Deformationen und Partikel: Deformationen für Animationen – Teil 1

Das große Thema der Animation spielte bislang noch keine Rolle bei unseren Ausführungen. Grundsätzlich lassen sich jedoch alle Parameter von Objekten animieren und so Modelle zum Leben erwecken. Deformationen spielen bei diesem Bereich der 3D-Computergrafik natürlich eine große Rolle, sei es bei der Bewegung einer Figur oder dem Nachführen eines elastischen Schlauchs an einer Maschine. Die folgenden Deformatoren mögen in Einzelfällen auch bei der Modellierung hilfreich sein, spielen ihr ganzes Können jedoch erst in der Animation aus. Um dem Thema der Animationserstellung nicht zu weit vorzugreifen, werden wir uns an dieser Stelle vorerst jedoch nur mit den Einstellmöglichkeiten dieser Deformatoren beschäftigen. Der Schritt zur Animation ist dann jedoch nur noch sehr klein, sobald Sie deren Grundlagen erlernt haben.

CINEMA-4D - Zuweisung des Kollision-Deformers zu einer Objektgruppe

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Im ersten Teil zu den Animationen-Deformationen geht es um den Kollisions-Deformer.

Der Kollisions-Deformer

In der realen Welt können wir eine Vielzahl von Effekten beobachten, die nur aufgrund von Festkörper-Kollision zustande kommen. Denken Sie z. B. an das Sofa das sich ausbeult und absenkt, wenn Sie sich darauf setzen oder an eine Wattwanderung, bei der Sie Fußabdrücke im Boden hinterlassen. Solche und ähnliche Effekte lassen sich mit diesem Deformator umsetzen. Es kommen hierbei also mindestens zwei Objekte zum Einsatz: Eines das verformt wird und ein weiteres, was die Verformung auslöst. Das Objekt, das verformt werden soll, bekommt wie üblich den Kollisions-Deformer im Objekt-Manager untergeordnet. Sollen mehrere Objekte gleichzeitig beeinflusst werden, kann der Deformator auch z. B. einem Null-Objekt untergeordnet werden, unter dem alle zu verformenden Objekte eingruppiert sind. Durch Nutzung der Einschließen-Liste können dann wiederum einige Objekte gezielt verformt werden. Die übrigen Objekte bleiben dann unverändert, obwohl Sie auf einer hierarchischen Ebene mit dem Deformator liegen (siehe Abbildung 4.27).

CINEMA-4D - Zuweisung des Kollision-Deformers zu einer Objektgruppe

Abbildung 4.27: Zuweisung des Kollision-Deformers zu einer Objektgruppe

Soll nur ein einzelnes Objekt verformt werden, ordnen Sie den Deformer einfach dort unter. Die Nutzung der Einschließen-Liste ist dann nicht nötig.

Das Objekt oder die Objekte, die eine Kollisionsverformung auslösen sollen, müssen in der Objekte-Liste des Kollisions-Tabs im Dialog des Deformators aufgeführt werden. Sie ziehen also die entsprechenden Objekte einfach direkt aus dem Objekt-Manager in diese Liste hinein. Wenn Sie diese Kollisionsobjekte nun im Editor auf das zu verformende Objekt zu bewegen, sollten Sie bei Berührung der Objekte bereits eine Verformung beobachten können. Die Abbildung 4.28 zeigt so einen Fall, bei dem die Objektgruppe aus Abbildung 4.27 durch eine große Kugel deformiert wird. Da dort nur die kleinere Kugel und der Würfel in der Einschließen-Liste aufgeführt wurden, bleiben die übrigen Objekte unverändert.

CINEMA-4D - Verformung einer Kugel und eines Würfels durch eine größere Kugel

Abbildung 4.28: Verformung einer Kugel und eines Würfels durch eine größere Kugel

Diese Kollisionsberechnung ist aber auch noch abhängig von der Einstellung im Solver-Menü. Hier stehen zwei grundsätzliche Einstellungen zur Wahl. Es geht dabei darum, ob die beteiligten Objekte zu Beginn der Verformung als voneinander getrennte Objekte oder bereits durchdrungen vorliegen. Stehen die Objekte separat, so wählen Sie Außerhalb. So können Sie z. B. durch Annäherung der Objekte von außen eine Einbuchtung in eine Oberfläche hineindrücken. Umgibt das zu verformende Objekt das kollidierende Objekt, wählen Sie besser Innerhalb. Dies wäre z. B. der Fall wenn ein Würfel durch eine in seinem Inneren befindliche Kugel ausgebeult werden soll. Da diese Überprüfung, ob sich Objekte innerhalb oder außerhalb befinden, immer von den Richtungen der Normalen an den beteiligten Objekten abhängt, achten Sie darauf, dass die Normalen immer von der Oberfläche der Objekte aus nach außen zeigen.

Bei der Solver-Einstellung Durchdringen überprüft der Deformer selbst, ob ein Objekt mehr außerhalb oder bereits innerhalb liegt. Schieben Sie also ein kollidierendes Objekt immer weiter in das verformte Objekt hinein, wird es irgendwann so erscheinen, als würde es das Objekt von innen heraus ausbeulen. Innerhalb (Dehnen) und Außerhalb (Volumen) sind Abwandlungen der Innerhalb- und Außerhalb-Modi. Wurden bei den Innerhalb und Außerhalb-Modi nur die einzelnen Flächen überprüft, so beziehen Innerhalb (Dehnen) und Außerhalb (Volumen) die tatsächlichen Volumen der beteiligten Objekte mit ein. Die Nutzung geschlossener Körper ist daher für diese Solver-Methoden und deren Volumenberechnungen nötig.

In der Praxis liefern beide Volumen-Modi öfter Fehler als die übrigen Modi. Probieren Sie jedoch bei unschönen Verformungen ruhig einmal einen Moduswechsel im Solver-Menü aus (siehe Abbildung 4.29).

CINEMA-4D - Unterschiedliche Auswirkungen beim Hineindrücken eines Zahnrads in einen Würfel

Abbildung 4.29: Unterschiedliche Auswirkungen beim Hineindrücken eines Zahnrads in einen Würfel

Wie Sie in Abbildung 4.29 erkennen können, führt dort ein Extrude-NURBS mit einem Zahnrad-Spline zu merkwürdigen, zusätzlichen Ausbuchtungen an dem verformten Würfel. Das Umschalten in den Solver Außerhalb behebt dieses Problem. Dies liegt an der fehlerhaften Volumenberechnung des Extrude-NURBS, was sich schnell durch das Konvertieren des Extrude-NURBS belegen lässt. Nachdem das Extrude-NURBS zu einem Polygon-Objekt konvertiert und alle einzelnen Bestandteile zu einem einzelnen Objekt verbunden und optimiert wurden, liefert auch Außerhalb (Volumen) bei diesem Objekt wieder ein brauchbares Ergebnis.

Die Abnahme-Einstellungen

Die folgenden Erläuterungen werden erst dann für Sie praktisch nutzbar und auch sichtbar, wenn die Objekte animiert werden. Das einfache Ineinanderschieben der Objekte direkt im Editor funktioniert hier also nicht mehr. Lassen Sie uns daher einen kurzen Ausflug in die Animationserzeugung wagen, ohne dabei in die Tiefe zu gehen.

Objekte über Keyframes animieren

Es gibt diverse Methoden, Objekte zu animieren, also in Bewegung zu versetzen. Die einfachste stellt sicherlich das Setzen von Keyframes dar. Keyframes sind z. B. Positionen oder Winkel, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Animation auf ein Objekt angewendet werden. Haben Sie also am Anfang der Animation ein Keyframe für die Position (0, 0, 0) gesetzt und dann für den Zeitpunkt eine Sekunde ein weiteres mit der Position (0, 100, 0), ist zwischen diesen Keyframes automatisch eine Animation entstanden. Bei der Wiedergabe oder Berechnung der Animation werden zwischen den gesetzten Keyframes automatisch Zwischenwerte berechnet. Das Objekt wird sich daher in der ersten Sekunde der Animation von der Position (0, 0, 0) aus um 100 Einheiten senkrecht nach oben verschieben. So eine Animation werden wir nun erstellen, um die Abnahme-Einstellungen des Deformators in Aktion zu erleben.

CINEMA-4D - Ausgangsbasis für die Kollisionsberechnung

Abbildung 4.30: Ausgangsbasis für die Kollisionsberechnung

Beginnen wir mit der Erstellung der benötigten Objekte. Wir greifen hier auf einen Würfel und ein Ring-Grundobjekt zurück. Der Ring soll in die obere Deckfläche des Würfels gedrückt werden und sich dann wieder nach oben entfernen. Bringen Sie den Ring also über sein Richtung-Menü in die +Y-Einstellung, um ihn parallel zum Deckel des Würfel auszurichten und verkleinern Sie ihn anschließend so, dass er ca. nur die halbe Deckfläche des Würfels einnimmt. Der Ring sollte zudem mittig über dem Würfel platziert werden, mit etwas Abstand zur oberen Deckfläche. Wie Sie Abbildung 4.30 entnehmen können, unterteilen wir den Würfel recht großzügig mit je 30 Segmenten für alle drei Richtungen. Er soll sich schließlich gleich möglichst weich verformen lassen. Je nachdem wie fix Ihr Rechner ist, können Sie hier gerne auch noch höhere Werte verwenden. Das Ergebnis wird dadurch immer weicher und organischer. Ggf. werden Sie dann aber im Editor keine flüssige Animation mehr betrachten können. Sollte es also extrem im Editor ruckeln, reduzieren Sie die Segmentanzahl hier weiter. Kommen wir nun zur Erzeugung der Animation für den Ring. Dazu eine kurze Einführung in die kleine Zeitleiste unterhalb der Editoransichten.

Die kleine Zeitleiste

Lassen Sie uns anhand von Abbildung 4.31 kurz die Funktionen der einzelnen Zahlenfelder und Symbole durchgehen. Wie Sie bereits aus den Projekt-Voreinstellungen wissen, werden Animationen hauptsächlich in Bilder unterteilt. Die Zahlenwerte bei den Ziffern 1 und 2 geben daher die untere und die obere Begrenzung für die Bildnummern der Einzelbilder in der Animation an. Soll Ihre Animation länger als 101 Bilder werden (Bild 0 stellt bereits ein Bild dar), erhöhen Sie einfach den Zahlenwert im Feld bei Ziffer 2. Welches dieser Bilder Ihnen aktuell im Editor angezeigt wird, können Sie durch direktes Verschieben des grünen Zeitreiters bei Ziffer 3 oder durch Eingabe einer Bildnummer bei dem Feld Nummer 4 vorgeben. Der dabei als Zeitstrahl sichtbare Bereich (Ziffer 5) muss nicht unbedingt der gesamten Länge der Animation entsprechen. Über die Regler bei den Ziffern 6 und 7 können Sie nämlich auch nur einen Teilbereich der Gesamtanimation abdecken und so praktisch in die Animation hineinzoomen. Sie können hier entweder die Pfeile mit dem Mauszeiger benutzen oder durch Doppelklick auf die angezeigten Zahlenwerte diese numerisch eingeben.

CINEMA-4D - Beschreibung der wichtigsten Funktionen der kleinen Zeitleiste

Abbildung 4.31: Beschreibung der wichtigsten Funktionen der kleinen Zeitleiste

Zum schnellen Navigieren in der Zeit können die Schaltflächen A und G benutzt werden. Mit A springen Sie zum Anfang der Animation, mit G zum Ende. Entsprechend ermöglichen die Schaltflächen C und E das bildweise Durchschalten der Animation entweder in Richtung Anfang der Animation (C) oder zum Ende der Animation hin (E). Die Schaltfläche bei D entspricht dem bekannten Play-Knopf z. B. an einem Blue-ray-Player. Die Animation wird dadurch also automatisch abgespielt. Dabei ändert die Schaltfläche ihr Aussehen zu einem Pause-Zeichen. Ein erneuter Klick auf diese Schaltfläche beendet also das Abspielen auch wieder.
Bedenken Sie bei der Wiedergabe der Animation, dass die Darstellung im Editor in der Regel nicht so flüssig und schnell erfolgt wie bei der späteren Ausgabe der Animation als Film. Dies gilt im besonderen Maße für Szenen, bei denen wie in unserem Fall aufwändige Berechnungen erfolgen. In solchen Fällen kann auch das bildweise Durchschalten der Animation hilfreich sein, um das Verhalten animierter Objekte Bild für Bild begutachten zu können.

Ein Klick auf die Schaltfläche bei H erzeugt das bereits beschriebene Keyframe für das aktuell selektierte Objekt und zwar zum aktuellen Zeitpunkt der Animation. In der Regel gehen Sie also so vor, dass Sie zuerst über den Zeitschieber (3) oder den Zahlenwert bei 4 das gewünschte Bild der Animation auswählen, dann das zu animierende Objekt selektieren und z. B. bezüglich seiner Position verändern und dann die Keyframe-Aufnahme mit der Taste H abschließen. Welche Informationen nun in dem Keyframe gespeichert werden, legen Sie u. a. über die Tasten I, J und K fest. Dabei handelt es sich um Wechselschalter, die in beliebiger Kombination aktiviert werden können. Das Prinzip ähnelt also dem der X-, Y- und Z-Icons für die Achsbeschränkungen.

Ist die Taste I aktiv wird ein Keyframe für die aktuelle Position des selektierten Objekts gespeichert. Mit aktiver Taste J wird die Größe des Objekts als Keyfame gesichert. Dabei handelt es sich übrigens um die Achslängen des Objekts. Daher müssen Größenveränderungen während einer Animation auch durch Skalierung im Objekt-Modus erstellt werden. Das letzte Icon bei dem Buchstaben K steht für die Rotation des Objekts. In unserem Beispiel wird nur die Positionsveränderung als Animation benötigt. Sie können daher die Symbole bei J und K auch deaktiviert lassen. Da wir die Eigenschaften Rotation und Größe nicht animieren möchten, wären diese Keyframes ansonsten überflüssig, da sie keine Veränderung enthalten.

Abschließend zu dieser Kurzeinführung noch der Hinweis zu den Tasten B und F. Wurden bereits Keyframes erzeugt, werden diese als kleine blaue Kästchen innerhalb des Zeitstrahls angezeigt, sofern das animierte Objekt selektiert ist. Mit den beschriebenen Tasten können Sie dann jeweils zum vorherigen (B) oder zum nächsten Keyframe (F) springen.

Den Ring animieren

Kommen wir nun zurück zu unserer kleinen Szene mit dem Ring und dem Würfel. Ist der Ring wie beschrieben über dem Würfel platziert, bewegen Sie (falls nötig) den Zeitschieber zu Bild 0, achten darauf, dass die Position-Schaltfläche ausgewählt ist und erzeugen dann über die Aufnahme-Taste ein Keyframe (siehe auch seitliche Abbildung). Der Ring muss dafür selektiert sein.

CINEMA-4D -  Keyframe

Verschieben Sie nun den Zeitschieber z. B. zu Bild 10 und ziehen Sie den Ring z. B. in der frontalen Editoransicht so weit nach unten, bis seine untere Hälfte im Würfel versinkt.

CINEMA-4D - Play

Benutzen Sie erneut die Aufnahme-Taste zum Speichern eines Keyframes. Damit haben Sie bereits eine Animation erstellt, wie Sie bei der Benutzung der Start-Taste feststellen werden. Nachdem der Zeitstrahl durchlaufen wurde, fängt die Animation wieder vorne an und zeigt den Ring in der oberen Position. Dieser bewegt sich dann rasch nach unten und verbleibt dort bis zum Ende der Animation. Stoppen Sie das Abspielen nun wieder, denn wir wollen noch ein drittes Keyframe setzen, das den Ring wieder in einer Position außerhalb des Würfels zeigt.

CINEMA-4D - Ende

Setzen Sie den Zeitschieber auf Bild 20 und ziehen Sie dann den Ring wieder so weit nach oben, dass er eine größere Lücke zum Würfel zeigt. Setzen Sie erneut ein Keyframe für den Ring. Damit ist unsere Arbeit hier getan. Um die Animation gleich schneller hintereinander betrachten zu können, setzen Sie nun noch das Ende der Animation auf Bild 40. Dies ist auch in der seitlichen Abbildung zu erkennen. Beim Betätigen der Abspiel-Taste kann die Animation des Rings nun in kürzeren Abständen hintereinander betrachtet werden.

CINEMA-4D - Keyframes der angelegten Ring-Animation mit aktivem Deformator

Abbildung 4.32: Keyframes der angelegten Ring-Animation mit aktivem Deformator

Das Kollision-Objekt konfigurieren

Die Vorbereitungen sind damit abgeschlossen, und wir können den Kollision-Deformer aufrufen und im Objekt-Manager unter dem Würfel gruppieren. Im Reiter Kollision finden Sie die Objekte-Liste in die Sie den Ring aus dem Objekt-Manager hineinziehen. Als Solver versuchen wir es mit Außerhalb. Wenn Sie nun die Animation im Editor ablaufen lassen, sollten Sie bereits erkennen können, wie der Ring die Oberfläche des Würfels eindrückt und diese dann später zu ihrer ursprünglichen Form zurückkehrt. Die Abbildung 4.32 zeigt die Schlüsselszenen dieser Animation. Lassen Sie uns die Art der Verformung noch etwas ausgestalten. Wie wäre es z. B. wenn die Oberfläche des Würfels nicht sofort, sondern verzögert in die ursprüngliche Form zurückfindet? Genau für diesen Effekt ist Form wiederherstellen im Objekt-Tab des Deformators gedacht. Versuchen Sie es dort einmal mit einem Wert von 10% und lassen Sie die Animation erneut laufen.

CINEMA-4D - Wiedergabe der Animation mit reduzierter Form wiederherstellen-Einstellung

Abbildung 4.33: Wiedergabe der Animation mit reduzierter Form wiederherstellen-Einstellung

Wie Sie in Abbildung 4.33 erkennen können, bleibt die eingedrückte Form des Rings selbst nachdem der Ring bereits wieder nach oben gewandert ist noch für ein paar Bilder erhalten. Der Effekt ähnelt einem Sitzkissen von dem man sich erhebt und das nun etwas Zeit benötigt, wieder in die ursprüngliche Form zurückzufinden. Je kleiner also Form wiederherstellen verwendet wird, desto länger dauert es, bis nach einer Kollision wieder die ursprüngliche Form angezeigt wird. Dies geht soweit, dass Sie bei der Einstellung 0% eine Kollision auch permanent auf das deformierte Objekt übertragen können. Denken Sie z. B. an Fußspuren im Schnee oder den Profilabdruck eines Reifens im Matsch.

Neben diesem sehr schönen Effekt können wir aber auch noch eine Abnahme aktivieren. Dieses Menü finden Sie ebenfalls in den Objekt-Einstellungen des Deformators. Mit der Abnahme ist eine Art Bugwelle oder zusätzliche Materialverdrängung gemeint, die bei der Kollision zusätzlich berechnet wird. Lassen Sie mich Ihnen zuerst kurz zeigen, wie dieser Effekt aussieht.

CINEMA-4D - Verschiedene Abnahme-Einstellungen

Abbildung 4.34: Verschiedene Abnahme-Einstellungen

Wie unschwer an der Bildfolge in Abbildung 4.34 zu erkennen, ermöglicht uns die Abnahme auch die Bereiche um die Kollision herum individuell zu verformen. Dafür ist es natürlich von Vorteil, wenn das verformte Objekt auch hoch genug unterteilt vorliegt. Sie aktivieren die Abnahme durch Wahl eines Eintrags aus dem Abnahme-Menü. Lediglich bei der Einstellung Keine findet, wer hätte das gedacht, keine Abnahmeberechnung statt. Beachten Sie auch, dass Sie zusätzlich die Form des simulierten Wellenschlags mit der Kurve selbst angeben müssen. Die Kurve entspricht dabei den zahlreichen Spline-Dialogelementen, die wir bereits an anderer Stelle besprochen haben. Der linke Rand der Kurve gibt hier das Zentrum der Kollision wieder. Der rechte Rand stellt die Verformung in der maximal erlaubten Entfernung vom Kollisionspunkt dar. Wie weit dies in realen Abmessungen ist, stellen Sie über den Abstand-Wert ein. Die Stärke ist ein einfacher Multiplikator für Ihre Kurve. Da hier auch Einstellungen weit über 100% möglich sind, kann der Effekt hierüber sehr einfach skaliert werden.

CINEMA-4D - Verschiedene Abnahme-Einstellungen bei ansonsten identischer Kurve

Abbildung 4.35: Verschiedene Abnahme-Einstellungen bei ansonsten identischer Kurve

Nachdem Sie nun den Effekt im Bild sehen konnten, lassen Sie uns auf die Unterschiede zwischen den Abnahme-Modi eingehen. Die Abbildung 4.35 stellt Ihnen die unterschiedlichen Ergebnisse bei ansonsten identischen Einstellungen gegenüber. Die Abnahme UV beginnt da gleich mit einer Überraschung, denn wir können plötzlich die Abnahme-Wellen auf allen sechs Würfelseiten gleichzeitig sehen. Dies hängt damit zusammen, dass hier die Abnahme basierend auf den UV-Koordinaten der kollidierenden Punkte berechnet wird. Diese Texturkoordinaten müssen also an Ihrem verformten Objekt dafür nicht nur vorhanden sein, sondern auch möglichst gleichmäßig die kollidierende Oberfläche überziehen. Andererseits ermöglicht Ihnen die manuelle Verzerrung der UV-Koordinaten mit der Hilfe von BodyPaint 3D natürlich auch Effekte, die mit den anderen Modi nicht möglich wären.

In unserem Beispiel tauchen also die Wellen an allen sechs Seiten auf, da die UV-Koordinaten für alle Würfelseiten deckungsgleich übereinander liegen. Dies ist beim Würfel-Grundobjekt so Standard und kann erst nach der Konvertierung des Objekts und der Bearbeitung der UV-Koordinaten mit BodyPaint 3D geändert werden. Haben Sie ein Objekt selbst modelliert oder importiert und dort keine UV-Koordinaten angelegt, können Sie diesen Modus also wahrscheinlich nicht nutzen.

Der Unterschied zwischen Abstand und Oberfläche besteht darin, dass bei Abnahme Abstand der Abstand-Wert in einer Geraden zwischen dem Auftreffpunkt der Kollision und den Punkten der verformten Oberfläche berechnet wird. Bei Abnahme Oberfläche wird der Abstand dagegen entlang der Oberfläche des Objekts berechnet. In unserem Beispiel laufen dadurch die Wellen mit gleichmäßigen Abständen auch um die oberen Würfelkanten herum.

CINEMA-4D - Abnahme Kollision, Abnahme Oberfläche, Abnahme Abstand

Abbildung 4.36: Ein anderes Beispiel mit einem animierten 3-seitigem Zylinder als „fallendes“ Objekt. Von links nach rechts: Abnahme Kollision, Abnahme Oberfläche, Abnahme Abstand

Die Abnahme-Einstellung Kollision schließlich ist die rechnerisch genauste (und laut MAXON auch langsamste) Variante, denn nur hier wird die tatsächliche Form des kollidierenden Objekts auch auf die Abstände der sich ergebenden Kurve-Wellen übertragen. In der Praxis sind die Unterschiede jedoch oftmals nicht so groß, so dass auch ein weniger genauer Modus gute Ergebnisse liefert. So sehen Sie in Abbildung 4.36 z. B. ein unregelmäßiger geformtes Objekt bei der Kollision und die doch geringen Unterschiede zwischen dem Kollision- und dem Abstand-Modus. Zudem wurde in diesem Fall die Abnahme Kollision sehr viel schneller und flüssiger abgespielt als die Einstellung Abstand.

Die Maps-Rubrik

Dieser Bereich beschäftigt sich ausschließlich mit Vertex-Map-Tags. Um die Verformung der Oberfläche noch individueller gestalten zu können, lassen sich dem verformten Objekt z. B. mit der Live-Selektion oder dem Pinsel-Werkzeug auch verschiedene Vertex-Maps hinzufügen und hier auslesen. Einzige Voraussetzung dafür ist, dass Ihr deformiertes Objekt ein Polygon-Objekt, also konvertiert sein muss. Die im Feld Dehnen/Entspannen mit 100% gewichteten Punkte zeigen dann einen weichen Übergang zwischen kollidierenden und nicht kollidierenden Punkten. Weniger stark gewichtete Punkte resultieren in härteren Übergängen in der Verformung der Oberfläche (siehe linke Einblendungen in Abbildung 4.37).

CINEMA-4D - Vertex-Maps können zum Steuern der Deformationseffekte verwendet werden

Abbildung 4.37: Vertex-Maps können zum Steuern der Deformationseffekte verwendet werden

Die Felder für Abnahme und Wiederherstellen funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Die Abnahme-Wellen sind nur dort in ganzer Stärke zu sehen, wo die zugewiesene Vertex-Map Wichtungen von 100% enthält. Weiche Wichtungsverläufe führen damit auch zu unregelmäßigen Abnahme-Wellen (siehe mittlere Darstellung in Abbildung 4.37). Wiederherstellen bezieht sich auf das Zurückschwingen der deformierten Geometrie in die ursprüngliche Form, nachdem das kollidierte Objekt wieder entfernt wurde. Vertex-Map-Wichtungen von 0% führen dazu, dass diese Bereiche nicht wieder in die ursprüngliche Form zurückfinden und deformiert bleiben. Höhere Werte führen dementsprechend dazu, dass die Form sich wieder rekonstruiert. Bei 100% findet dabei keine Verzögerung statt, ganz so als hätten wir 100% bei Form wiederherstellen gewählt.

Der Kollision-Deformator kann aber nicht nur mit Vertex-Maps gesteuert werden, sondern diese auch selbst mit Werten füllen. Dies eröffnet viele interessante Gestaltungsmöglichkeiten, da Vertex-Maps nicht nur von Deformatoren über die bereits besprochenen Beschränkungs-Tags, sondern z. B. auch von Materialien oder auch vom Hair-Modul ausgelesen werden können. Wie Sie bei der Besprechung des Materialsystems lernen werden, könnten dann z. B. die kollidierenden Bereiche sehr einfach anders gefärbt werden als das übrige Modell.

Um dies zu nutzen, müssen Sie an dem verformten Objekt zuerst Vertex-Map-Tags anlegen, die dann vom Deformator mit Werten gefüllt werden können. Dazu selektieren Sie das verformte Objekt im Punkte-Modus und verwenden die Live-Selektion im Modus Punkte-Wichtung. Klicken Sie ein Mal neben das Modell in einer beliebigen Editoransicht. Dies sollte bereits ausreichen, ein neues Vertex-Map-Tag zu erzeugen. Vergessen Sie anschließend nicht, die Live-Selektion wieder in den Normal-Modus umzuschalten.

CINEMA-4D - Der Kollision-Deformer kann auch selbst Vertex-Maps mit Werten füllen.

Abbildung 4.38: Der Kollision-Deformer kann auch selbst Vertex-Maps mit Werten füllen.

Nachdem Sie so ein Vertex-Map-Tag in das Feld für Kollision gezogen haben, werden dort die kollidierenden Punkte mit 100% gewichtet. Alle übrigen Punkte erhalten 0%. Dies ist an den beiden linken Einblendungen in Abbildung 4.38 zu erkennen. Rechts daneben sehen Sie eine Vertex-Map, wie sie über das Abnahme-Feld im Maps-Bereich erzeugt werden kann. Je nach Kurve und Abnahme-Modus erhalten Sie hier Wichtungen, die die Wellen in der Nachbarschaft der Kollision wiedergeben. Sowohl die Kollision-, als auch die Abnahme-Vertex-Map lassen sich mit Anhaken der Invertieren-Optionen auch invertiert ausgeben.

Weitergehendes

Die Einstellungen dieser Rubrik beschäftigen sich u. a. mit der Genauigkeit der Kollisionsberechnung und der Struktur der verformten Oberfläche. Sehr interessant ist hier z. B. der Größe-Wert, denn über diesen lässt sich die kollidierende Form beliebig vergrößern. Versuchen Sie bei unserer Testszene z. B. einmal eine Größe von 20 cm. Wie Sie an der seitlichen Abbildung erkennen können, wirkt der Ring nun, als hätte er ein magnetisches Feld um sich herum, das den Würfel schon vor der eigentlichen Berührung verformt.

CINEMA-4D - Marginal Groesse

Der Schritte-Wert ist ein Maß für die Rechengenauigkeit. Es handelt sich dabei um die Anzahl an Rechenschritten, die pro Bild der Animation durchgeführt werden. Je mehr Schritte, desto exakter werden z. B. sich schnell ereignende Kollisionen erfasst und in Deformationen umgerechnet. Gleichzeitig nimmt aber auch die notwendige Berechnungszeit pro Bild zu.

CINEMA-4D - Marginal Dehnung

Der Dehnen-Parameter gibt die Rechenschritte an, die für den Übergang zwischen direkt kollidierenden und benachbarten Punkten herangezogen werden. Je weniger Rechenschritte, desto härter fällt dieser Übergang aus. So sehen Sie in der seitlichen Abbildung oben z. B. einen Dehnen-Wert von 30 und darunter einen Wert von eins. Oben wirkt das deformierte Objekt weich und stoffähnlich, darunter eher fest, wie z. B. Wachs.

CINEMA-4D - Von links nach rechts reduzierte Entspannen-Werte

Abbildung 4.39: Von links nach rechts reduzierte Entspannen-Werte

Auch Entspannen gibt die Anzahl von Rechenschritten vor, diesmal jedoch allgemein für die Abrundung des Dehnen-Effekts und auch die Rundung der Abnahme-Wellen, wie Sie an Abbildung 4.39 erkennen können. Ganz links wurden 20 Entspannen-Schritte verwendet, in der Mitte acht und ganz rechts nur noch einer. Alle übrigen Einstellungen blieben konstant.

Die folgenden Prozentwerte beschäftigen sich nicht mit der Rechengenauigkeit sondern mit der Oberflächenstruktur des verformten Objekts. Härte steht dabei für die virtuellen Federkräfte, die zwischen den Punkten des verformten Objekts wirken. Eine große Härte wirkt einer Verformung immer entgegen und zieht die Oberfläche schneller wieder in die ursprüngliche Form zurück. Struktur ist in seiner Wirkung ähnlich und bezieht sich auf die original Kantenlängen des verformten Objekts. Kleine Struktur-Werte lassen größere Längenveränderungen der Kanten zu. Das Objekt kann dadurch wie aus Gummi wirken. Biegung schließlich betrifft wieder eine virtuelle Federkraft, die diesmal zwischen benachbarten Polygonen wirkt. Diese Federn verhindern das Verbiegen bzw. Zusammenklappen dieser Flächen. Kleine Werte ermöglichen daher mehr Knicke oder Falten in der Oberfläche. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn stoffähnliche Faltenwürfe bei Kollision entstehen sollen.

CINEMA-4D - Cache-Einstellungen im Deformator

Abbildung 4.40: Cache-Einstellungen im Deformator

Die Cache-Einstellungen

Wie Sie sicherlich bei höher unterteilten Objekten schnell feststellen werden, wird die Berechnung der Deformation schnell so komplex, dass keine flüssige Wiedergabe mehr im Editor möglich ist. Dies ist auch an anderen Stellen im Programm zu bemerken, z. B. bei dynamischen Effekten. Es tauchen daher zu diesen Gelegenheiten oft Cache-Einstellungen auf, über die Sie die Berechnung in einen separaten Speicherbereich sichern, oder gar als eigene Datei speichern lassen können. Nach Berechnung des Cache müssen diese gespeicherten Werte nur noch ausgelesen und nicht länger aufwändig berechnet werden. Entsprechend beschleunigt sich die Darstellung im Editor.

Aber auch beim Rendering eröffnet ein solcher Cache neue Optionen, z. B. bei der Berechnung längerer Animationen über ein Netzwerk von Rechnern. Das Problem hierbei ist nämlich, dass dynamische Simulationen streng linear, also Bild für Bild berechnet werden müssen, da immer der vorherige Zustand eines Objekts als Basis für den nächsten Zustand benutzt wird. Bei der Berechnung über mehrere Computer hinweg kann jedoch nicht länger garantiert werden, dass diese Reihenfolge beibehalten wird. Jeder verfügbare Rechner bekommt dort durch einen Server eine Bildnummer zugewiesen. Ist ein Cache vorhanden, spielt dies keine Rolle, da nur die Werte aus dem Cache gelesen werden müssen. Eine Bild-für-Bild-Simulation ist nicht länger nötig.

Vor der Berechnung des Cache sollten Sie die Szene wie gewohnt aufsetzen und auch die Lauflänge der Animation über die kleine Zeitleiste so anpassen, dass die gesamte Verformung samt dem eventuellen Abklingen oder Zurückschwingen in den Urzustand zu sehen ist. Ist die Option für Automatische Zeit aktiv, wird dann automatisch der gesamte Bildbereich der Animation in den Cache gesichert. Ansonsten können Sie diese Option auch ausschalten und über die Werte Start und Stop selbst zeitliche Grenzen für die Berechnung setzen.

Das Füllen des Cache lösen Sie dann mit der Berechnen-Schaltfläche aus. Je nach Komplexität und Länge der Animation kann dies einige Zeit in Anspruch nehmen. Im Anschluss wird automatisch die Verwenden-Option aktiv. Dadurch wird die aktive Berechnung der Simulation ausgeschaltet und nur der Cache ausgelesen. Bei Speicher können Sie zudem den für den Cache benötigten Speicherverbrauch ablesen. Durch Anhaken von Komprimieren kann der Speicherverbrauch optimiert werden.

Fallen Ihnen bei der Wiedergabe im Editor Fehler auf, können Sie den belegten Speicher über die Cache löschen-Schaltfläche auch wieder leeren lassen. Beachten Sie hierbei, dass die Verwenden-Option nicht automatisch ausgeschaltet wird. Ansonsten können Sie auch Teile der Cache-Lösung überschreiben lassen. Dafür ist die Aktualisieren-Schaltfläche gedacht. Das Aussehen des Objekts zu dem aktuellen Zeitpunkt bzw. Bild der Animation wird dadurch in den Cache übernommen. Dies ist jedoch mit Vorsicht zu genießen, denn die Übergänge zu den benachbarten Bildern bleiben natürlich erhalten.

Im Normalfall ist der Cache in der Szene integriert, wird also auch automatisch mit Ihrem Projekt gespeichert oder geladen. Sie können jedoch diese Daten auch separat sichern lassen. Dazu nutzen Sie die Speichern-Schaltfläche. Das logische Gegenstück bildet die Laden-Schaltfläche, mit der derartige Dateien dann auch wieder importiert werden können.

Möchten Sie die gespeicherten Cache-Daten zu einem anderen Zeitpunkt in der Animation abspielen lassen als ursprünglich bei der Erstellung des Cache angelegt, benutzen Sie den Offset-Wert. Eine Einstellung von 10 B führt also dazu, dass die Animation des Deformators erst zehn Bilder später abgespielt wird. Ebenfalls nützlich ist der Geschwindigkeit-Wert, denn damit kann die Abspielgeschwindigkeit der Deformation oder Simulation variiert werden. Ein Wert von 100% entspricht der ursprünglichen Geschwindigkeit. Kleinere Werte verlangsamen die Wiedergabe. Die Objekte bewegen sich dadurch also langsamer und können gar mit Geschwindigkeit 0% gänzlich zum Stillstand gebracht werden. Werte über 100% führen zu einer entsprechenden Beschleunigung der Wiedergabe.

Schließlich kann ein Cache je nach Länge und Komplexität der Simulation oder Deformation schnell viele MB belegen. Ein Undo-Aufruf (Bearbeiten > Rückgängig) belastet somit den Arbeitsspeicher um ebenso viel Speicher, um ein Zurücknehmen des Undos zu ermöglichen. Sie können daher mit dem Cache-Wert eine Obergrenze für den Speicherbereich vorgeben, die maximal für die Speicherung von Cache-Undos reserviert wird.

Über den Autor

Dieses Tutorial ist ein Auszug aus dem CINEMA 4D-Kompendium von Arndt von Koenigsmarck. Das komplette CINEMA 4D-Kompendium mit über 850 Seiten Know-how als Download (PDF und ePub) gibt es hier: CINEMA 4D-Kompendium.

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