MAYA快速入门教程6角色设置.docx

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MAYA快速入门教程6角色设置

角色设置

简介

典型的3D角色可以由许多曲面和组件构成。

为了确保角色按希望的方式设置动画，仔细规划角色设置的过程是很重要的。

角色设置或“装配”是用于准备3D模型（包括其用于设置动画的随附关节和骨架）的通用术语。

根据要设置其动画的模型，角色设置可能会涉及下列技术：

∙创建一个骨架，该骨架包含充当3D角色模型的框架的关节。

您在关节上设定了限制，以使关节以一种逼真的方式旋转。

设置角色的动画时，将使用正向或反向运动学技术（FK和IK）定位角色的关节。

∙将3D曲面绑定到骨架，使它们一起移动。

绑定的过程还可能会包括定义角色关节弯曲的方式或蒙皮曲面凸起以模拟肌肉的方式。

∙为了限制运动的范围或基于一个属性的移动控制另一个属性，为特定的已设置动画的属性定义和设定约束。

∙将曲面组件（如CV）分组为称为“簇”的集，以便可以在更加详细的级别上设置角色的各个部位的动画。

本章将介绍最常用的角色设置功能：

∙第1课骨架和运动学：

简介

∙第2课平滑蒙皮：

简介

∙第3课簇和混合变形变形器：

简介

课程准备

1.如果尚未下载课程文件，请从  下载。

将 GettingStarted2013LessonFiles Zip文件复制到本地驱动器并解压缩该文件夹。

2.选择“文件>设置项目”（File>SetProject），然后将GettingStartedMaya2013LessonData\CharSetup 目录设定为Maya项目。

有关详细信息，请参见下载课程文件与设定Maya项目。

3.若要确保课程按所述方式运行，请选择“动画”（Animation）菜单集。

除非另有说明，本章中的步骤均假设已选定“动画”（Animation）菜单集。

4.在“选择工具”（SelectTool）处于活动状态时通过打开“工具设置编辑器”（ToolSettingsEditor） 

并禁用“软选择”（SoftSelection），确保“软选择”（SoftSelection）处于禁用状态。

第一课：

骨架和运动学

简介

典型的3D角色可以由许多曲面和组件构成。

为了确保角色按希望的方式设置动画，仔细规划角色设置的过程是很重要的。

角色设置或“装配”是用于准备3D模型（包括其用于设置动画的随附关节和骨架）的通用术语。

根据要设置其动画的模型，角色设置可能会涉及下列技术：

∙创建一个骨架，该骨架包含充当3D角色模型的框架的关节。

您在关节上设定了限制，以使关节以一种逼真的方式旋转。

设置角色的动画时，将使用正向或反向运动学技术（FK和IK）定位角色的关节。

∙将3D曲面绑定到骨架，使它们一起移动。

绑定的过程还可能会包括定义角色关节弯曲的方式或蒙皮曲面凸起以模拟肌肉的方式。

∙为了限制运动的范围或基于一个属性的移动控制另一个属性，为特定的已设置动画的属性定义和设定约束。

∙将曲面组件（如CV）分组为称为“簇”的集，以便可以在更加详细的级别上设置角色的各个部位的动画。

本章将介绍最常用的角色设置功能：

∙第1课骨架和运动学：

简介

∙第2课平滑蒙皮：

简介

∙第3课簇和混合变形变形器：

简介

打开课程的场景

在本课程中，您将加载包含人类角色的场景。

在本课程期间，您将创建角色骨架并对其设定动画。

打开场景

1.确保已完成课程准备中的步骤。

2.打开名为 Skeleton.mb 的场景文件。

可以在设定为Maya项目的 GettingStartedMaya2013LessonData\CharSetup 目录中找到该文件。

场景中显示的角色Jackie是一个模板，因此在课程过程中您不能因为无意而选择该角色。

Jackie已建模为达芬奇姿势，即最容易创建骨架的姿势。

创建关节

骨架由骨骼和关节组成。

在Maya中创建骨架时，可以在希望弯曲或扭曲角色的骨架位置创建一系列的关节。

一个常用的骨架创建方法是创建多个独立的关节链，一个用于每个手臂，一个用于每条腿，一个用于脊椎/头部，然后将关节链组合在一起以创建单个骨架层次。

在随后的步骤中，将创建腿部的关节。

创建腿部关节

1.选择“窗口>设置/首选项>首选项”（Window>Settings/Preferences>Preferences）。

在“首选项”（Preferences）窗口中，单击“运动学”（Kinematics）类别。

为“关节大小”（Jointsize）输入0.4，然后单击“保存”（Save）按钮。

在接下来的步骤中创建关节时，会使关节显示的更小。

如果默认大小为1.0，则该尺寸的关节使它们很难为该角色精确定位。

注意

默认关节大小1.0已用于创建如下图中绘制的关节。

您创建的关节看起来可能比本课程中绘制的关节小。

2.选择“骨架>关节工具”（Skeleton>JointTool）。

该工具用于创建组成骨架的关节链。

3.在侧视图中，单击髋部、膝盖、踝部、跖骨球和脚趾以创建这些位置的关节（请参见下图）。

确保在膝盖关节所处的位置创建稍微向前的弯曲。

向前弯曲确保您能够在对腿部自然的方向轻松设置腿部动画。

提示

按 

+b（Windows）或 

+b（MacOSX）在场景视图中的默认背景颜色之间切换。

4.创建脚趾关节之后按Enter（Windows和Linux）或Return键（MacOSX）。

这即完成了关节链的创建。

5.选择“窗口>Hypergraph:

层次”（Window>Hypergraph:

Hierarchy）。

“Hypergraph”是一个方便您选择、重命名对象和为对象设置父关系的位置。

它类似于“大纲视图”（Outliner），但具有为角色设置量身定制的功能。

例如，它通过易读的缩进格式描述所有的父子关系。

“Hypergraph”显示向刚创建的关节提供的默认名称：

joint1、joint2，依此类推。

这些关节具有层次关系。

Joint1是joint2的父关节，joint2是joint3的父关节，依此类推。

Joint1是层次的根关节。

如果重新定位joint1，则会对整个关节链重新定位。

在场景视图中，关节由球形图标表示。

骨骼将关节分离出来，并且均由拉长的锥形图标表示。

骨骼的狭窄部分指向层次的向下方向。

首先创建髋部关节、最后创建脚趾关节的原因是要将髋部放在层次的最顶层，而将脚趾放在最底层。

您通常会希望在每次移动髋部时脚趾（和其他关节）也随之移动，但反过来则不一定。

通常，关节链从角色内部向外发散。

6.将关节重命名为left_hip、left_knee、left_ankle、left_ball和left_toe。

若要重命名关节，请在“Hypergraph”的关节名称上单击鼠标右键，然后从下拉菜单中选择“重命名”（Rename）。

输入新名称并按Enter键。

7.在前视图中，单击left_hip关节以将其选中。

沿X轴将该关节移到左腿顶部的中心。

（在本课程中，左和右表示从Jackie视点的方向，而不是从您的场景视图的方向。

）

如前所述，当您移动某个关节时，该层次下的所有关节也都随之一起移动。

如果您在选中关节的同时按Insert（Windows和Linux）或Home（MacOSX）键，则可以只移动该关节而不移动该层次下的关节。

（若要退出该模式，请重新按Insert或Home键。

）

8.旋转left_hip以使骨架能容入腿部内。

无需使骨架完美容入角色内，因为从场景渲染图像时它不会显示。

9.若要创建另一条腿的关节，可以使用镜像复制现有腿部的关节链以节省时间并通过确保对称。

选中left_hip后，请选择“骨架>镜像关节”（Skeleton>MirrorJoint） > 

。

在选项窗口中，为“镜像平面”（MirrorAcross）启用YZ。

Jackie的腿横跨YZ平面，这样跨YZ平面镜像关节链时可以将复制的关节链放置在所需位置。

该操作说明Jackie的原始位置会影响可以创建骨架的轻易程度。

如果将Jackie放置在远离原点的位置，则您无法使用“镜像关节”（MirrorJoint）复制腿部的关节链。

10.在“搜索”（Searchfor）字段中输入left，并在“替换为”（Replacewith）字段中输入right。

“重复关节的替换名称”（Replacementnamesforduplicatedjoints）功能会自动将所有重复关节的名称替换为指定的关节前缀。

11.单击“镜像”（Mirror）。

右腿骨骼和关节显示在镜像位置。

在接下来的步骤中，将创建脊柱的关节链。

还可以从关节链的上颈部区域延伸关节以便设置颚部动画。

创建脊柱和颚部的关节

1.在侧视图中，按以下方式使用“关节工具”（JointTool）（“骨架>关节工具”（Skeleton>JointTool））在如下图所示的位置创建一系列关节：

∙从现有髋部关节（left_hip和right_hip）附近的脊柱底部开始并在头顶结束。

∙确保创建的第一个关节稍微偏离前视图中显示的现有髋部关节，否则第一个关节将连接到髋部关节。

∙完成关节链的创建后，请按Enter键（Windows和Linux）或Return键（MacOSX）。

除关节链每个末端处的关节外，其他关节将位于可能要在脊柱和颈部弯曲或扭曲角色的位置。

关节链的S形曲率与Jackie脊柱的曲率相似。

这样更易于将角色躯干和颈部动画设定得自然一些。

2.打开“Hypergraph”，并从脊柱底部开始将各关节分别命名为back_root、pelvis、lower_back、mid_back、upper_back、lower_neck、upper_neck和crown。

3.若要设置用于颚部移动的骨架，请按照如下方式从upper_neck关节延伸关节：

∙选择“关节工具”（JointTool），然后单击“Hypergraph”中的upper_neck关节以将其选中。

∙在场景视图中，单击以在嘴唇附近创建一个新关节，然后按Enter或Return键。

∙将新关节命名为jaw。

创建手臂关节与创建腿部关节类似。

创建手臂关节

1.在前视图中，在如下图所示的位置创建一系列关节。

从胸部区域（靠近upper_back关节）开始并在腕部结束。

2.将各关节分别命名为left_arm_root、left_shoulder、left_elbow和left_wrist。

3.在俯视图中，选择left_elbow关节，再选择移动工具，按Insert（Windows和Linux）或Home（MacOSX）键，然后将关节移到手臂后面。

再次按Insert或Home键。

将关节移到手臂后面可以在肘部创建弯曲。

这使得更易于在手臂自然弯曲的方向对角色手臂设置动画。

4.在透视视图中，选择left_arm_root。

选择“骨架>镜像关节”（Skeleton>MirrorJoint）。

该操作将为右臂创建左臂关节链的副本并在过程中对它们重命名。

右臂骨骼和关节显示在镜像位置。

将关节添加到骨架

将角色绑定到骨架（将在下一课中介绍）时，骨架会为角色的蒙皮提供一个结构，并防止蒙皮在您为骨架设定姿势时收拢。

该功能对于在角色的区域中添加附加关节非常有用，在这些区域中您希望曲面在变形之后保持其体积。

在接下来的步骤中，将向Jackie的骨架添加肋骨。

尽管在本课中将不会绑定角色，但是学习添加肋骨的技术也是很重要的，这样，如果确实要绑定角色，那么在为肩部和脊柱旋转设定姿势时，躯干区域中的蒙皮将不会收拢。

肋骨关节仅用于结构，而不用于为骨架设定姿势。

将肋骨添加到骨架

1.在“Hypergraph”中，单击mid_back关节以在前视图中亮显该关节。

记住该关节在前视图中的位置，以便稍后可以选择该关节。

2.选择“骨架>关节工具”（Skeleton>JointTool）。

3.在前视图中，单击mid_back关节以再次选择该关节。

4.单击关节的侧面以添加肋骨，然后按Enter键（Windows和Linux）或Return键（MacOSX）。

5.使用与先前的步骤中相同的技术，为左侧再创建两个肋骨。

肋骨会从mid_back、lower_back和骨盆关节延伸。

6.为了在“Hypergraph”中易于识别，可以根据需要选择为肋骨命名。

例如，将肋骨命名为left_top_rib、left_mid_rib、left_bottom_rib等等。

7.镜像每个左肋骨关节来为骨架的右侧创建肋骨。

创建骨架层次

到目前为止，您已创建五个单独的关节链：

一个用于脊椎，其他五个则分别用于每条手臂和每条腿。

需要通过五个关节链创建单个层次，以便能够将所有这些关节链作为单个单位进行移动。

若要创建单个层次，必须将手臂和腿设定为脊椎中最近关节的子对象。

将手臂和腿关节链设定为脊椎的子对象

1.在“Hypergraph”中，使用鼠标中键（

）将left_arm_root拖到upper_back处。

将一个关节设定为另一个关节的子对象时，Maya会创建连接父对象和子对象的骨骼。

在本例中，骨骼连接的是upper_back和left_arm_root。

2.使用鼠标中键（

）将right_arm_root拖到upper_back处。

3.使用鼠标中键（

）将left_hip拖到back_root处。

4.使用鼠标中键（

）将right_hip拖到back_root处。

现在，如果需要移动整个骨架，可以移动back_root—层次的根。

完成的骨架如下图所示（其中Jackie处于隐藏状态）。

正向运动学和反向运动学

有两种方法可用于对骨架设定姿势：

正向运动学和反向运动学。

正向运动学 （FK）

若要使用正向运动学对角色设定姿势，请分别旋转每个关节，直到获得所需的位置。

例如，若要将手移到某个位置，则必须旋转多个手臂关节才能达到该位置。

对使用正向运动学设定姿势的骨架设定动画时，Maya将按如下方式对关节的旋转进行插值操作：

从根关节开始，然后是根的子关节，依此类推一直向下以涵盖骨架的动作层次。

Maya将从根关节开始一直向前处理整个动作层次。

对创建简单的圆弧运动而言，正向运动学比较直观，但在对复杂骨架设定动画时，这种方法就会让人感觉乏味。

这种方法对指定目标定向运动而言也不直观。

例如，若要将手移到某个位置，如何旋转手臂的关节将不是很明显。

反向运动学 （IK）

使用IK可为特定关节链（例如，手臂和腿部）创建额外的控制结构，即IK控制柄。

IK控制柄可用于通过移动单个操纵器来对整个关节链设定姿势和动画。

对IK控制柄设定姿势后，它将自动旋转关节链中的所有关节。

例如，若要将手移到门把上，手臂中的其他关节也将发生旋转，以适应手的新位置。

对于目标定向运动，IK比正向运动学更加直观，因为您可以注重于目标而不是为了达到目标需要以何种方式旋转每个关节。

使用反向前运动设定姿势和动画

接下来，将创建稍后用于设定双臂和双腿姿势的IK控制柄。

接下来的步骤中介绍了应在创建IK控制柄之前执行的一些初始设置。

在创建IK控制柄之前设置角色

1.选择层次的根back_root，然后选择“骨架>设置首选角度”（Skeleton>SetPreferredAngle）。

该操作将整个骨架的当前关节角度设定为首选角度。

这是完成骨架后的一个有用步骤。

之后，Maya将使用膝盖和肘部的当前弯曲，作为反向运动学（IK）设定姿势期间，这些关节的首选初始旋转方向。

这样更容易设定角色姿势，使运动对于人类角色而言较为自然。

2.在“大纲视图”（Outliner）（“窗口>大纲视图”（Window>Outliner））中选择Jackie，然后从主菜单中选择“显示>隐藏>隐藏当前选择”（Display>Hide>HideSelection）。

（必须从“大纲视图”（Outliner）中选择Jackie，因为Jackie是模板对象。

）通过隐藏Jackie，可在后续步骤中设定骨架姿势时，减轻场景混乱。

为双腿创建IK控制柄，并设定姿势和动画

1.选择“骨架>IK控制柄工具”（Skeleton>IKHandleTool） > 

。

2.在“工具设置”（ToolSettings）窗口中，请确保将“当前解算器”（CurrentSolver）设定为“ikRPsolver”。

该类型的IK解算器具有适用于该应用的特征。

3.在透视视图中，单击left_hip和left_ankle。

这将创建一个控制从left_hip到left_ankle所有关节的IK控制柄。

控制柄的主操纵器位于left_ankle处。

IK控制柄是创建后的选定对象。

如果无意中取消了控制柄的选择，可以通过单击left_ankle（使用“IK控制柄工具”（IKHandleTool）后最后单击的关节）再次将其选中。

无论何时选择控制柄，请确保没有在选择控制柄的同时选择关节或其他对象。

可以检查“大纲视图”（Outliner），以确认选择。

4.转到播放范围的开始处。

5.选择IK控制柄后，选择“动画>设置关键点”（Animate>SetKey），以在第一帧上为腿的当前位置设定关键点。

6.转到第12帧。

7.在侧视图中，使用“移动”（Move）工具向上拖动IK控制柄，然后向左拖动（参见下图），就像Jackie正在踏上楼梯一样。

脚部和膝盖移动，而髋部保持在原位。

8.为IK控制柄设定另一关键点。

9.转到第24帧。

将IK控制柄移回到先前位置。

设定另一个关键帧。

10.播放动画以查看前24帧中腿的上下迈动。

这就完成了一个使用IK控制柄来控制腿位置的简单腿部动画。

练习其他IK方法

1.转到动画的开始处。

2.在透视视图中，通过移动IK控制柄，练习设定朝向各方向的腿部姿势。

无论控制柄操纵器拖动的距离是多少，腿的关节都不会拉伸出直腿位置。

如果不希望在设定姿势时骨架大小发生更改，这点就相当必要。

但是如果拖动腿关节，层次上位于该关节之上的骨骼都将拉长。

这就是要在移动该控制柄之前，检查是否未连同IK控制柄选择关节的原因。

将该控制柄拖动到某些位置时，可能会发现腿关节会突然发生翻转（示例位置参见下图）。

因此，难以在该区域中控制腿的定位。

默认的IK控制柄（IK旋转平面控制柄）具有可用于避免关节翻转的操纵器。

选择控制柄后，选择“修改>变换工具>显示操纵器工具”（Modify>TransformationTools>ShowManipulatorTool）。

将极向量XYZ操纵器移动到略有不同的位置（参见下图）。

如果这样无法解决问题，请旋转扭曲操纵器以旋转腿。

可以将极向量XYZ和扭曲属性关键点设定到固定值，以避免角色移动时发生翻转。

避免关节翻转的更精确方法是：

使用极向量约束（需要进行一些初始设置）。

3.对右腿重复以上步骤。

（为right_hip到right_ankle创建IK控制柄，然后练习为控制柄设定姿势和动画。

）

注意

如果要移动整个骨架，请将back_root和所有IK控制柄分组到单个节点下，然后选择该组节点并使用移动工具。

这样分组后，整个骨架的运动就不会与为控制柄设定的关键点发生冲突。

为双臂创建IK控制柄，并设定姿势和动画

1.选择“骨架>IK控制柄工具”（Skeleton>IKHandleTool）。

2.单击left_shoulder，然后单击left_wrist。

这将为左臂创建一个IK控制柄。

3.选择“骨架>IK控制柄工具”（Skeleton>IKHandleTool）。

4.单击right_shoulder，然后单击right_wrist。

这将为右臂创建一个IK控制柄。

5.练习设定控制柄的姿势和动画。

使用正向运动学设定姿势和动画

在本课的最后一部分中，您可以选择通过旋转不受IK控制柄控制的关节（如脚的球关节）和从back_root到upper_neck的关节，练习设定角色的姿势以及设置角色的动画。

旋转此类关节是正向运动学。

除了back_root之外，您将始终如一地旋转而不是移动不属于IK控制柄的关节。

如果移动关节，骨骼会拉长。

这样会对绑定蒙皮进行不需要的变形，除非创建卡通类扭曲。

因为已经为IK控制柄设置关键帧，所以在非IK控制柄关节上的某些关节旋转将受到IK控制柄定位的抑制。

如果这会影响预期的姿势，则可以通过选择“编辑>关键帧>删除关键帧”（Edit>Keys>DeleteKeys）从IK控制柄移除所有先前的动画。

也可以使用“删除关键帧”（DeleteKeys）从已使用正向运动学设定的关键帧移除所有动画。

课程总结

在本课程中，您已了解如何：

∙使用骨骼和关节创建骨架。

∙使用反向运动学对骨架设定姿势。

处理骨架时需要考虑的其他事项：

∙骨架中关节的相应数量取决于待操纵角色的结构部分。

关节越多表示控制程度越精细，但是这样会增加复杂性。

∙在本课程中创建骨架后，您就在腕部结束了手臂的关节链。

这样会导致您无法对手部运动设定动画。

如果需要对手部运动甚至手指运动设定动画，需要设定其他关节和IK控制柄。

这同样适用于脚部和脚趾运动。

∙创建骨架时，可以对绑定到骨架的角色设定动画，以生成自然蒙皮变形。

尽管在本课程中是对未经过蒙皮处理的骨架设定动画，但是对经过蒙皮处理的骨架设定动画是更常见的做法。

绑定角色是下一课程的主题。

∙通常最好是在所需帧处对整个骨架设定从一个姿势到另一个姿势的动画。

如果对某个帧范围的肢体设定动画，然后又对某个帧范围的另一个肢体设定动画，依此类推，将很难获得所需结果。

除了本课程所讲述的方式之外，还有其他许多方式可用于处理骨架：

∙在受IK控制柄控制的关节上，可混合或切换IK和正向运动学。

∙有其他一些类型的IK控制柄提供了用于操纵骨架各部分的各种控件。

特别值得注意的是IK样条线控制柄，通过这种控制柄可以轻松设定尾部、颈部、脊椎和蛇等的扭曲波浪运动。

有关这些功能及其他功能的详细信息，请参见“Maya帮助”（MayaHelp）。

第二课：

平滑蒙皮

简介

创建骨架之后，将其与角色的曲面绑定，使曲面在动画期间随骨架移动。

绑定也称为蒙皮，绑定之后角色的曲面称为蒙皮。

角色蒙皮随骨架移动而自然地变形非常重要。

在靠近关节的位置，旋转关节时蒙皮会凸起或缩进。

在Maya中，蒙皮会变形，因为曲面的顶点（或CV）会随相邻关节的旋转而移动。

顶点称为蒙皮点。

这在对肘部、