MoGraph 2 – Kollisionen mit MoDynamics – Rutschbahn und Klon-Spirale

Tutorials 8. Januar 2012 – 0 Kommentare

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 generieren wir aus einem einzelnen Baustein eine Klon-Spirale, auf die wir anschließend per Rutschbahn eine Metallkugel loslassen.

 

Die nachstehende Abbildung zeigt das Ergebnis unseres Workshops. Eine Metallkugel darf auf einer Rutschbahn eine Klon-Spirale ins Visier nehmen und idealerweise alle Bausteine zum Umfallen bringen. Wir konzentrieren uns so weit wie möglich auf die Arbeit mit MoGraph 2.

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Projektentwicklung mit CINEMA 4D

 

Deswegen findet ihr in der Datei „PSD_C4D_MoGraph2_Kollision_Start.c4d“ alle texturierten Ausgangsmaterialien wie Rutschbahn, Baustein und Metallkugel innerhalb einer bereits ausgeleuchteten Szenerie.

 

Werfen wir einen Blick in den Objekt-Manager. Neben den Hauptakteuren, einem Würfel- und einem Kugel-Grundobjekt finden wir die per Sweep-NURBS-Objekt modellierte Rutschbahn und das obligatorische Boden-Objekt. Für die gerenderte Animation habe ich außerdem zwei Kameras in die Szene integriert, die einmal eher die Rutschbahn und einmal eher die Klon-Spirale im Fokus haben. Welche Kamera ihr verwendet oder ob ihr, wie in der Animation, eine Kamerafahrt zwischen den beiden Positionen erstellt, ist eurem Geschmack überlassen. Ihr findet die animierte Kamerafahrt als Dokument „PSD_C4D_MoGraph2_Kollision_Film.c4d“ bei den Arbeitsdateien.

 

Erzeugen der Klon-Spirale

Damit die Baustein-Klone eine klare Vorgabe bekommen, wie sie sich spiralförmig aufzustellen haben, geben wir dies über ein Spline-Objekt vor. Dazu holen wir uns ein Helix-Grundobjekt aus der Palette der Spline-Objekte.

 

Im Einstellungsdialog der Helix setzen wir den Anfangsradius auf 200m, den Endradius auf 10m und den Endwinkel auf 1800°. Mit diesen Parametern bekommen wir eine 200m breite Spirale, die sich zur Mitte hin bis zu einem Radius von 10m zusammenrollt. Die 1800° ergeben (5 x 360°) entsprechend fünf Spiralringe.

Die Höhe setzen wir auf 0m, schließlich sollen später alle Klone auf gleicher Höhe stehen. Als Ebene wählen wir „XZ“, um die Helix waagrecht auszurichten.

Weil die Bausteine eine Höhe von 20m aufweisen und ihren Bezugspunkt in der Mitte, also bei 10m haben, können wir die Helix gleich auf die richtige Y-Position von 10m stellen. Damit stehen später alle Bausteine ohne Zwischenraum exakt auf dem Boden.

 

Beginnen wir mit der eigentlichen Arbeit mit MoGraph. Um die Bausteine entlang der Spirale zu klonen, holen wir uns ein Klon-Objekt aus dem Menü MoGraph.

 

Um den Baustein als Klon zu definieren, machen wir das Würfel-Objekt im Objekt-Manager zum Unterobjekt des Klon-Objekts. Im Einstellungsdialog des Klon-Objekts wählen wir im Reiter Objekt den Klon-Modus Objekt aus, schließlich wollen wir die Klone an einem Objekt ausrichten.

Jetzt ziehen wir den Helix-Spline in das dafür vorgesehene Feld Objekt. Nun richtet MoGraph bereits ein paar spärliche Bausteine an der Helix aus; wir brauchen also dringend Baustein-Nachschub.

In meinem Beispiel habe ich eine Anzahl von 260 Klonen verwendet. Wichtig ist, dass die Bausteine nicht zu weit auseinander stehen, damit sie beim Umfallen auch den nächsten Baustein mitreißen. Alle anderen Parameter sind hier nicht von Belang, lediglich die Option Weiche Rotation kann nie schaden, damit die Klone etwas geschmeidiger an die Spline-Kurve gelegt werden.

 

Die Klon-Spirale aus Bausteinen wäre fertig, besitzt aber noch keinerlei physikalisch-dynamische Eigenschaften und kann damit nicht auf Kollisionen oder Kräfte reagieren.

 

Diese Eigenschaften verleihen wir den Bausteinen über ein spezielles MoGraph-Tag. Wir finden es im Menü Tags des Objekt-Managers unter den MoGraph-Tags als Rigid Body.

 

Im Einstellungsdialog des Rigid Body-Tags dürften die Dynamics-Optionen bereits standardmäßig aktiv sein. Da wir möchten, dass die Simulation erst bei Auftreffen der Metallkugel beginnt, setzen wir die Auslösung der Dynamics auf Bei Kollision.

Weil die Bausteine nicht als Ganzes, sondern als Einzelteile an der Kollision teilnehmen sollen, benötigen wir die Option Alle bei den individuellen Elementen. Die Elastizitäts-, Reibungs- und Kollisionsnoise-Werte erhöhen wir etwas, damit die Bausteine nicht zu leicht ins Rutschen kommen und außerdem stabil wirken.

Zur Definition der Masse reicht uns an dieser Stelle die Angabe der Weltdichte. Die Masse ergibt sich entsprechend aus der global definierten Standard-Dichte und den Maßen des Bausteins.

 

MoDynamics für Boden, Kugel und Rutschbahn

Statten wir nun auch die anderen Akteure mit physikalisch-dynamischen Eigenschaften aus.

Auch der Boden bekommt über das Objekt-Manager-Menü Tags>MoGraph Tags ein Rigid Body-Tag zugewiesen.

 

Weil es sich hier nicht um Klone handelt, bleibt auch der Einstellungsdialog relativ überschaubar.

Wir reduzieren die Toleranz der Kollision auf 0,2m, damit es auch sicher keine Überschneidungen von Bausteinen und dem Boden gibt. Die angegebenen Elastizitäts-, Reibungs- und Kollisionsnoise-Werte simulieren durch die erhöhte Elastizität und die niedrige Reibung einen harten und glatten Boden.

 

Im Gegensatz zum Boden brauchen wir für die physikalische Simulation der Metallkugel wieder ein Klon-Objekt.

 

Das stimmt sogar im wortwörtlichen Sinne, denn schließlich wollen wir ja nur eine Metallkugel durch die Szene rollen sehen. Wir legen das Kugel-Objekt wieder als Unterobjekt in das Klon-Objekt und setzen die Anzahl der Klone auf „1“.

Mehr müssen wir hier nicht zu tun, schließlich brauchen wir das Klon-Objekt nur als Träger für die physikalischen Eigenschaften.

 

Diese physikalischen Eigenschaften verleihen wir dem Klon-Objekt der Metallkugel wieder durch das Zuweisen eines Rigid Body-Tags aus dem Menü Tags des Objekt-Managers.

 

Die rollende Metallkugel steht am Anfang der Kettenreaktion, deshalb setzen wir für die Auslösung im Einstellungsdialog des Rigid Body-Tags den Zeitpunkt Sofort fest. Auch hier reduzieren wir die Kollisionstoleranz auf 0,2m, damit die Kugel möglichst exakt die Rutschbahn entlang rollen und ebenso exakt auf die Bausteine trifft.

Die niedrigen Elastizitäts– und Reibungswerte sorgen dafür, dass von der Kugel getroffene Elemente nicht allzu weit fliegen und die Kugel nahezu reibungslos auf der Rutschbahn und dem Boden rollen kann.

Für die Kugel definieren wir eine eigene Masse von 5. Hier ist in den meisten Fällen auch etwas Feintuning nötig, um die Massen solch unterschiedlicher Materialien wie Eisen und Plastik möglichst physikalisch korrekt miteinander kollidieren zu lassen. Ein zu hoher Wert sprengt die Steine hoffnungslos auseinander, ein zu niedriger Wert bringt meist nur ein paar Steine zum Umfallen.

 

Bevor wir abschließend noch der Rutschbahn ihre MoDynamics-Eigenschaften verleihen, positionieren wir sie erst einmal im 3D-Editor so, dass die herabrollende Metallkugel auch sicher den Anfang unserer Klon-Spirale treffen kann.

 

Ich habe die Rutschbahn etwas entfernt von der Klon-Spirale platziert, damit die Metallkugel noch etwas auf dem Boden rollen kann, bevor sie auf die ersten Bausteine trifft.

Hier ist auch etwas Experimentierfreude angesagt, denn je natürlicher die Szene aufgebaut ist (Spielraum zwischen Kugel und Bahn, Geschwindigkeit der Kugel bzw. Abheben bei der Rutschbahn-Stufe, etc.), desto mehr Eigenleben bekommt die Simulation auch.

 

Wenn die Bahn zufriedenstellend platziert ist, bekommt auch das Sweep-NURBS-Objekt der Rutschbahn über das Menü Tags>MoGraph Tags im Objekt-Manager ein Rigid Body-Tag zugewiesen.

 

Analog zum Boden-Objekt fällt der Dialog wieder etwas kürzer aus, wir können hier im Prinzip auf die Standardwerte zurückgreifen. Lediglich die Toleranz der Kollision senken wir auf 0,2m, damit die Kugel gut auf der Rutschbahn aufliegt.

 

Startvorbereitungen für die Simulation

Damit wir die Metallkugel endlich auf die Klone loslassen können, müssen wir sie noch im 3D-Editor auf ihren Startpunkt am oberen Ende der Rutschbahn setzen. Bitte darauf achten, dass die Kugel möglichst exakt auf der Rutschbahnoberfläche aufliegt, um störende Einflüsse wie Fallen oder frühzeitige Kollision zu vermeiden.

 

Von der Position von „Kamera_Bahn“ aus ist damit soweit alles zum Start bereit und Ungeduldige werden mit Sicherheit schon den Abspielbutton in der Animationspalette gedrückt haben.

 

Eine Sache sollte aber nicht unerwähnt bleiben, denn ganz selbstverständlich ist das Vorhandensein der globalen Gravitation nicht. Diese Kraft haben wir nämlich eigentlich gar nicht in die Szene integriert.

Die globalen MoDynamics-Einstellungen finden wir unter den Dokument-Voreinstellungen im Menü Bearbeiten.

 

Dort findet sich im Reiter MoDynamics neben der global voreingestellten Gravitation von 1000 auch die bereits erwähnte globale Dichte, die zur Bestimmung der Masse eines Klon-Objektes herangezogen wird, sobald die Option Weltdichte aktiv ist.

 

Für unsere Zwecke ist die global aktive Gravitation aber sehr erwünscht, denn so kann die Metallkugel über die Rutschbahn nach unten zur Klon-Spirale gelangen und die ersten Bausteine zum Umfallen bringen.

 

Ein paar Testläufe vor dem finalen Rendering sind allerdings dringend anzuraten, denn nicht immer reagieren alle Klone bei jeder Simulation exakt gleich.

 

Sollte es doch einmal zu Problemen kommen, lohnt es sich, die Kollisionstoleranzen zu überprüfen sowie die Position der teilnehmenden Elemente auch einmal leicht zu variieren (im gegebenen Fall die Platzierung und Entfernung der Rutschbahn mit Kugel). Wie so oft ist es auch hier wichtig, beim Testen jeweils möglichst nur einen Parameter zu verändern, um die Auswirkung verstehen und abschätzen zu können.

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