Сколько мышц работает, когда мы двигаем рукой
Главная Статьи и Медиа 3d моделирование 3d моделирование человека Сколько мышц работает, когда мы двигаем рукой
Сколько мышц работает, когда мы двигаем рукой

Костно-мышечная система руки человека, и её влияние на внешние формы

Мышцы, кожа и... полигональная сетка...
Как применить знания по пластической анатомии при разработке оптимизированной для анимации "компьютерной кожи". Начнём с руки компьютерного 3d персонажа.



   Важность знаний по пластической анатомии для художника, рисующего человека, неоспорима! Но я уже говорил, что, по моему мнению, пассивное изучение картинок в анатомических атласах, приносит не очень много пользы. 3d графика, в смысле наглядности, имеет неоспоримые достоинства. С помошью трёхмерного компьютерного моделирования можно исследовать и динамические и формообразующие функции костей, мышц и сухожилий. Вы помните, как мы строили упрощённые модели мышц при «изготовлении» 3d шаблона туловища и симулировали их поведение с помощью простейшей привязки к костям?
       Для того, чтобы понять «тонкости» функционирования костно-мышечной системы руки человека, надо знать основные мышцы, сухожилия, а главное, места их прикрепления к костям и направление действия.

           
       Итак, разберёмся, для начала, с этим важным вопросом, а уж затем перейдём, непосредственно, к имитации реалистичной деформации кожи руки компьютерного 3d персонажа…

Схемы расположения основных мышц плечевого пояса.

 

Направление основных мышц задней поверхности плеча

Схема, иллюстрирующая направление основных мышц задней поверхности плеча

1. Малая ромбовидная мышца (красный цвет)
2. Большая ромбовидная мышца (красный)
3. Мышца, поднимающая лопатку (красный)
4. Надкостная мышца (синий)
5. Дельтовидная мышца (красный)
6. Подкостная мышца (синий)
7. Малая круглая мышца (красный)
8. Большая круглая мышца (крвсный)

 

Расположение мышц груди и плеча

Расположение мышц груди и плеча (вид спереди)

1.Подключичная мышца (синий)
2. Малая грудная мышца (синий)
3. Большая грудная мышца (красный)
4. Подлопаточная мышца (красный)
5. Клювовидно-плечевая мышца (красный)
6. Передняя зубчатая мышца (зелёный).

 

Сгибатели плеча

Схема расположения и направление сгибателей плеча

1. Подлопаточная мышца (красный)
2. Клювовидно-плечевая мышца (синий)
3. Двуглавая мышца плеча (красный)
4. Плечевая мышца (синий).

 

Сгибатели предплечья и пальцев

Схема расположения сгибателей предплечья и пальцев.

А Глубокий слой

В Поверхностный слой

 

1. Длинный сгибатель большого пальца (синий)
2. Глубокий сгибатель пальцев (красный)
3. Круглый пронатор (красный)
4. Лучевой сгибатель кисти (синий)
5. Локтевой сгибатель кисти (красный)
6. Поверхностный сгибатель пальцев (синий).

 

Имитация реалистичной деформации кожи руки компьютерного 3d персонажа с помощью инструментария 3D пакета MAYA.

 

       У каждого 3d художника, без сомнения, существует СВОЙ набор любимых и удобных, конкретно, ему инструментов, как на стадии моделирования персонажа, так и при работах по оснастке и анимированию. Подчеркну сразу. На данном этапе, передо мной не стоит задачи подробного объяснения принципов работы какого-либо из своих фаворитов-деформаторов!
Более того, я постараюсь  уделить максимум внимания РУЧНОЙ РАБОТЕ с полигональной сеткой . Ведь работая «руками», мы лучше осознаём, что и для чего мы делаем. Уже потом, при необходимости ускорения процесса, и совершенно осознанно, можно будет изучить и применить какой-либо способ имитации работы мышц - симулятор Maya Muscle, например. Наша задача - заставить кожу компьютерного персонажа вести себя так, как будто под ней находятся реальные мышцы, заставляющие её натягиваться, расслабляться и скользить там где надо...

       Итак, начнём, как говорится, сначала, то есть с пальца и «твиков» (Tweaks). Этот термин (скорее операция), полагаю, требует объяснения…
       Tweak, в переводе с английского — щипок или, что в данном контексте правильнее, — тонкая настройка. При изготовлении динамических 3d шаблонов, мы использовали (и будем использовать далее) метод  привязки полигональной сетки к костям (суставам) кинематического скелета. Основной способ редактирования данной привязки — настройка «весовых» соотношений. Проще говоря, степени влияния конкретного сустава на конкретную точку сетки.
       Проблема в том, что реальная кожа не только «следует» за костями, но и реагирует на деформацию мышц, сухожилий и т.п. Из чего следует, что деформация кожи не всёгда соответствует в напрвлении, движению кости. Значит, с помощью одних, только,  «весовых» соотношений настоящей реалистичности добиться невозможно…
       Тут и приходят на помощь художнику различные деформаторы, симуляторы и «твики»…
С «бленд-шейпами» (Blend Shape) (см. понятие МОРФИНГА) …

       Возьмём, к примеру, палец нашего персонажа.

Анимация 1. 3d Палец с привязкой без редактирования и использования дополнительных деформаторов.

       Проблемы, как говорится, на лицо. Согласитесь, реалистичности — полный ноль! 3d-шный термин «мягкая привязка» полностью оправдывает своё название. Мы видим «эффект тряпичной куклы». То есть, у этого пальчика совершенно нету косточек…
       Эта неприятность частично решаема с помощью редактирования «весовых» соотношений, но только частично…
       Если нужна максимальная реалистичность (что, конечно, требуется, далеко, не во всех проектах) — необходимы некоторые ухищрения…     
       Попробуем «потвикать» наш пальчик в согнутом состоянии (см. Рис. 1), добиваясь сносного реализма. Заметим, что некоторые точки двигаются не так, как ожидается. Это связано с тем, что «твики» на самом деле применяются к сетке в «позе привязки» (на рисунке расположенной сверху), имеющей другую систему координат.

Деформация 3d пальца

Рис. 1. Попробуем «потвикать» наш пальчик в согнутом состоянии, добиваясь сносного реализма...

 

       Думаю, что «концепция» применения «твиков» для достижения реализма деформации кожи, примерно вырисовывается…
       Кстати, Вы обратили внимание на «окошко» Blend Shape на рисунке?
 

      Короче, на анимации ниже можно увидеть слегка «твикнутый» пальчик...

Анимация 2. Более реалистичный 3d палец...

 

      Конечно применение методики «морфинга» при имитации реалистичной деформации кожи компьютерного 3d персонажа, является лишь одной из возможностей, предлагаемой инструментарием мощнейшего 3D пакета Maya. Эта методика предусматривает «ручную работу» по перемещению «точек», которая весьма полезна при изучении тонкостей влияния костно-мышечной системы на внешнюю топологию 3d модели. Она требует, так же, и  осознанного подхода к созданию полигональной сетки, что дисциплинирует начинающего художника, по-моему…

      Хотя, удачная сетка — понятие относительное…
Всё зависит, в конце концов, от стоящих перед художником задач. Я задался целью наглядно показать вышеупомянутое влияние заранее определённых движений на поведение  «линий» полигональной сетки, из этого и исхожу…

      На представленной ниже анимации показана немного доработанная полигональная сетка исходного шаблона кисти руки, выполняющей несложное движение. Что касается доработок, конкретно, сетки, то были добавлены уточняющие «изопармы» по линиям предполагаемых складок. Направления Edge Loops, если Вы помните, изначально выбирались соответственно реальной анатомии.

Анимация 3. 3d модель кисти руки, выполняющей несложное движение.

 

      Далее, мы продолжим углублённое изучение влияния мышц плечевого пояса на топологию, но сначала давайте вернёмся к нашему многострадальному шаблону.

Анимация 4. Плечевой пояс без детальной имитации деформаций "кожи" модели.

 

      Что тут скажешь — манекен есть манекен…
Но издали смотрится! Это, прежде всего, говорит о том, что на изменения внешней формы, динамика скелета оказывает гораздо больше влияния, чем динамика мышц...

      На будущее, хотелось бы, чтобы «изопармы» грудной области туловища реалистично «реагировали» на движения руки. То же можно сказать и о «изопармах» шеи. Хотелось бы увидеть «работу» бицепса и вообще, чтобы «кожа» руки вела себя «поживее». В общем, много чего хотелось бы…
            И всё в наших силах!

 

Продолжение следует...

GRANDIKOS


Grandikos Если Вам нравится сайт, а главное, статьи и обучающие материалы, на нём представленные... Вы можете стимулировать автора, бросив на его счёт любую "символическую" сумму, что, неизбежно, подвигнет его на дальнейшее проявление здорового альтруизма...
Кстати, если Вы, к тому же, вместе с "пожертвованием" оставите и комментарий, содержащий ВАШИ пожелания на будущее, то автор непременно учтёт их при планировании своей работы...


Счет на "Яндекс деньги": 41001131476679

Кошельки "WEB money":

Z148021440215
R515650544848


GRANDIKOS

2007—2017 © ТМИП | Все права защищены

К началу