Thiết kế hoạt hình 3d

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA THIẾT KẾ VÀ SÁNG TẠO ĐA PHƢƠNG TIỆN ***** BÀI GIẢNG MƠN HỌC IT (Phƣơng pháp đào tạo theo tín chỉ) TÊN HỌC PHẦN: PT THIẾT KẾ HOẠT HÌNH 3D (03 tín chỉ) Biên soạn ThS Trần Quốc Trung Hà Nội – 2014 MỤC LỤC CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐỒ HỌA HÌNH ĐỘNG 1.1 Khái niệm đồ họa hình động 3D 1.2 Phân loại loại đồ họa hình động 3D 1.1.1 Keyframe: 1.1.2 Pose to pose: 1.1.3 Straight ahead: 1.1.4 Hybird: 1.1.5 Hierarchy: 1.1.6 Motion capture: 1.2.3 Procedural: 1.3 Giới thiệu số phần mềm thiết kế đồ họa hình động 3D phổ biến 1.4 Nguyên lý thiết kế hình động 3D (đổi thành nguyên lý đặc thù 3d) 1.4.1 Squash and stretch 1.4.2 Anticipation: 1.4.3 Staging (Sự dàn dựng): 1.4.4 Exaggeration: 1.4.5 Solid modeling and rigging: PT IT CHƢƠNG II: THIẾT KẾ ĐỒ HỌA HÌNH ĐỘNG TRÊN MAYA 2.1 Làm quen với cơng cụ thiết kế đồ họa hình động Maya 2.1.1 Giới thiệu khái qt cơng cụ thiết kế đồ họa hình động Maya 2.1.2 Công cụ Keyframe 2.1.3 Công cụ Graph editor 10 2.1.4 Công cụ Timeline 12 2.1.5 Drope Sheet 13 2.1.6 Workspace 13 2.1.7 Công cụ Tracking Mark and Ghosting 14 2.2 Ứng dụng nguyên lý chuyển động vào thiết kế Maya 16 2.2.1 Áp dụng nguyên lý chuyển động vào trái bóng 16 2.2.1.2 Xây dựng trái bóng 3d 17 2.2.1.3 Áp vật liệu cho trái bóng 23 2.2.1.4 Xây dựng chuyển động cho trái bóng 25 2.2.1.5 Tinh chỉnh tổng thể chuyển động trái bóng xuất file 30 2.2.2 Giới thiệu hệ thống chuyển động khớp xương maya 31 2.2.2.1 Làm quen với hệ thống khớp xương maya 31 2.2.2.2 Làm quen với công cụ làm việc với khớp xương Maya 34 2.2.2.3 Xây dựng đèn bàn 3D 41 2.2.2.4 Gán xương cho đèn bàn 50 2.2.2.5 Tinh chỉnh hệ thống xương với nhân vật (bind skin) 53 2.2.2.6 Xây dựng chuyển động cho đèn bàn 58 CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐỒ HỌA HÌNH ĐỘNG 1.1 Khái niệm đồ họa hình động 3D 1.2 Phân loại loại đồ họa hình động 3D 1.1.1 Keyframe: Chuyển động keyframe công cụ phổ biến việc tạo chuyển động cho nhân vật đồ họa 3d Trong đồ họa 3d, keyframe hiển thị dạng đường line đỏ công cụ thời gian (timeline) Keyframe có vai trị ghi lại vị trí chuyển động vật thể công cụ thời gian Người thiết kế xác định vị trí di chuyển đối tượng công cụ thời gian keyframe để lưu trữ thông tin đối tượng chuyển động Sau IT thiết lập các keyframe công cụ thời gian, máy tính tự tạo chuyển động nội suy keyframe giống hình xen kẽ tạo chuyển PT động đồ họa 2d Hình 1.1: Sự chuyển động đối tượng theo keyframe nội suy 3d Sự thể đồ họa hình động 3d thể dạng loại sau:  Pose to pose  Straight ahead  Hybird  Hierarchy 1.1.2 Pose to pose: Đây phương pháp thiết lập key chuyển động đối tượng đầu tiên, sau người thiêt kế kỹ cảm nhận tạo key nơi suy để hồn thiện chuyển động đối tượng Phương pháp sử dụng phổ biến cho nhà thiết kế chuyển động giúp họ điều tiết kiểm sốt chuyển động cách hiểu việc chỉnh sửa chuyển động dễ dàng 1.1.3 Straight ahead: Straight ahead phương pháp tạo chuyển động theo frame một, có nghĩa người làm thiết kế động tạo chuyển động từ frame 1, frame 2, frame 3,… frame cuối chuyển động Trước phương pháp IT nhiều người thiết kế động ưa chuộng họ thoải thể kỹ diễn hoạt động từ đầu đến cuối Nhưng ngày phương pháp thể nhiều hạn chế đặc biệt trường hợp có chuyển động phức tạp hay dự án lớn Nếu sử dụng phương pháp để làm chuyển động xảy lỗi có PT cách để chỉnh sửa bắt đầu lại từ đầu 1.1.4 Hybird: Phương pháp kết hợp hai phương pháp pose to pose straightahead Người thiết kế động tạo key sau tạo chuyển động nội suy Tiếp theo, người thiết kế động sử dụng phương pháp straightahead việc tinh chỉnh chuyển động tiếp nối (overlapping) giai đoạn chỉnh sửa cuối việc tạo chuyển động Phương pháp giúp cho người thiết kế linh hoạt trình làm việc từ việc xây dựng chuyển động đến vào làm tinh chuyển động Cách giúp cho đạo diễn kiểm sốt đoạn chuyển động đê đảm bảo phù hợp với tiêu chí dự án Đây phương pháp sử dụng phổ biến công ty thiết kế đồ họa động ngày 1.1.5 Hierarchy: Đây phương pháp thể dạng chuyển động theo chu kì, chuyển động tạo tự lặp lại theo thời gian Ở đây, key ban đầu key cuối chuyển động xác định Chuyển động ví dụ điển hình chuyển động theo chu kì, thể chuyển động chân phải chân trái Phương pháp thực việc tạo chuyển động theo phần đối tượng, ví dụ chuyển động người, người thiết kế động bắt đầu tạo chuyển động từ phần chân trước sau đến phần hơng, cổ đến đầu Sau phần thân tạo chuyển động, người tạo chuyển động tiếp tục tạo chuyển động cho vai, khuỷu tay đến cổ tay Phương pháp hỗ trợ cho người làm thiết kế động phân chia thành phần chuyển động đối tượng cách dễ dàng kiểm soát 1.1.6 Motion capture: Motion capture phương pháp sử dụng việc ghi lại hình ảnh chuyển động thực tế sau qua phần mềm thiết bi ngoại vi để chuyển hóa vào IT phần mềm đồ họa 3D Phương pháp ứng dụng chủ yếu lĩnh vực làm game sản xuất phim Trong trương hợp này, chuyển động thực tế ghi lại mô không gian 3d phần mềm Các liệu chuyển động gắn kết với hệ thông xương đối tượng phần mềm 3d để tạo PT chuyển động cho đối tượng 1.2.3 Procedural: Trong phương pháp này, người thiết kế chuyển động không can thiệp vào việc thiết kế chuyển động cho đối tượng 3d mà thay vào phần mềm đóng vai trị tạo chuyển động, người thiết kế động tinh chỉnh chuyển động tạo từ phần mềm cho phù hợp Chuyển động Procedural ứng dụng phổ biến lĩnh vực thiết kế game Cách giúp cho chuyển động tương tác với đối tượng môi trường xung quanh cách thật nhât không gian ảo 3d Lĩnh vực game ứng dụng nhiều phương pháp giúp cho nhà làm game tao chuyện động có tinh tương tác cao thời gian thực game 1.3 Giới thiệu số phần mềm thiết kế đồ họa hình động 3D phổ biến Khi cơng nghệ làm 3D phát triển, phần mềm phục vụ cho việc xử lý 3D phát triển mạnh mẽ Hiện nay, có nhiều phần mềm tuyệt vời để phục vụ cho công việc làm phim 3D Chúng ta điểm qua số phần mềm tiếng  Lightwave Lightwave có tính tạo mẫu (modelling) mạnh theo kiểu polygon khơng hỗ trợ NURB Nói chung, Lightwave thuộc loại dễ học so với công cụ làm đồ họa 3D khác Với người có kinh nghiệm, tạo đoạn phim đẹp từ  3D Studio Max (Discreet) Max công cụ làm 3D chiếm lĩnh công nghệ làm game chương trình 3D phổ biến Cũng có nhiều cơng ty sử dụng để làm phim Max cung cấp tính tạo mơ hình, làm animation diễn hoạt ảnh dễ dùng hầu hết tính mạnh lại có từ plug-in kết nối vào Max chương trình 3D xuất trực tiếp diễn hoạt 3D sang Flash Max coi chuẩn cơng nghệ để phát triển multimedia, chi phí cho plug-in thêm vào Max khiến cho trở nên đắt IT  Maya (Alias|Wavefront, sở hữu Silicon Graphics Inc.) Maya thời coi chúa tể phần mềm làm phim 3D Hơn năm qua, trở thành kẻ dẫn đầu cơng nghệ diễn nhân vật cho điện ảnh Gần hơn, giá hạ xuống thích hợp, sử dụng nhiều công nghệ làm game chưa phổ biến Max PT Maya có tính tạo mơ hình (modelling), diễn nhân vật làm hiệu ứng linh hoạt đáng kính nể Nó phần mềm đồ sộ phức tạp Tính render (diễn hoạt) Maya đem lại kết tuyệt vời khơng đáng kính nể tính cịn lại Khi nhà điện ảnh làm phim với Maya, họ lại thường làm công việc render phần mềm Renderman Mental Ray Maya  Softimage|XSI (Softimage, sở hữu Avid) XSI phần mềm muộn mằn thị trường phần mềm 3D phát triển công ty chiếm lĩnh thị trường sản phẩm Softimage 3D trước họ Softimage nhiều thị trường phải chia sẻ với Maya năm họ bận phát triển XSI, gần bắt đầu lấy lại thị phần định đối thủ đáng gờm Maya XSI mạnh việc model polygon subdivision surface, NURB hạn chế Nó hỗ trợ nhiều tính mạnh để làm animation XSI có tích hợp render Mental Ray tạo nhiều thuận lợi để giải vấn đề render mà tất công ty cần Hệ thống render XSI có hỗ trợ hồn hảo cho việc render nhiều bước (render passes) mà tất phần mềm 3D phải giải 1.4 Nguyên lý thiết kế hình động 3D (đổi thành nguyên lý đặc thù 3d) 1.4.1 Squash and stretch Trong đồ họa hình động 3d, nguyên lý kéo dãn đối tượng áp dụng nhiều kĩ thuật khác nhau: Skin (Muscle), springs, tinh chỉnh trực tiếp với đối tượng poly để làm thay đổi hình thái vật thể từ trạng thái sang trạng thái khác, thể qua việc thay đổi phạm vi tương tác kĩ thuật tính tốn dynamics với hệ thống xương IK systems làm chuyển động 1.4.2 Anticipation: IT Đây nguyên lý việc giúp cho người xem hiểu điều xảy Đồ họa hình động 3d tạo dàn dựng chuyển động công cụ: time sheets, timelines curves Bằng công cụ người thiết kế chuyển động khéo léo dựng lên chuyển động mà người xem đốn biết PT xảy 1.4.3 Staging (Sự dàn dựng): Đây nguyên lý áp dụng cho việc thể cảm xúc hoạt cảnh thơng việc xác định vị trí chuyển động đối tượng Sự dàn dựng chuyển động đối tượng giúp cho trình sau trở nên mượt mà uyển chuyển Trong việc tạo chuyển động không gian 3d, việc cần làm la xây dựng hình dạng chuyển động (blocking) trước làm chi tiết giai đoạn để tạo chuyển động hoàn chỉnh Overlapping action: Đây nguyên lý ứng dụng cho việc tạo ảnh hưởng chuyển động thành phần hành động tổng thể đối tượng Trong chuyển động 3d dạng chuyển động quần áo hay tóc ví dụ rõ nét ngun lý khả tính tốn dynamic phần mềm 3d Việc phân chia lớp chuyển động phần mềm 3d giúp cho việc kết hợp chuyển động với nhân vật Chuyển động theo vòng cung (Arc): Đây nguyên lý áp dụng cho chuyển động hình vịng cung để tạo chuyển động tự nhiên Với đối tượng robotic xảy chuyển động dạng hình vịng cung Phần mềm đồ họa động 3d hỗ trợ lự tượng tác ảo để tạo chuyển động dạng vòng cung cho đối tượng Hành động phụ (Secondary action) : Đây nguyên lý việc tạo chuyển động bổ trợ cho chuyển động Đối với đồ họa động 3d, người thiết kế tạo kênh khác để tạo chuyển động phụ Ví dụ như: Một kệnh cho tóc, kênh cho mũ kênh cho phần áo đối tượng… ta tạo chuyển động đối tượng bay mái tóc có hành động phụ mũ bị đung đưa nhẹ hay áo bị tác động gió 1.4.4 Exaggeration: IT gió tất hành động bổ trợ cho chuyển động bay mái tóc Đây nguyên lý cường điệu hóa chuyển động, nguyên lý PT thường áp dụng phim hoạt hình đặc biết nguyên lý thường đạt hiểu cao với nguyên lý kéo dãn Trong phần mềm đồ họa 3d, nguyên lý thường thể cho chuyển động thơng qua việc dụng thuật tốn chuyển động (procedural) đọa script để tạo 1.4.5 Solid modeling and rigging: Đây gần nguyên lý trọng kĩ cảm nhận hình khối để tạo chuyển động thật cho đối tượng Ở địi hỏi kĩ tạo hình để tạo hài hịa tinh tế cho đối tượng Ngoài nguyên lý liên quan đến Kĩ chuyển động với khớp xương đòi hỏi quan cho người làm thiết kế động 3d CHƢƠNG II: THIẾT KẾ ĐỒ HỌA HÌNH ĐỘNG TRÊN MAYA 2.1 Làm quen với cơng cụ thiết kế đồ họa hình động Maya PT IT 2.1.1 Giới thiệu khái quát công cụ thiết kế đồ họa hình động Maya Hình 2.1: Bảng cơng cụ giao diện maya Các phím tắt làm việc Maya:  Views Shortcuts: Alt + chuột trái = Tumble (only in perspective view) Alt + chuột = Track Alt + chuột trái + chuột = Dolly Alt + Ctrl + Left mouse button and drag a box = Box dolly A = Frame all D = Rough, medium and fine display of model Space bar (quick tap) = Takes you from one set of view panels to full screen on the selected view panel  Phím tắt tạo chuyển động Maya: S = tạo key chuyển động E = xoay đối tượng R = thay đổi kích thước đối tượng W= chiều di chuyển đối tượng Phím tắt Playback: Alt + V = xem lại chuyển động K + chuột trái + drag = Scrub animation • + Alt = di chuyển frame phía trước , + Alt = di chuyển frame phía sau • = di chuyển đến key , = di chuyển đến key trước PT IT Tinh chỉnh thơng số setting để làm chuyển động Maya với bảng Preferences: Hình 2.2: Bảng setting chuyển động maya Để thực tinh chỉnh với hiểu chỉnh chuyển động maya, cần click vào hình ảnh icon hình vẽ 2.2 Bảng tinh chỉnh giúp ta điều chỉnh thông số thời gian khung hình Hình 2.18 Cơng cụ IK maya Trong trường hợp ta liên kết hệ thống IK với khớp xương phần thân đèn bàn Sau lựa chọn công cụ IK ta di chuyển chuột đến phần thân đèn bàn Lúc ta chọn vào phần xương phần thân sau tiếp tục chọn phần xương thân Khi hệ thống IK gắn kết với xương PT IT có hình dáng giống hình 2.19 Hình 2.19 Hệ thống IK đèn bàn 2.2.2.6 Xây dựng chuyển động cho đèn bàn Để tạo chuyển động cho đèn bàn ta tinh chỉnh thời gian chuyển động cho đối tượng Ở đèn bàn có chuyển động theo dạng bật nhẩy theo chu kỳ lặp lại Đầu tiên xác lập thời gian chuyển động bật nhẩy đèn bàn Với chuyển động đèn bàn ta để thời gian chuyển động bật nhẩy chu kỳ 21 frame 58 Hình 2.20 Thời gian chuyển động chu kỳ bật nhẩy Trong bảng Preference ta tinh chỉnh lại phần playback speed theo thời gian PT IT “real-time 24fps” Hình 2.21 bảng preference Sau ta tinh chỉnh xong thông số thời gian, ta bắt đầu vào tạo chuyển động cho đối tượng Bƣớc 1: Hình 2.22 Khung nhìn right view 59 Ta sử dụng khung nhìn Right view để tạo chuyển động cho đèn bàn Đầu tiên ta sử dụng cơng cụ IK để thay đối hình dáng đèn bàn hình 2.23 IT frame thứ thời gian Hình 2.23 Chiếc đèn bàn co lại cơng cụ IK PT Trên hình 2.23 thể hình ảnh đèn bàn co lại frame thời gian Sau xác lập hình dáng chuyển động ta nhấn phím “S” để keyframe lại Tiếp theo ta di chuyển thời gian đến frame thứ (trong việc tạo chuyển động cho đèn ta xác lập bước chuyển động cách frame) Tại frame thứ ta kéo dãn đối tượng đèn bàn hướng phía trước hình 2.24 60 IT Hình 2.24 Đèn bàn bị kéo dãn frame thứ Sau ta lại keyframe lại trạng thái chuyển động đèn bàn thời điểm Đến frame thứ 11 ta lại làm cho đèn bàn co lại giống frame thứ PT keyframe lại chuyển động frame Hình 2.25 Chiếc đèn bàn bị co lại frame thứ 11 Sau ta di chuyển đến frame thứ 16 để tạo chuyển động chu kì bật nhảy đèn bàn Tại frame ta kéo dãn vật thể nghiêng phía sau chút hình 2.26 61 Hình 2.26 Chiếc đèn bàn bị kéo dãn frame thứ 16 IT Cuối để kết thúc chu kỳ chuyển động đèn frame thứ 21 ta chép hình dáng chuyển động đèn từ frame thứ cho frame thứ 21 Đề chép keyframe frame thứ ta làm sau Di chuyển điều khiển thời gian timeline đến keyframe sau ta click chuột phải vào PT keyframe bảng hình 2.27 ta lựa chọn lệnh copy Hình 2.27 bảng lệnh chép keyframe Sau ta di chuyển đến frame thứ 21 click chuột phải để bảng hình 2.27 sau ta chọn lệnh past 62 Đến ta hoàn thành chu kỳ chuyển động đèn bàn với phần thân Hình 2.28 Chu kỳ chuyển động đèn bàn Bƣớc 2: Giai đoạn ta tiếp tục tinh chỉnh kĩ chuyển động đèn bàn theo lớp layer chuyển động IT Để dễ dàng cho việc xây dựng tinh chỉnh chuyển động hiệu ta se tạo layer chuyển động thông qua lệnh “group” Maya PT Đầu tiên ta vào công cụ Outliner cơng cụ window Maya Hình 2.29 Cơng cụ outliner Ta lựa chọn toàn đối tượng khung nhìn hình 2.30 để thực lệnh Group đối tượng lại với 63 IT Hình 2.30 Lựa chọn tồn đối tượng khung nhìn Khi lựa chọn tất đối tượng ta nhóm lại thành group lệnh Ctrl+ PT G, group tạo hình 2.31 bảng outliner Hình 2.31 Group xác lập outliner Đổi tên group thành “Height animation” để ta phân biệt layer chuyển động Với Height animation ta tạo chuyển động bật nhẩy lên cao cho đối tượng Trong giai đoạn ta thực việc thay đổi vị trí đối tượng theo trục thẳng đứng keyframe ta tạo bước 64 Tại frame thứ ta giữ nguyên vị trí đối tượng Đến frame thứ ta di chuyển IT đèn bàn lên phái theo trục y hình 2.32 sau keyframe vị trí Hình 2.32 vị trí đèn bàn frame Với frame 11 ta giữ nguyên vị trí chuyển động xác lập từ trước, sau PT ta thực lệnh keyframe vị trí Đến frame thứ 16 ta thay đổi vị trí đèn xuống phía chút phải đảm bảo cao so với vị trí đèn frame thứ Hình 2.33 Vị trí đèn frame 16 65 Tại frame thứ 21 kết thúc chu kỳ chuyển động đối tượng nên vị trí đối tượng lúc giống frame thứ ta se thực lệnh chép keyframe làm bước để xác lập vị trí cho đèn frame thứ 21 Sau hoàn thành bước ta có chu kì chuyển động sau hình 2.34 IT Hình 2.34 Chu kỳ chuyển động đèn Bƣớc 3: Bước ta tinh chỉnh chuyển động cho phần chân đèn cho phù PT hợp với đèn Hình 2.35 phần chân đèn lựa chọn Sau lựa chọn phần chân đèn ta điều chỉnh trục xoay phần để khớp với chuyển động Tại frame thứ ta xoay phần chân đèn nằm ngang hình 2.36 66 Hình 2.36 Phần chân đèn điều chỉnh nằm ngang Tại frame thứ 6, ta xoay phần chân đèn lên cao chút hình 2.37 để tạo PT IT bật nhẩy cho đèn Hình 2.37 Phần chân đèn frame thứ Đến frame thứ 11, ta tinh chỉnh phần chân đèn hướng phái để tạo đà cho chuyển động hình 2.38 67 Hình 2.38 Phần chân đèn frame thứ 11 IT Tại frame thứ 16 ta tinh chỉnh phần chân đèn xoay theo hướng lên nhiều PT so với frame thứ 11 để tạo đà tiếp đất Hình 2.39 Phần chân đèn frame thứ 16 Với frame thứ 21 ta lại chép lại từ frame thứ giống làm bước Hình 2.40 Chu kỳ chuyển động đèn 68 Bƣớc 4: Tạo hướng độ nghiêng đèn chuyển động Trước tiên ta tạo group để tạo lớp chuyển động cho đối tượng Ta vào outliner select group “height animation” tạo trước lại IT thực chức group đặt tên group “rotation animation” PT Hình 2.41 Group “rotation animation” tạo Ở frame khơng có thay đổi nên ta giữ nguyên Đến frame thứ ta xoay vật thể nghiên phía trước để tạo trọng lực di chuyển giống hình Hình 2.42 Hình dáng chuyển động frame thứ 69 Frame thứ 11 ta xoay đối tượng trở vị trí cân hình 2.43 để tạo chuyển động trung gian IT Hình 2.43 Hình dáng chuyển động frame thứ 11 Frame thứ 16 ta xoay đèn nghiên phái sau chụt đề tạo trọng PT lực di chuyển phái trước Hình 2.44 Hình dáng chuyển động frame thứ 16 Frame thứ 21 ta lại chép lại từ frame để kết thúc chu kỳ chuyển động đèn 70 Hình 2.45 Chu kỳ chuyển động đèn Bƣớc 5: Tạo vị trí di chuyển cho đèn bàn chu kỳ Ta tạo group đặt tên “position animation” để chuẩn bị cho PT IT việc xác lập vị trí chuyển động đèn bàn Hình 2.46 Group “position animation” tạo Tại frame thứ ta xác lập vị trí cho đèn bàn đến frame thứ 21 ta xác lập vị trí thứ đèn bàn, ta di chuyển đèn bàn theo trục +Z 71 Hình 2.47 Vị trí chuyển động đèn IT Đến ta hoàn thành chu kỳ chuyển động hoàn chỉnh đèn bàn để kiểm tra lại chuyển động ta sử dụng công cụ play để xem lại PT Hình 2.48 Bảng chế độ xem lại chuyển động 72 ... người làm thiết kế động 3d CHƢƠNG II: THIẾT KẾ ĐỒ HỌA HÌNH ĐỘNG TRÊN MAYA 2.1 Làm quen với công cụ thiết kế đồ họa hình động Maya PT IT 2.1.1 Giới thiệu khái quát công cụ thiết kế đồ họa hình động... PT IT CHƢƠNG II: THIẾT KẾ ĐỒ HỌA HÌNH ĐỘNG TRÊN MAYA 2.1 Làm quen với công cụ thiết kế đồ họa hình động Maya 2.1.1 Giới thiệu khái quát cơng cụ thiết kế đồ họa hình động Maya 2.1.2... Procedural: 1.3 Giới thiệu số phần mềm thiết kế đồ họa hình động 3D phổ biến 1.4 Nguyên lý thiết kế hình động 3D (đổi thành nguyên lý đặc thù 3d) 1.4.1 Squash and stretch