Maya剛體和柔體

1、Maya剛體和柔體-剛體動(dòng)力學(xué)教程7.0給大家寫(xiě)了一個(gè)Maya 剛體和柔體-剛體動(dòng)力學(xué)教程形狀和尺寸保持固定，不隨事件而變化的幾何體，稱(chēng)為剛體。剛體動(dòng)畫(huà)，實(shí)質(zhì)上就是在 Maya 中建立一個(gè)物理模擬環(huán)境，并用它來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的物體在力 ( 如說(shuō)重力、風(fēng)等 ) 的作用下或是在同其他物體相碰撞時(shí)所發(fā)生的情景。 NURBS 物體和多邊形物體都可以轉(zhuǎn)換成剛體。圖 11-1 所示為剛體作用的效果。 圖 11-1 剛體運(yùn)用效果 剛體運(yùn)用起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)單，例如，首先創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)剛體，然后創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)作用于剛體的力場(chǎng)，再給定剛體的初始位置、初始速度及沖擊，最后播放動(dòng)畫(huà)。由 Maya 的動(dòng)力學(xué)引擎在給定的初始信

2、息基礎(chǔ)上對(duì)剛體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，從而使動(dòng)畫(huà)趨于真實(shí)。剛體可分為被動(dòng)剛體和主動(dòng)剛體兩種。被動(dòng)剛體不受場(chǎng)的影響，它是主動(dòng)剛體的碰撞物體，而且在參與碰撞時(shí)不會(huì)因碰撞而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。被動(dòng)剛體可以用關(guān)鍵幀技術(shù)來(lái)制作 ( 可以通過(guò)關(guān)鍵幀移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放被動(dòng)剛體 ) 。主動(dòng)剛體受場(chǎng)的影響，而且會(huì)因?yàn)榕鲎哺淖冞\(yùn)動(dòng)。主動(dòng)剛體不能用關(guān)鍵幀技術(shù)制作 , 即不能直接操作它們。 一般來(lái)說(shuō)，與外界固定的物體（如地板和墻等），可以作為被動(dòng)剛體；而各種下落的、移動(dòng)的或相互碰撞的物體（如籃球和硬幣），可以作為主動(dòng)剛體。盡管主動(dòng)剛體不能用關(guān)鍵幀技術(shù)制作，但是由于在動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中可以隨時(shí)將剛體由被動(dòng)狀態(tài)變?yōu)橹鲃?dòng)狀態(tài)，因此剛體動(dòng)力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

3、更為突出。 創(chuàng)建剛體 創(chuàng)建剛體的方法非常簡(jiǎn)單，選中一個(gè)多邊形或者 NURBS 物體，執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Create Passive Rigid Body 命令，則所選物體變?yōu)楸粍?dòng)剛體，如果執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Create Active Rigid Body 命令，則所選物體變?yōu)橹鲃?dòng)剛體。創(chuàng)建剛體之后將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)剛體節(jié)點(diǎn)，在 Outliner 窗口中可以看到這個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖 11-2 所示。 下面是剛體的建立屬性。執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Create Passive Rigid Body 命令或者 Soft/Rigid Bodies

4、Create Active Rigid Body 命令，打開(kāi) Rigid Options 對(duì)話框，如圖 11-3 所示。 圖 11-2 Outliner 窗口 圖 11-3 Rigid Options 對(duì)話框 Rigid Body Name ：設(shè)置剛體的名稱(chēng)。 Active ：選中此時(shí)，創(chuàng)建的是主動(dòng)剛體：撤銷(xiāo)選中此復(fù)選框時(shí)，創(chuàng)建被動(dòng)剛體。 Particle Collision ：如果選中此復(fù)選框，粒子與主動(dòng)剛體之間產(chǎn)生碰撞，碰撞的力量會(huì)使剛體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 Mass ：設(shè)置主體剛體的質(zhì)量，剛體的質(zhì)量決定了碰撞時(shí)的程度。剛體的質(zhì)量越大，則碰撞的效果越強(qiáng)烈；剛體的質(zhì)量越小，則碰撞的效果越弱。 Set

5、Center Of Mass ：設(shè)置剛體的質(zhì)量中心，即物體的中心，它影響著剛體的碰撞效果，尤其是反彈效果。例如，當(dāng)把主動(dòng)剛體的中心降低一個(gè)單位時(shí)，將它拋到被動(dòng)剛體上時(shí)，它會(huì)像不倒翁一樣來(lái)回?fù)u擺；當(dāng)設(shè)置 Initial Spin 的值為 0 時(shí)，主動(dòng)剛體的重心決定了主動(dòng)剛體圍繞哪個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)重心在主動(dòng)剛體內(nèi)部時(shí)，主動(dòng)剛體會(huì)圍繞自身旋轉(zhuǎn)，就像地球自轉(zhuǎn)一樣；當(dāng)重心在球體之外時(shí)，圓球會(huì)圍繞重心旋轉(zhuǎn)，就像地球公轉(zhuǎn)一樣。 Center of Mass X 、 Y 和 Z ：設(shè)置剛體的重心位置，默認(rèn)狀態(tài)時(shí)主體剛體的實(shí)際重心位置。 Static Friction ：設(shè)置主動(dòng)剛體的摩擦力。當(dāng)主動(dòng)剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)

6、，必須有一個(gè)外力來(lái)克服這個(gè)摩擦力。當(dāng)該值為 0 時(shí)，主動(dòng)剛體可以在其他表面上自由運(yùn)動(dòng)；當(dāng)該值為 1 時(shí)，主動(dòng)剛體的靜止摩擦力最大。 Dynamic Friction ：設(shè)置主動(dòng)剛體在運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力的大小。 Bounciness ：設(shè)置主動(dòng)剛體反彈力的大小。 Damping ：設(shè)置阻力的大小。 Impulse X 、 Y 和 Z ：設(shè)置推動(dòng)力的大小和方向，推動(dòng)力可以模擬一個(gè)巨大的外力在短時(shí)間內(nèi)作用于物體之上的效果。默認(rèn)狀態(tài)下，推動(dòng)力的作用點(diǎn)位于剛體的重心。 Impulse Position X 、 Y 和 Z ：設(shè)置推動(dòng)力在剛體上的作用位置。 Spin Impulse X 、 Y 和 Z ：設(shè)置

7、剛體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)時(shí)扭矩的大小，該值是一個(gè)矢量，可以控制方向。 Initial Setting 中的選項(xiàng)為剛體初始設(shè)置選項(xiàng)，如圖 11-4 所示。 圖 11-4 Initial Setting 區(qū)域中的參數(shù) Initial Spin X 、 Y 和 Z ：設(shè)置剛體的初始角速度。 Initial Position X 、 Y 和 Z ：設(shè)置剛體在場(chǎng)景中的初始位置。 Initial Orientation ：設(shè)置場(chǎng)景中剛體的 X 、 Y 、 Z 軸方向。 Initial Velocity X 、 Y 和 Z ：設(shè)置剛體初始速度的大小和方向。 Performance Attributes 區(qū)域中的參數(shù)是剛

8、體的操作屬性，如圖 11-5 所示。 圖 11-5 Performance Attributes 區(qū)域 #9830; Stand In ：它包括三個(gè)選項(xiàng)參數(shù)： None 、 Sphere 和 Cube 。用戶(hù)可以在播放動(dòng)畫(huà)的過(guò)程中使用立方體或者球體來(lái)替換復(fù)雜的剛體，以提高系統(tǒng)的性能。這些物體只是虛擬物體，它不會(huì)影響剛體的實(shí)際效果。 #9830; Tessellation Factor ：在為剛體動(dòng)力學(xué)制作動(dòng)畫(huà)時(shí)， NURBS 物體首先要轉(zhuǎn)換為多邊形物體。該文本框決定了在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，多邊形的面片數(shù)目，較低的值雖然創(chuàng)建出比較粗糙的幾何體，但可以提高剛體動(dòng)畫(huà)的播放速度。 #9830; Collsi

9、on Layer ：碰撞層可以容納兩個(gè)或者多個(gè)碰撞剛體，同一層中的兩個(gè)剛體才能發(fā)生碰撞，不互相碰撞的剛體被放置在不同的層中。在圖 11-6 中，右邊的圓球與圓柱體屬于 Layer1 ，彼此之間是相互碰撞的，左邊的圓球與圓錐體屬于 Layer2 ，彼此之間是相互碰撞的，地面物體屬于 Layer1 ，它與球體、圓柱體、圓錐體之間是相互碰撞的。 圖 11-6 Collsion Layer 不同值的效果 #9830; Cache Date ：當(dāng)選中此復(fù)選框時(shí)，剛體在動(dòng)畫(huà)中的每一幀位置和方向數(shù)據(jù)都被存儲(chǔ)起來(lái)。當(dāng)?shù)?1 次播放動(dòng)畫(huà)時(shí)，剛體解算器計(jì)算剛體的位置和方向，當(dāng)?shù)?2 次播放動(dòng)畫(huà)時(shí)，緩存中的數(shù)據(jù)被啟

10、用，這樣可以大大提高動(dòng)畫(huà)的播放速度。(1) 創(chuàng)建一個(gè)新場(chǎng)景。創(chuàng)建一個(gè) NURBS 平面并且將其調(diào)整到與 Maya 柵格大小相當(dāng)。然后創(chuàng)建一個(gè)半徑為 1 的 NURBS 球體，并且把它移到平面上方。如圖 11-7 所示。 圖 11-7 創(chuàng)建一個(gè)新的場(chǎng)景 (2) 選中平面，進(jìn)入 Dynamics 模塊，執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Create Passive Rigid Body 命令。現(xiàn)在所選平面成為被動(dòng)剛體。 (3) 選中 NURBS 球體，執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Create Active Rigid Body 命令，所選小球成為主動(dòng)剛體。 (4) 為了使動(dòng)力

11、模擬可以正常播放，播放速度設(shè)置為 Free ，以便物理引擎計(jì)算進(jìn)入到下一幀所需的數(shù)據(jù)。選擇 Window Setting/Preferences Preferences 命令并選擇 Setting/Timeline 命令，或者單擊位于屏幕右下方的 Animation Preferences 按鈕，都可以激活同一個(gè)對(duì)話框。在 Preferences 對(duì)話框的 Playback 區(qū)域，設(shè)置 Playback Speed 為 Real-time ，如圖 11-8 所示。 圖 11-8 Prefernece 對(duì)話框 (5) 除了為物體添加剛體節(jié)點(diǎn)之外，還要為主體剛體制作出初速度和運(yùn)動(dòng)方向，這樣才能發(fā)生

12、剛體動(dòng)畫(huà)。選擇 Dynamics|Fields Gravity 命令。然后打開(kāi) Dynamics Relationships 窗口 (Window Relationship Editors Dynamics Relationships 命令 ) ，選擇窗口左邊 Outliner 中的 nurbsSphere1 ，并且確保在所選窗口右邊框內(nèi)的 gravityField1 是高亮顯示，如果不是高亮顯示，單擊 gravityField1 使它成為高亮顯示。如圖 11-9 所示。 圖 11-9 Dynamics Relationships 窗口 提示： 如果在創(chuàng)建重力場(chǎng)之前就選中球體，那么二者會(huì)自動(dòng)建

13、立關(guān)系。如果這時(shí)有其他未被選擇的主動(dòng)剛體，它們將不受這個(gè)場(chǎng)的影響。 下面回倒并且播放動(dòng)畫(huà)，小球會(huì)落向地板并且反彈起來(lái)。如果動(dòng)畫(huà)結(jié)束得太快以至于看不到這些，那么將動(dòng)畫(huà)的幀數(shù)增加到 200 幀以上。 現(xiàn)在對(duì)物體檢查其剛體設(shè)置。在 Channel 盒，可以看到所選物體中 rigidBody1( 或 rigidBody2 或其他 ) 列在形狀節(jié)點(diǎn)下面。選擇平面，然后單擊 rigidBody1 文本。 這時(shí)在通道欄中將會(huì)看到更多的選項(xiàng)，這些選項(xiàng)提供了比想像還要多的剛體控制。主要有以下幾個(gè)參數(shù)：質(zhì)量 (mass) 、彈性 (bounciness) 、阻尼 (damping) 、靜摩擦力 (static f

14、riction) 以及動(dòng)摩擦力 (dynamic friction) 。將彈性改為 0.9 并重放動(dòng)畫(huà) ( 記住首先要回倒動(dòng)畫(huà)！ ) 。小球在第 1 次彈回時(shí)應(yīng)當(dāng)達(dá)到與開(kāi)始下落時(shí)幾乎一樣的高度，并且花較長(zhǎng)的時(shí)間才能靜止下來(lái)?，F(xiàn)在將彈跳力改為 2 ，可以看到小球一次比一次跳的高，很快就從視野中消失了。 還可以試試其他設(shè)置，比如摩擦和阻尼小球和平面的設(shè)置都可以試一試。也可以試試質(zhì)量設(shè)置，但是被動(dòng)剛體的質(zhì)量被定義為無(wú)窮大，因此這項(xiàng)設(shè)置對(duì)平面無(wú)效。改變小球的質(zhì)量時(shí)動(dòng)畫(huà)并沒(méi)有什么變化，這是因?yàn)橹亓κ且环N萬(wàn)有引力，它以同樣的方式作用于所有的物體。 提示：改變這些數(shù)字是學(xué)習(xí)剛體應(yīng)用的重要途徑。要對(duì)每一個(gè)通道

15、內(nèi)的每一個(gè)剛體都試試不同的設(shè)置。主動(dòng)剛體和被動(dòng)剛體之間的轉(zhuǎn)換選取物體，執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Set Active Key 命令，無(wú)論剛體的原始狀態(tài)如何，剛體都將變?yōu)橹鲃?dòng)剛體。執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Set Passive Key 命令，則剛體將變?yōu)楸粍?dòng)剛體。 下面是打開(kāi)和關(guān)閉剛體主動(dòng)模式的實(shí)例具體操作步驟如下： (1) 創(chuàng)建一個(gè)新場(chǎng)景。創(chuàng)建一個(gè)與柵格大小相當(dāng)?shù)?NURBS 平面。再創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)方體，將其平放在 X 軸上，然后將其壓扁成一個(gè)平板，如圖 11-10 所示。 (2) 為了使長(zhǎng)方體能夠正確轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)它的坐標(biāo)中心點(diǎn)。按 Insert 鍵 ( 這樣會(huì)把

16、Move 工具手柄從有箭頭變成沒(méi)有箭頭的 ) ，然后將手柄移動(dòng)到長(zhǎng)方體的最右側(cè)，如圖 11-11 所示。設(shè)置完成后一定再按一次 Insert 鍵，否則將一直停留在插入狀態(tài)。 圖 11-10 建立場(chǎng)景 圖 11-11 移動(dòng)手柄 (3) 完成這些設(shè)置后，再創(chuàng)建一個(gè)半徑為 1 的球體，把它放在長(zhǎng)方體的左端。如圖 11-12 所示。 圖 11-12 建立球體 (4) 選中平面和球體，執(zhí)行 Soft/Rigid Bodies Create Passive Rigid Body 命令，將 它們?cè)O(shè)置為被動(dòng)剛體。在 Hypergragh 窗口或者 Outliner 窗口中，把球體用鼠標(biāo)中鍵拖曳到長(zhǎng)方體的上面，

17、把球體設(shè)置為長(zhǎng)方體的子物體，如圖 11-13 所示。這樣球體和長(zhǎng)方體就可以一起旋轉(zhuǎn)。在長(zhǎng)方體的旋轉(zhuǎn)通道，把第 1 幀設(shè)置為關(guān)鍵幀。將時(shí)間滑塊移動(dòng)到大約 15 幀，沿 Z 軸旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)方體約成 45 角，如圖 11-13 所示，把這一幀也設(shè)為關(guān)鍵幀。 圖 11-13 設(shè)置子物體 圖 11-14 制作長(zhǎng)方體動(dòng)畫(huà) 提示： 如果 Auto keyframe 按鈕啟動(dòng)狀態(tài)，那么當(dāng)某通道內(nèi)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，只要該通道內(nèi)已經(jīng)由人工手動(dòng)設(shè)置了第 1 個(gè)關(guān)鍵幀， Maya 會(huì)自動(dòng)設(shè)置新的關(guān)鍵幀。 (5) 播放動(dòng)畫(huà)，將看到圓柱體 ( 連同球體一起 ) 會(huì)在幾幀內(nèi)旋轉(zhuǎn)，然后停住不動(dòng)。 下面使球體產(chǎn)生剛體運(yùn)動(dòng)。在 Channel 欄中從剛體屬性的底部找到 Active 屬性，它的當(dāng)前值應(yīng)當(dāng)為 Off 。選中通道的名字 (Active) ，把時(shí)間滑塊移動(dòng)到第 12 幀，在 Active 名字上單擊鼠標(biāo)右鍵，在出現(xiàn)的菜單中選擇 Key Selected 命令。這將在 Active 通道設(shè)置一個(gè)值為 off 或 false 的關(guān)鍵字?，F(xiàn)在向前移動(dòng) 1 到 2 幀，單擊 Active 名旁邊的文本，在 Channel 盒內(nèi)輸入 On 。如果 Autokey 功能是打開(kāi)的，這時(shí)將自動(dòng)生成一個(gè)關(guān)鍵幀；否則在該通道內(nèi)手動(dòng)生成一個(gè)關(guān)鍵幀。 這樣球體就會(huì)變成一個(gè)要被圓柱