MoGraph 2 – Animationspfad und MoDynamics-Kräfte – Fallende Mosaiksteine

Autor: Andreas Asanger

Für dieses Tutorial ist die Version 2 von MoGraph erforderlich, mit der die dynamisch-physikalischen Simulationen über MoDynamics möglich sind.

In diesem Tutorial verwenden wir eine konventionelle Pfadanimation, um mit einer MoDynamics-Kraft gezielt Klone herabfallen zu lassen

Die folgende Abbildung zeigt das Schlussbild dieses MoGraph 2-Workshops. An dieser Stelle sei gleich erwähnt, dass die verwendeten Farben und der verwendete Animationspfad (hier: das “psd”) natürlich nur Beispiele sind und jederzeit durch eigene Kreationen ersetzt werden können.

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Projektentwicklung mit CINEMA 4D

 

Wer dieses Tutorial parallel mitarbeiten möchte, findet das C4D-Dokument “PSD_C4D_MoGraph2_Kraefte_Start.c4d” bei den Arbeitsdateien. Neben einem ersten Mosaiksteinchen ist auch der psd-Schriftzug als Spline-Pfad enthalten.

 

Weitere Szenen-Bestandteile sind ein momentan im Editor unsichtbares Boden-Objekt, auf das die Mosaiksteinchen später herabfallen sollen, und eine vorinstallierte Kamera, die das Geschehen bereits aus dem richtigen Blickwinkel beobachtet und sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung alle Steinchen einfängt. Über das Sucher-Symbol neben den Ampelschaltern im Objekt-Manager können wir uns diese Kamera jederzeit statt der Editor-Kamera aktivieren (das Sucher-Symbol färbt sich dann weiß) und die Animation aus der späteren Render-Perspektive betrachten.

 

Der psd-Schriftzug liegt als Spline-Objekt vom Typ Bezier-Spline in der Szene vor. Weil die Punkte des Spline-Objekts unterschiedliche Abstände voneinander haben, würde CINEMA 4D bei der Interpretation dieses Animationspfads je nach Weg zwischen zwei Spline-Punkten ein höheres bzw. langsameres Tempo einlegen.

Um diese unerwünschte Auslegung zu vermeiden, sind die Zwischenpunkte des Splines als Gleichmäßig eingestellt und außerdem auf eine Anzahl von 20 Punkten erhöht.

 

Als erstes Mosaiksteinchen liegt auch schon ein Würfel-Objekt in der Szene vor. Wer möchte, kann gerne auch größere, kleinere oder ganz andere Objekte als Klone verwenden. Hier allerdings bitte beachten, dass die Rechnerbeanspruchung mit zunehmender Anzahl der Klone bzw. Komplexität zunimmt. Und das nicht erst beim späteren Rendering der Animation, sondern auch bereits bei der Arbeit im Editor.

 

Aufbau des Klon-Mosaiks

Beginnen wir endlich mit der Arbeit und MoGraph. Für die Erzeugung des Klon-Mosaiks holen wir uns ein Klon-Objekt aus dem Menü MoGraph.

 

Um das Würfel-Objekt als Klon zu definieren, legen wir es über den Objekt-Manager als Unterobjekt in das Klon-Objekt hinein. Die Generierung der Klone soll gitterförmig erfolgen, wobei wir die Gesamtgröße des Mosaikfeldes auf 600m x 450m setzen. Damit haben wir für das spätere Rendern ein Seitenverhältnis von 4:3 und können beispielsweise mit 480 auf 360 Pixel oder auch 800 auf 600 Pixel problemlos rendern. Da die Seitenlänge des Würfels 10m beträgt und wir ein enganliegendes Steinmuster möchten, erhöhen wir entsprechend die Anzahl der Klone in X-Richtung auf 60, in Z-Richtung auf 45 und – weil wir nur eine einzige Mosaikschicht brauchen – in Y-Richtung auf 1. Damit die Klone beim Herunterpurzeln auch ein bisschen Weg auf sich nehmen müssen, setzen wir die Position des Mosaiks auf den Y-Wert 150m.

 

Wie gewünscht, füllen die geklonten Würfel die komplette Fläche des 3D-Editors aus. Damit sich das graue Klon-Feld in ein buntes Mosaik verwandelt, benötigen wir jetzt jede Menge Farbe.

 

MoGraph-Material für die bunten Mosaiksteine

Dabei lassen wir uns natürlich von MoGraph unter die Arme greifen, denn wer möchte schon freiwillig so viele einzelne Farb-Materialien anlegen? Wir erstellen uns eigens dafür ein neues Material, am einfachsten durch Doppelklick auf eine freie Stelle im Material-Manager. Im Farbe-Kanal laden wir uns über den Pfeil-Button des Textur-Feldes den Farbe-Shader aus dem MoGraph-Menü.

 

Nach Klick auf den Shader-Button gelangen wir zu den Eigenschaften des Farbe-Shaders. Hier wählen wir die Option Farbe, damit der Shader auf die per Effektor erzeugte zufällige Farbe reagiert.

 

Über die Liste der Material-Kanäle auf der linken Seite des Material-Editors schalten wir uns noch den Glanzlicht-Kanal hinzu und vergeben ein plastikähnliches Glanzlicht von mittlerer Höhe und Breite an die bunten Mosaiksteine.

 

Nachdem wir dieses MoGraph-Material dem Klon-Objekt im Objekt-Manager zugewiesen haben, wissen die Klone momentan noch nichts von den Farben, die sie über den Farbe-Shader zugewiesen bekommen. Dafür benötigen wir noch den Zufalls-Effektor, den wir im Menü MoGraph finden. Wir selektieren vorher aber das Klon-Objekt im Objekt-Manager, damit der Zufalls-Effektor automatisch dem Klon-Objekt zugewiesen wird.

 

Im Einstellungsdialog des Zufalls-Effektors öffnen wir den Reiter Parameter und aktivieren die Verarbeitung des Farbmodus. Alle anderen Transformations-Optionen lassen wir deaktiviert, weil wir lediglich auf die Farbe der Klon-Materialien Einfluss nehmen wollen. Der 3D-Editor lässt das Ergebnis bereits erahnen – der Zufalls-Effektor übergibt nun für jeden Klon eine zufällig ausgewählte Farbe, die über den MoGraph-Farbe-Shader ausgewertet und als Materialfarbe verwendet wird.

 

Die bunte Mosaikfläche aus Klonen wäre soweit fertig gestellt, sodass wir uns einen Moment von den Mosaiksteinen ab- und dem Animationspfad zuwenden können.

 

Pfadanimation der Gravitationskraft

Dafür blenden wir das Klon-Objekt über den Ampelschalter im Objekt-Manager einfach aus, damit wir uns auf den Spline-Pfad konzentrieren können. Entlang dieses Splines soll sich ein Gravitations-Objekt bewegen, das die Klone aus dem Mosaik gezielt zum Herabfallen bringt.

 

Das Gravitations-Objekt holen wir uns aus dem Standard-Partikelsystem entweder über das Menü Objekte>Partikelsystem oder aus der Palette der Partikelsystem-Objekte.

 

Im Einstellungsdialog des Gravitationsobjektes setzen wir zunächst die Beschleunigung auf 4000. Dieser hohe Wert lässt die Klone nicht einfach nur langsam nach unten fallen, sondern zieht sie regelrecht aus der Mosaikfläche zu Boden. Weil die Gravitationskraft nur auf begrenztem Raum wirken soll, aktivieren wir im Reiter Abnahme die Form Würfel. Als Größe verwenden wir jeweils 10m in X-, Y- und Z-Richtung, damit nicht zu viele Klone gleichzeitig von der Gravitationswirkung erfasst werden. Die Abnahme innerhalb des Gravitations-Objekts darf linear wirken.

 

Dieses Gravitations-Objekt soll nun über den vorhandenen Spline als Pfad animiert werden. Dazu benötigen wir eine Auf Spline Ausrichten-Expression, die wir dem Gravitations-Objekt aus dem Menü Tags>CINEMA 4D Tags zuweisen.

 

Im Einstellungsdialog der Auf Spline Ausrichten-Expression finden wir den Eintrag Spline Pfad. Dort hinein ziehen wir das Spline-Objekt aus dem Objekt-Manager in den Attribute-Manager.

 

Nach dem Zuweisen des Animationspfades ist unser Gravitations-Objekt gleich an den Anfangspunkt des Spline-Pfades gesprungen. Dort befindet sich schließlich die Position 0, die auch den Anfangspunkt unserer Animation bedeutet. Über den Parameter Position erstellen wir nun auch die eigentliche Animation. Dazu setzen wir als Erstes den grünen Zeit-Schieberegler auf den Zeitpunkt von Bild 1.

Für diesen Zeitpunkt speichern wir uns den aktuellen Prozentwert der Position in einem Keyframe. Dazu klicken wir mit gedrückt gehaltener Strg- bzw. Ctrl-Taste auf den Kreis vor dem Parameter-Eintrag. Aus dem Kreis ist nun ein roter Punkt geworden, was uns signalisiert, dass wir den momentanen Positionswert zum aktuellen Zeitpunkt in einem Keyframe gespeichert haben.

 

Wir geben dem Gravitations-Objekt insgesamt 10 Sekunden Zeit (also 250 Bilder), um vom Ausgangs- zum Endpunkt zu laufen. Entsprechend benötigen wir zum Zeitpunkt 250 ebenfalls ein Keyframe, allerdings diesmal mit dem Positions-Wert 100%. Dazu schieben wir den Zeitregler auf Bild 250, tragen 100% in den Parameter Position ein und nehmen wiederum per Klick mit gedrückt gehaltener Strg- bzw. Ctrl-Taste auf den Kreis vor dem Parameter ein Keyframe auf.

 

Zum Testen der fertigen Pfadanimation verschieben wir einfach den grünen Zeit-Schieberegler oder klicken auf den Abspielbutton in der Animationspalette.

 

Cinema 4D verwendet bei der Aufnahme von Keyframes standardmäßig eine weiche Interpolation. Dadurch werden unnatürlich wirkende, ruckartige Bewegungen vermieden. Die Animationen laufen langsam an und zum Ende hin ebenso langsam aus. Wer das Gravitations-Objekt stattdessen lieber konstant durch die Klon-Steinchen schicken will und stets gleich viele Klone zum Herabfallen bringen möchte, kann dies leicht über die Zeitleiste aus dem Menü Fenster erledigen.

 

Im Key-Modus der Zeitleiste ist an der Kurve zwischen den beiden Keyframes sehr schön die weiche Interpolation zu erkennen. Um die Interpolationstypen an beiden Keys zu ändern, selektieren wir beide Keys in der Zeitleiste durch Anklicken mit gedrückt gehaltener Shift-Taste.

 

Im Attribute-Manager sind nun die Keyeigenschaften der beiden selektierten Keyframes aufgelistet. Im Eintrag Interpolation ändern wir die momentan aktive Spline-Interpolation auf Linear.

 

Statt mit einer Kurve sind die beiden Keyframes der Pfadanimation nun durch eine gerade Linie verbunden. Die Animation läuft nun konstant und linear zwischen beiden Keys ab.

 

Gravitationskraft für den Boden

Unsere animierte Gravitationskraft ist räumlich in ihrer Wirkung begrenzt. Das bedeutet, dass die herab fallenden Klon-Steinchen zwar auf den Boden auftreffen, dort aber keinerlei Gravitation mehr verspüren und nach dem Abprallen einfach wieder nach oben fliegen würden. Wir müssen also noch eine zusätzliche Gravitationskraft in die Szene einfügen, um die Mosaiksteinchen am Boden zu halten. Wir holen uns dazu ein zweites Gravitations-Objekt aus dem Menü Objekte>Partikelsystem.

 

Der Übersichtlichkeit halber versehen wir es gleich mit einem aussagekräftigen Zusatz im Namen, beispielsweise “…Boden”. Die Gravitationskraft belassen wir beim Standardwert von 1000, was CINEMA 4D-intern ziemlich genau der Erdanziehungskraft entspricht. Auch dieses Gravitations-Objekt soll räumlich begrenzt sein, da wir nicht möchten, dass es Einfluss auf die Klone nimmt, bevor sie aus dem Mosaik herausfallen.

Mit den Werten aus der folgenden Abbildung ergibt sich ein ausreichend großes Gravitationsgebiet, das alle Mosaiksteinchen erfasst. Wir lassen es außerdem leicht mit dem Boden-Objekt überlappen, um auszuschließen, dass sich Klone durch leichte Kollisionsungenauigkeiten nach unten aus dem Staub machen.

 

Die folgende Abbildung zeigt noch einmal die Anordnung und Ausdehnung der beiden Gravitations-Objekte. Momentan wirkt allerdings noch eine dritte Gravitationskraft, nämlich die global aktive MoDynamics-Gravitation, die wir für unser Projekt überhaupt nicht gebrauchen können.

 

Über das Menü Bearbeiten gelangen wir zu den Dokument-Voreinstellungen, wo die globalen MoDynamics-Werte unter dem Reiter MoDynamics zu finden sind. Um die globale Gravitation komplett außer Kraft zu setzen, tragen wir im Feld Dynamics beim Parameter Gravitation einfach eine 0 ein.

Weil die insgesamt immerhin 2400 Klone sehr nahe beieinander liegen, ist die Gefahr einer ungewollten frühzeitigen Kollision recht groß. Wir schieben dem daher auch gleich einen Riegel vor, indem wir die globale Kollisionstoleranz ebenfalls auf 0 setzen. Sollte es bei der Berechnung der MoDynamics Aussetzer oder Ungenauigkeiten geben, ist auch der Parameter Skalierung von Belang.

Aufgrund der schieren Menge an Klonen und abzufragenden Kollisionen habe ich den Skalierungs-Wert auf 3500 gesetzt, um die Animation auch durchgehend korrekt rendern zu können.

 

MoDynamics-Eigenschaften

Nun haben wir schon mit Klonen und Gravitations-Objekten hantiert, bislang aber weder Klone noch Boden mit physikalisch-dynamischen Eigenschaften ausgestattet. Wir holen dies jetzt als Erstes beim Boden-Objekt nach. Auf diesen Boden sollen die herab fallenden Mosaiksteinchen fallen, ein wenig abprallen und schließlich zur Ruhe kommen. Wir vergeben dazu an das Boden-Objekt ein Rigid Body-Tag aus dem Menü Tags>MoGraph Tags aus dem Objekt-Manager oder per Kontextmenü mit der rechten Maustaste bzw. Befehls-Taste.

 

Im Einstellungsdialog des Rigid Body-Tags definieren wir einen Quader als Form für die Kollision. Die gezeigten Elastizitäts-, Reibungs- und Kollisionsnoise-Werte lassen die Mosaiksteinchen nach dem Aufprall etwas nach oben springen, durch den mittleren Reibungswert aber auch nicht allzu weit gleiten.

 

Als Nächstes sind die Hauptdarsteller, die Klone aus dem Klon-Objekt, dran. Auch dem Klon-Objekt lassen wir ein Rigid Body-Tag aus dem Menü Tags>MoGraph Tags aus dem Objekt-Manager oder per Kontextmenü mit der rechten Maustaste bzw. Befehls-Taste zukommen.

 

Der Einstellungsdialog des Rigid Body-Tags vom Klon-Objekt ist schon etwas umfangreicher. Hier wählen wir als Auslösungsmoment die Option Sofort, damit die Gravitation gleich nach dem Start der Animation auf die Klone wirken kann. Auch die Mosaiksteinchen bekommen die naheliegende Kollisionsform Quader zugeteilt. Die Elastizitäts- und Kollisionsnoise-Werte entsprechen dem des Bodens, lediglich der Parameter Reibung fällt aus dem Rahmen. Dieser hohe Reibungswert soll die Mosaiksteinchen möglichst schnell nach dem Aufprall auf das Boden-Objekt zur Ruhe bringen.

 

Test der Animation

Gerade bei MoGraph-Animationen mit hoher Klon-Anzahl ist ein gründlicher Probelauf vor dem eigentlichen Rendering unerlässlich. Zum einen sollte natürlich getestet werden, ob sich die Klone aus der späteren Render-Perspektive korrekt verhalten …

 

… zum anderen gibt ein Testlauf aus einer anderen Perspektive zuverlässig Aufschluss über das Verhalten der herab fallenden Klone beim Aufprall auf das Boden-Objekt und über die Zeit, bis der Klon aufgrund der fehlenden Energie und der vorherrschenden Reibung still liegen bleibt.

 

So ist man dann beim späteren Rendering weitestgehend vor bösen Überraschungen abgesichert und nicht nur die Animation über eine Pfad-Expression, sondern auch die MoGraph-Simulation macht, was man von ihr erwartet.

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