Моделирование и анимация человека

Я долго шел к тому, чтобы написать большой урок по моделированию и анимации. Первоначально планировалось, базируясь на сплайновом моделировании, написать серию уроков, описывающих процесс создания детализированной модели человека. Постепенно эта идея претерпела изменения и вместо сплайнового моделирования я начинаю публикацию уроков по углубленному моделированию полигонами с последующей анимацией.

Почему именно полигонами?
Во-первых, это не менее интересное моделирование, чем сплайновое, патчевое или нурбсами.
Во-вторых, мене самому будет интересно вспомнить такого рода моделирование (к сожалению давно не моделировал людей).

Основой для урока послужил мой личный опыт и та информация из различных источников, которая помогла мне самому чему-то научиться. Как правило это зарубежные статьи и уроки по таким программам как 3D Max, Maya, Animation Master. Огромное спасибо тем, кто пишет такие статьи, помогая нам учиться и совершенствовать свое мастерство.

Перед тем, как Вы приступите к изучению данного материала, я должен предупредить, что данная серия уроков рассчитана на людей имеющих определенный опыт работы с программой 3D Max. Дело в том, что из-за огромного количества материала, который будут содержать данные уроки, я не в состоянии детально останавливаться на описании интерфейса, расположении кнопок, меню, модификаторов и т.д. По возможности я буду стараться простым и доходчивым языком описывать то, что я буду делать, параллельно давая пояснения, но еще большая часть ляжет на Ваши плечи. Дело в том, что я не смогу преподать урок анатомии, так же как и не смогу научить Вас мыслить пространственными критериями, чувствовать объем. Для того, чтобы не было в будущем разочарования, пожалуйста взвесьте свои силы и оцените свои шансы довести работу до конца.
За сим и приступим...

Раздел первый. Моделирование головы (часть 1).

Прежде всего хотелось бы немного познакомить Вас с пластической анатомией, т.е. с тем, что образует внешние формы головы.
Конечно, правильнее было бы начать с изучения черепа, затем мышц лица, но боюсь утомить Вас утомить теорией, поэтому перейдем сразу к пропорциям головы, а все остальное оставим на самостоятельное изучение (благо материалов достаточно).

У каждого человека голова индивидуальна по своему строению и пропорциям, тем не менее можно вывести некую усредненную схему человеческого лица. Начнем с того, что осевая линия (вертикальная) делит голову ровно наполовину. Линия проходящая через ось глаз делит общую высоту головы ровно наполовину. Зрительно мы воспринимаем нижнюю часть большей, но это только кажется из-за значительного кол-ва "деталей" в этой части лица. Если принять ширину глаза за единицу измерения "а", то можно заметить, что высота головы укладывается в 7 таких единиц, а высота носа равна высоте уха, равна расстоянию от носа до подбородка и высоте лба до волосяного покрова (каждый отрезок в отдельности равен двойной величине глаза)(рис. 1).

рис. 1

Расстояние между глазами, так же как и расстояние от глаз до крайних точек висков равны величине глаза. Расстояние между крайними точками крыльев носа так же равны этой величине. Осталось добавить, что расстояние от подбородка до линии рта в два раза больше, чем расстояние от линии рта до носа.

Все приведенные выше измерения конечно же являются схематичными, и в жизни у каждого человека окажутся свои пропорции, тем не менее можно использовать эту схему как отправную точку для построения модели, внося изменения по мере построения индивидуальной головы.

А сейчас давайте перейдем непосредственно к моделированию.
В данном уроке мы не будем использовать виртуальную студию, а будем опираться только на вышеописанные пропорции и наше воображение. К тому же у нас не стоит задача сделать модель похожую на кого-то - мы просто учимся правильно моделировать.
Прежде чем начать моделирование как таковое, давайте немного поговорим о полигональном моделировании. Как явствует из самого названия, это моделирование при помощи полигонов. Но сами по себе полигоны создают грубую, ломаную форму, поэтому неотъемлемой частью моделирования форм органического происхождения является сглаживание. Достигается она как минимум двумя способами: добавлением в стек модификатора MeshSmooth или моделированием посредством Editable Poly. На самом деле это почти одно и то же, за исключением мелких нюансов. Но есть существенная разница в требованиях к ресурсам компьютера - Editable Poly раза в полтора больше загружает компьютер. Поэтому, если у Вас есть проблемы с "торможением", рекомендую моделировать посредством Editable Mesh. Я буду моделировать посредством Editable Poly, как более прогрессивном (как я уже говорил, в нем больше возможностей), но чтобы показать некоторые приемы работы, связанные с Editable Mash, начну именно с этого.

Что ж, начнем с построения куба. Габариты его должны приблизительно соответствовать пропорциям головы, а вот количество сегментов по длине, ширине и высоте должно быть как на рис. 2.

рис. 2

Настоятельно рекомендую строить куб так, чтобы его ось совпадала с началом координат, что в дальнейшем облегчит работу с зеркальными копиями объектов (рис. 3. )

рис.3

Далее конвертируем куб в Editable Mash (для этого просто кликнем правой кнопкой мыши по объекту и в контекстном меню выбираем Convert To: > Convert to Editable Mash. После этого у нас объект стал редактируемой сеткой, где мы можем работать с вершинами, ребрами, полигонами и т.д., чем сейчас и займемся. Для начала передвинем вершины так, как показано на рис. 4.

рис. 4

Затем выделим четыре нижних полигона и дважды выдавливаем их (команда Extrude) (рис. 5). Таким образом мы сделаем задел для формирования шеи.

рис. 5

Прежде чем двигаться дальше давайте сделаем несколько подготовительных операций для удобства дальнейшей работы. Во-первых, вспомним о том, что голова симметрична и следовательно мы можем моделировать только половину. Но иметь перед собой только половину объекта было бы не удобно, поэтому мы воспользуемся инстанс копией для того, чтобы видеть всю голову. Кроме того для удобства воспользуемся wire параметром текстуры. А теперь об этом подробнее.
Удалим левую половину нашего бокса, затем сделаем референс копию. Назовем ее Surface (или как-то иначе, главное что бы было понятно к чему это относится). (рис. 6).

рис. 6

Затем новому объекту присвоим модификатор MashSmooth как на рис. 7.

рис. 7

Сейчас, воспользуемся инструментом Mirror для создания зеркальной копии нашего Surface объекта (рис. 8).

рис. 8

Ну и последнее что мы сделаем, прежде чем продолжим моделирование, это применим к боксу материал с настройками как на рис. 9.

рис. 9

В результате у Вас должно получиться нечто похожее на рис. 10.

рис. 10

Для того, чтобы убедиться в том, что все настройки сделаны правильно, выделите вершину на объекте, представленном сеткой (у меня это все еще Box01) и попробуйте ее подвигать в стороны. Если вслед за вершиной начинают зеркально двигаться обе внутренние половинки, значит все сделано хорошо, в противном случае проверьте правильно ли клонированы объекты.
Справедливости ради должен заметить, что можно было бы обойтись и без третьего объекта, просто опустившись в стеке на уровень Editable Mash и включив в стеке кнопочку Show End Result. Но лично я на начальном этапе моделирования предпочитаю работать так, как описано выше.

Все, о чем говорилось выше относится к построению модели в Editable Mash. Если Вы решите моделировать так же как и я в Editable Poly, то необходимо вернуться к состоянию бокса как на рис. 5 и конвертировать его в Editable Poly (правая кнопка мыши и Convert To: > Convert to Editable Poly). После этого сделаем зеркальную инстанс копию половинки объекта и изменим настройки Editable Poly как показано на рис. 11 .

рис. 11

Дальнейшая работа состоит в том, чтобы строить форму от Общего к Частному. Иначе говоря, эта работа наподобие работы скульптора, когда из глыбы мрамора постепенно начинает вырисовываться форма будущей скульптуры. Вот только вместо инструментов скульптора мы будем использовать инструменты для работы с полигонами, ребрами и вершинами.
Давайте передвинем вершины так, что бы придать объекту грубую форму головы (рис. 12).

рис. 12

Обращаю Ваше внимание на то, что не следует передвигать по вертикали те вершины, которые находятся на линии глаз - это положение серединной линии головы и с их помощью мы будем формировать глаз.
Далее при помощи секущей плоскости (Slice Plane) разделим половину головы по вертикали на две части в районе носа (рис. 13).

рис. 13

Применяя все тот же инструмент Slice Plane сделаем еще один разрез в районе бровей. Эта линия поможет нам сформировать надбровные дуги и теменную часть затылка (рис. 14).

рис. 14

Не забывайте после каждого разреза уточнять положение вновь созданных вершин в пространстве. Следующим шагом будет разрез полигонов на лицевой части немного ниже серединной линии для формирования скуловой части лица. Для этого воспользуемся инструментом Cut. Красная линия показывает как именно будет проходить разрез (рис.15).

рис. 15

Все готово для того, что бы вплотную заняться формированием глаза. Для этого нам понадобится сделать еще несколько разрезов (рис.16).

рис. 16

Для придания глазу нужной формы понадобится еще один вертикальный разрез, проходящий через середину глаза (рис. 17).

рис. 17

Продолжим формирование надбровной дуги и формы глаза. Для этого сделаем еще несколько разрезов с последующим уточнением положения вершин в пространстве (рис. 18). Кроме того переместим влево и сварим с лежащей на оси вершину над надбровной дугой.

рис. 18

Полигоны, расположенные внутри глаза нужно удалить - на их место впоследствии встанет глазное яблоко. Сейчас для формирования глаза выделим открытые ребра и, удерживая клавишу Shift, при помощи инструмента Select and Uniform Scale дублируем ребра внутрь два раза, причем второй раз сдвигаем ребра на незначительное расстояние и, не снимая выделения перемещаем эти ребра внутрь (рис. 19).

рис. 19

Продолжаем уточнять форму глаза. Для этого нам понадобится увеличить плотность полигонов вокруг глаза. Сделаем это как и прежде, при помощи дополнительных разрезов (рис. 20).

рис. 20

Чтобы веко приняло более острую форму на краях (в местах роста ресниц), нужно выделить в этих местах ребра и применить к ним инструмент Chamfer с небольшим значением (рис. 21).

рис. 21

Дальнейшее уточнение формы глаза будем проводить по сфере, имитирующей форму глазного яблока (само глазное яблоко мы смоделируем позже)(рис. 22).

рис. 22

Просто передвиньте вершины так, чтобы внутренняя часть глазного отверстия пересекалась с поверхностью сферы (рис. 23).

рис. 23

Далее, в процессе моделирования, мы возможно еще не раз будем возвращаться к уточнению формы головы в области глаза, а пока той детализации, которую мы уже сделали будет вполне достаточно. Пора переходить к формированию носа и губ.