацию и привести в соответствие с любой сложной процедурной моделью движения, меняющейся во время игры (персонаж может выпить какое-нибудь ускоряющее зелье или оказаться замедлен противником). Недостатком, разумеется, является то, что анимация может стать менее реалистичной из-за сильных изменений в скорости. Однако на практике это дает очень хорошее окно доступных вариаций в котором нарушения скорости незаметны. А вкупе с поправками ширины шага при помощи инверсной кинематики, покрывает еще больший диапазон.
Но, к сожалению, этот метод довольно сильно нарушает привычный подход к анимированию, и поэтому я не смог найти простого способа реализовать его, например, с использованием стандартного анимационного компонента Unity. В Unreal Engine также пока нет необходимого функционала, однако разработчики обещают когда-нибудь перенести низкоуровневые наработки, сделанные для Paragon, в общедоступную версию движка. Основной сложностью является поиск и воспроизведение нужного кадра на основании данных о фактическом смещении и повороте. Для этого авторы предлагают делать пре-процессинг анимационных клипов и генерировать для каждого из них дополнительный блок данных: Distance Curve, в котором будут покадрово сохранены значения смещения и поворота корневой кости относительно начала или конца анимации. Затем, в ходе выборки, можно производить быстрый бинарный поиск нужного кадра, где достигнуты соответствующие параметры смещения и поворота, и воспроизводить его.
Пока же можно ограничиться прежним подходом, и делать менее точную подгонку скорости анимации к скорости планируемого движения, ориентируясь только на скорость персонажа за последний кадр. Самое главное - неплохой набор душ для экспериментов теперь имеется!
Теги:
- unity3d
- анимация
- машина состояний
- геймдев
По просьбе Оксаны, сделал небольшой урок по анимации. Сразу говорю что опыта создания уроков у меня практически нету, так что приму конструктивную критику Итак приступим. Будем рассматривать прямо ходячих персонажей. О четвероногих братьях наших можно создать отдельную тему...Походка персонажа определяет его характер и в первую очередь бросается в глаза зрителю. Многие считают анимацию походки сложным занятием, но на самом деле это не совсем так. Разумеется для каждого персонажа нужен свой подход. Малейшая ошибка в одном кадре испортит всю анимацию. Тем не менее следуя определённому алгоритму можно избежать этих ошибок.
Немного скучной теории В большинстве случаев походку можно представить в виде комбинации четырёх состояний: контакт, отрыв, проход и высшая точка. В каждом из этих состояний у персонажа меняется положение рук и ног, а так же изменяется высота персонажа. В состоянии "высшей точки" голова персонажа находится в наивысшем положении а в состоянии "отрыва" в самом низком. Говорят начинать рисовать цикл нужно с "контакта" иначе неизбежно появятся проблемы. Очевидно, что когда правая нога находится в заднем положении то левая рука выходит вперёд и наоборот. Такие положения называются conterpose. Отдельное название данной позе придумали не с проста. С её помощью в анимации походки достигается равновесие (обе стороны тела уравновешиваются). Любая анимация без равновесия выглядит неестественно. В состоянии "проход" видна только одна рука, расположенная почти параллельно туловищу. Анимация походки может быть выполнена двумя способами: когда персонаж марширует на месте, а сдвигается фон, и когда он смещается по экрану. Первый способ более универсальный, но бывает сложно подобрать скорость фона и вписать его в окружение. Теперь о анимации на слайдах. Обезьяны - это мой первый опыт покадровой анимации. Используя алгоритм, была получена не плохая анимация походки гориллы. С анимацией бега в моём случае получилось немного сложней. Во первых добавилось количество ключевых кадров с 8 до 22. Чем больше промежуточных кадров, тем плавнее анимация. И тут еще учитывались движения ушей и языка, дыхание и т. д. Ну а на самом деле, анимацию бега тоже можно уместить в 8 кадров. Бороздя просторы интернета я нарыл множество раскадровак анимации, которые с каждым днём пополняют мою коллекцию. Вот одна из них:
Чудесно не правда ли? Присоединив ту теорию к данным рисункам можно оживить своего персонажа и придать ему настроение. Когда я делал баннер с пандой у меня не было этой картинки. Я наблюдал за бегающими детьми во дворе, заставлял брата бегать туда-сюда, смотрел мультики И всё делал методом проб и ошибок (мой любимый метод). Об анимации походки можно ещё много рассказывать, например как быть когда нужно анимировать персонажа изображённого не в профиль и высветлять многие другие проблемы. Но зная те основы и добавив немного воображения и физики можно добиться неимоверных результатов.Надеюсь, что статья получилась не очень занудной. И так же надеюсь что у вас анимация получится лучше и плавнее, чем у меня. Если я упустил какой-то важный момент и у вас есть что добавить - милости просим. Все недочёты и промахи (если таковые найдутся) постараюсь исправить в следующем уроке посвящённом скроллингу фона во флеш с помощью as3.
