Grundlagen der Animation: Die Keyframe-Animation – Teil 2

Tutorials 2. September 2015 – 0 Kommentare

Größe-Keyframes

Soll sich die Größe Ihres Objekts während der Animation verändern, haben Sie ggf. mehrere Möglichkeiten dies umzusetzen. Handelt es sich bei dem Objekt um ein parametrisches Grundobjekt, wie z. B. eine Kugel oder einen Würfel, so können Sie bequem die entsprechenden Parameter für den Radius oder die Abmessungen im Objekt-Bereich des Attribute-Managers mit Keyframes versehen. Bei bereits konvertierten Polygon-Objekten oder z. B. bei den diversen Spline-Objekten geht dies jedoch nicht. Hier helfen dann die Größe-Keyframes weiter. Das Erzeugen dieser Keyframeart entspricht den Arbeitsschritten, die wir zuvor bereits bei den Position-Keyframes durchgegangen sind. Es gibt dabei jedoch zu beachten, dass hier nicht die Ausdehnung des Objekts als Keyframe gespeichert wird, sondern die Länge der drei Objektachsen.

Die drei Möglichkeiten Objekte für eine Animation zu skalieren: Im Attribute-Manager, im Koordinaten-Manager und interaktiv im Editor über den Objekt-Betriebsmodus

Abbildung 1.7: Die drei Möglichkeiten Objekte für eine Animation zu skalieren: Im Attribute-Manager, im Koordinaten-Manager und interaktiv im Editor über den Objekt-Betriebsmodus

Im Normalfall haben diese Achsen die Einheitslänge eins. Sie können dies einfach im Koordinaten-Teil des Attribute-Managers überprüfen. Um die Größe des Objekts zu verändern müssen Sie also zuerst die Achslängen editieren. Dies können Sie entweder über den bereits beschriebenen Koordinaten-Teil im Attribute-Manager, über den Koordinaten-Manager oder interaktiv im Editor mit dem Skalieren-Werkzeug erledigen (siehe Abbildung 1.7). Bei der Skalierung im Editor muss jedoch der Objekt-Betriebsmodus aktiv sein. Nur so werden die Achsen des Objekts skaliert. Wir haben im ersten Band des Kompendiums bereits ausführlich über die Folgen skalierter Objektachsen gesprochen. Hierarchisch gruppierte Objekte können dadurch ungewollt ebenfalls verzerrt werden, vor allem wenn die drei Objektachsen unterschiedlich stark skaliert werden.

Rotation-Keyframes

Das Speichern eines Keyframes für die aktuelle Rotation eines Objekts entspricht prinzipiell dem Vorgang für die Speicherung von Position- und Größe-Keys. Sie können also entweder die bereits angesprochenen Symbole in der kleinen Zeitleiste unterhalb der Editoransichten zum Aufzeichnen eines solchen Keyframes nutzen, oder Sie führen einen Mausklick auf die Kreise vor den Winkelwerten im Koordinaten-Teil des Attribute-Managers aus. In jedem Fall muss dafür natürlich das Objekt selektiert sein, für das Keyframes aufgenommen werden sollen (siehe Abbildung 1.8).

Rotation-Keyframes können in der kleinen Zeitleiste oder direkt im Koordinaten-Teil des Attribute-Managers erzeugt werden.

Abbildung 1.8: Rotation-Keyframes können in der kleinen Zeitleiste oder direkt im Koordinaten-Teil des Attribute-Managers erzeugt werden.

Wie auch bei den Position- oder Größe-Keys, so nimmt das Objekt später zum Zeitpunkt des Rotation-Keyframes immer exakt den im Key gespeicherten Rotationswinkel ein. Was passiert jedoch im zeitlichen Abstand zwischen den gesicherten Keyframes? Dazu müssen wir thematisch etwas weiter ausholen und uns mit der sogenannten Interpolation der Keyframes beschäftigen.

Die Keyframe-Interpolation

Wie Sie bereits wissen, stellt die Erzeugung eines einzelnen Keyframes noch keine Animation dar. Erst wenn mindestens noch ein zweites Keyframe hinzukommt, können z. B. Bewegungen dargestellt werden. Dabei wird der Wert des ersten Keyframes in der zeitlichen Lücke zum folgenden Key so verändert, bis der Wert des zweiten Keys erreicht wird. Daraus ergibt sich bereits eine erste wichtige Information für Sie, denn wenn die zeitlichen Abstände zwischen den Keyframes lang sind, folgt daraus in der Regel auch eine langsame Animation. Nur kurze Zeitabstände zwischen den Keyframes führen daher oftmals zu schnellen Animationen.

Natürlich hängt dies auch noch von den Wert-Unterschieden in den benachbarten Keyframes ab. Sind die dort gespeicherten Positionen oder Winkel nahezu identisch, wird auch der zeitliche Abstand zwischen diesen Keys kaum Einfluss auf die Geschwindigkeit der Animation haben können.

Neben dem zeitlichen Abstand der Keys spielt auch die Art der Keyframe-Interpolation eine Rolle. Im Prinzip können Sie sich darunter einen Fahrplan vorstellen, wie der Wert eines Keys in den Wert eines nachfolgenden Keyframes umgerechnet werden soll. Hierzu gibt es eine Voreinstellung in Cinema 4D, die automatisch jedem neu erzeugten Keyframe mitgegeben wird. Sie finden diese Einstellung in den Projekt-Voreinstellungen des Bearbeiten-Menüs von Cinema 4D. Innerhalb der Projekt-Voreinstellungen befindet sich das Fenster für die Key-Interpolation. Das dortige Interpolation-Menü bietet Ihnen drei Wahlmöglichkeiten (siehe Abbildung 1.9).

Voreinstellungen der Keyframe-Interpolation

Abbildung 1.9: Voreinstellungen der Keyframe-Interpolation

Die Spline-Interpolation

Die bereits voreingestellte Interpolation für alle neuen Keyframes nennt sich Spline und ist prinzipiell mit einer Beziér-Kurve vergleichbar. Wenn Sie sich an die Ausführungen aus Band 1 des Kompendiums erinnern, so waren Beziér-Splines ja die einzigen Kurven, die zusätzlich über Tangenten gesteuert werden konnten. Sie finden daher auch hier eine sogenannte Auto-Tangente-Option, die dafür sorgt, dass automatisch ein weich geschwungener Übergang zwischen den Keywerten berechnet wird. In Abbildung 1.10 ist diese Berechnungsart symbolhaft durch eine grüne Kurve angedeutet. An den Enden dieser Kurve befinden sich jeweils die Keyframes mit den dort gespeicherten Werten. So handelt es sich in diesem Fall um Keys für Winkel. Das Keyframe bei Bild 15 enthält den Winkel 9,955°, während das Keyframe bei Bild 50 der Animation den Wert 108,428° speichert.

Arbeitsweise der Spline-Interpolation mit Auto-Tangenten

Abbildung 1.10: Arbeitsweise der Spline-Interpolation mit Auto-Tangenten

Die weißen Linien, die seitlich von den Keyframes abzweigen, sind die bereits angesprochenen Tangenten. Durch den Wertunterschied der benachbarten Keys ergibt sich auch ein Höhenunterschied, sofern man die Winkelwerte entlang einer gedachten Y-Achse aufträgt. Die X-Achse entspricht somit dem Zeitstrahl und den dort nach rechts ansteigenden Bildnummern. Entsprechend der automatisch gesetzten Tangenten ergibt sich dadurch recht bildhaft eine weich geschwungene Kurve zwischen den Keys, die in Abbildung 1.10 grün eingezeichnet wurde.

Dank dieser bildhaften Darstellung der Werte und dem weichen Übergang zwischen den Keyframes können Sie sich ein gutes Bild davon machen, wie die Spline-Interpolation mit aktiver Auto-Tangente funktioniert. Es entstehen dadurch sogenannte Ease Out- und Ease In-Übergänge an den Keyframes einer Animation. Bezogen auf eine Bewegung, beginnt diese dadurch langsam, beschleunigt sich dann und bremst schließlich vor dem Erreichen des letzten Keyframes weich ab. Dies kommt dem natürlichen Verhalten von Objekten sehr nahe, da durch eine gewisse Trägheit und Masse vorgetäuscht wird. Diese weichen Übergänge kommen dadurch zustande, dass die Auto-Tangenten am ersten und letzten Keyframe einer Animation jeweils automatisch horizontal ausgerichtet werden, so wie es auch in Abbildung 1.10 zu sehen ist.

Was passiert jedoch, wenn nun ein drittes Keyframe zwischen den beiden vorhandenen Keys ergänzt wird? Wie in Abbildung 1.11 zu sehen ist, sorgt auch dann die Auto-Tangenten-Option dafür, dass ein möglichst weicher Verlauf durch den neu hinzugekommenen Keywert gewährleistet ist.

Ein drittes Keyframe wird zwischen den vorhandenen beiden Keys eingefügt.

Abbildung 1.11: Ein drittes Keyframe wird zwischen den vorhandenen beiden Keys eingefügt.

Diese weiche Interpolation zwischen benachbarten Keyframes kann in Einzelfällen jedoch Fluch und Segen zu gleich sein, wie wir in Abbildung 1.12 erkennen können.

Links enthalten die ersten beiden Keyframes exakt gleiche Werte. Rechts wurde die Abschneiden-Option zusätzlich aktiviert.

Abbildung 1.12: Links enthalten die ersten beiden Keyframes exakt gleiche Werte. Rechts wurde die Abschneiden-Option zusätzlich aktiviert.

Es gibt nämlich Situationen, bei denen z. B. eine Position über einen gewissen Zeitraum hinweg gehalten werden soll, bevor sich diese dann später in der Animation wieder verändert. Denken Sie z. B. an eine laufende Figur, deren Fuß über eine gewisse Zeitspanne hinweg stationär auf dem Boden bleibt. So eine Situation ist links in Abbildung 1.12 zu sehen, denn dort enthalten die ersten beiden Keyframes exakt gleiche Werte. Das dritte Keyframe bei Bild 50 enthält jedoch einen stark davon abweichenden Wert. Durch die Auto-Tangenten-Option ist Cinema 4D dadurch bemüht, diese drei Keyframes wieder mit einer weichen Kurve zu verbinden.

Dies führt dazu, dass die Interpolationskurve zwischen den ersten Keys nach unten durchschwingt, der Wert zwischen den ersten beiden Keyframes also nicht unverändert bleibt. Führen wir uns das Beispiel der gehenden Figur vor Augen, so kann dies recht lästig sein, denn der auf dem Boden aufgesetzte Fuß könnte dadurch während der Standphase z. B. in den Boden einsinken. Für diesen Spezialfall existiert die Option für das Abschneiden (siehe Abbildung 1.13).

Durch Abschneiden lässt sich das Durchschwingen der Interpolationskurve zwischen Keys mit gleichen Werten verhindern.

Abbildung 1.13: Durch Abschneiden lässt sich das Durchschwingen der Interpolationskurve zwischen Keys mit gleichen Werten verhindern.

Wie auch die Option für die Auto-Tangente finden Sie diese Option entweder in den Projekt-Voreinstellungen oder individuell nach dem Anklicken eines Keys im Attribute-Manager. Wie bereits auf der rechten Seite von Abbildung 1.12 zu sehen, werden dadurch die Tangenten automatisch horizontal ausgerichtet, sofern zwei benachbarte Keys exakt identische Werte enthalten. Sobald die Werte auch nur leicht voneinander abweichen greift diese Korrektur also nicht und Sie laufen wieder Gefahr, durchschwingende Interpolationskurven zu erhalten. Etwas später werden Sie noch erfahren, wie Sie die Tangenten an den Interpolationskurven individuell einstellen können. Lassen Sie uns zuvor jedoch die übrigen Interpolationsarten betrachten.

Die Linear-Interpolation

Wie bei einem linearen Spline findet hier kein gerundeter Übergang mehr zwischen den Keywerten statt. Die Werte werden rein mathematisch linear umgerechnet. Diese Interpolationsart eignet sich daher eher für mechanische Animationen, bei denen es durchaus gewollt sein kann, dass es z. B. abrupte Richtungswechsel gibt. Die Veränderungen zwischen den Keyframes erfolgen gleichförmig. Ein Überschwingen der Werte ist hierbei nicht möglich. Die Optionen für Auto-Tangente und Abschneiden sind zwar auch in dieser Interpolation vorhanden, haben jedoch bei rein linear interpolierten Keyframes keine Wirkung mehr.

Die Stufe-Interpolation

Diese Interpolationsart kommt nur sehr selten zum Einsatz, denn hierbei wird jede Umrechnung der Keywerte unterdrückt. Das animierte Objekt behält so lange den im letzten Keyframe gespeicherten Zustand bei, bis das nächste Keyframe in der Animation erreicht wird. Das Objekt springt dann auf den neuen Wert und nimmt z. B. ohne sichtbaren Übergang abrupt eine neue Position oder eine neue Rotation ein. Stellen Sie sich so eine Animation wie einen Uhrzeiger vor, der ohne erkennbaren Übergang von einer zur nächsten Sekunde seine Position verändert.

Die Abbildung 1.14 stellt Ihnen zum direkten Vergleich noch einmal die beiden Interpolationsarten Linear und Stufe bei ansonsten unveränderten Keywerten gegenüber.

Links die lineare, rechts die Stufe-Interpolation

Abbildung 1.14: Links die lineare, rechts die Stufe-Interpolation

Soweit zu den grundsätzlichen Unterschieden zwischen den Interpolationen. Sicherlich macht die Voreinstellung Spline bei den meisten Animationen Sinn, da nur damit individuell in die Tangenten de Interpolationskurven eingegriffen kann. Sie können aber auch die Interpolationen beliebig in einer Animation mischen, da jedes Keyframe nach der Selektion ebenfalls wieder ein Interpolation-Menü im Attribute-Manager zur Verfügung stellt (siehe Abbildung 1.15).

Interpolationen können pro Keyframe eingestellt werden

Abbildung 1.15: Interpolationen können pro Keyframe eingestellt werden

Dabei ist zu beachten, dass die Key-Interpolation immer nur den Abschnitt zum nachfolgenden Keyframe beeinflusst. So sehen Sie in Abbildung 1.15, dass das mittlere Keyframe eine Stufe-Interpolation benutzt. Diese Einstellung betrifft aber nur die Zeit nach dem Keyframe. Da das erste Keyframe die Spline-Interpolation nutzt, ist auf der linken Seite des mittleren Keys weiterhin eine Tangente zu finden.

Sie haben bereits bei der Spline-Interpolation mit aktiver Auto-Tangente das Problem des Durch- oder Überschwingens beobachtet. Dieses lässt sich mithilfe der Abschneiden-Option oder später durch manuelles Editieren der Tangenten beheben. Ein weiteres Problem betrifft speziell die Animation von Winkeln. Wir haben in Band 1 des Kompendiums bereit ausführlich über die Reihenfolge der Rotationswinkel und des HPB-Drehsystems gesprochen. Lassen sich mich dies kurz wiederholen, falls Sie diese Informationen gerade nicht mehr parat haben.

Cinema 4D benutzt standardmäßig das sogenannte HPB-Drehsystem. Dieses Kürzel steht für Heading, Pitch und Banking, Begriffe, die aus der Luftfahrt entlehnt wurden. Ursprünglich beschreiben diese Begriffe die Lage eines Flugzeugs im Raum. Heading entspricht der horizontalen Flugrichtung des Flugzeugs. Der Pitch gibt an, wie stark die Nase des Flugzeugs nach oben oder unten geneigt ist. Das Banking schließlich gibt den Rollwinkel des Flugzeugs an, also wie sehr es um die Längsachse rotiert wurde. Dieses Drehsystem hat den Vorteil, dass die Reihenfolge der Rotationen keine Rolle spielt. Egal, ob zuerst um H, dann um B und zuletzt um P rotiert wird oder eine ganz andere Reihenfolge benutzt wird, die Endstellung ist immer die gleiche und nur von den Winkelwerten abhängig. Die Abbildung 1.16 demonstriert das Problem an einem Zahnrad, das gedreht wird. Die drei Winkel sind in der oberen und der unteren Bildzeile jeweils identisch, nur die Reihenfolge der Rotationen ist verändert worden.

Unterschiedliche Reihenfolgen beim Rotieren führen zu verschiedenen Endstellungen des Objekts

Abbildung 1.16: Unterschiedliche Reihenfolgen beim Rotieren führen zu verschiedenen Endstellungen des Objekts

Mögliche Probleme der Interpolationen

Der Nachteil am HPB-Drehsystem ist jedoch, dass wir während einer Animation mit der automatischen Interpolation der Winkelwerte leben müssen. So kann es schnell vorkommen, dass eine einfache Winkelanimation zu unvorhersehbaren Schlenkern des gedrehten Objekts zwischen den Keyframes führt. Dies lässt sich nur verhindern, wenn bereits VOR dem Setzen des ersten Winkel-Keyframes die Lage der Rotationsbänder am Objekt überprüft wird. Die Abbildung 1.17 zeigt dazu ein Beispiel.

Das Umschalten des Drehsystems kann beim Animieren von Rotationen helfen.

Abbildung 1.17: Das Umschalten des Drehsystems kann beim Animieren von Rotationen helfen.

Dort wurde ein Quader selektiert und das Drehen-Werkzeug aktiviert. Dieses bietet im Attribute-Manager unter dem Reiter Objektachse eine Option für Gimbal-Drehung an. Ist diese aktiv, zeigen die Rotationsbänder die Richtungen an, in die sich das Objekt auf direktem Weg rotieren lässt. So erkennen wir auf der linken Seite der Abbildung z. B. einen roten Pfeil, der von mir hinzugefügt wurde. Dieser soll die Richtung markieren, in die sich der Quader während der Animation drehen soll. Wie an der Lage der Rotationsbänder zu erkennen ist, hätten wir in diesem Fall ein Problem, denn keines der Bänder liegt parallel zu dieser Richtung. Eine Drehung ist daher nur durch eine kombinierte Nutzung verschiedener Rotationsbänder möglich. Dies führt unweigerlich zu den bereits beschriebenen Schlenkern während der Animation.

HPB-Drehsystem

In solchen Fällen macht daher das Umschalten des Drehsystems Sinn. Dazu selektieren Sie das zu drehender Objekt und lassen sich dafür im Attribute-Manager die Koordinaten-Rubrik anzeigen. Sie finden dort ein Reihenfolge-Menü, das auf das bereits beschriebene HPB-Drehsystem voreingestellt ist. Gehen Sie in diesem Menü nacheinander die übrigen Einträge durch und beobachten Sie nach jedem Umschalten, wie sich die Rotationsbänder neu anordnen. So erkennen Sie z. B. auf der rechten Seite der Abbildung 1.17, wie bei der Einstellung XYZ in diesem Fall das rote Rotationsband passend zur gewünschten Drehrichtung liegt. Nun, da das passende Drehsystem gefunden wurde, kann mit dem Setzen der Keyframes begonnen werden. Eine andere Option um solche Probleme zu vermeiden bietet das Quaternion-Tag, das wir im Charakter-Kapitel dieses Kompendiums besprechen.

Das Umschalten der Drehreihenfolge kann nicht immer das Schlenkern in Rotation-Animationen verhindern, aber zu-mindest können die gröbsten Auswüchse damit gedämpft werden.
Vollständig verhindern lässt sich ungewolltes „Herumeiern“ nur dann, wenn für jedes Bild der Animation ein separates Keyframe für die Rotation erstellt wird. So wird Cinema 4D kein Platz gelassen, selbst Interpolationen zwischen Winkelwerten vornehmen zu müssen. In der Praxis wird dies jedoch kaum nötig sein. Zudem sollte Ihr generelles Bestreben sein, mit möglichst wenigen Keyframes auszukommen. Je weniger Keyframes Sie benutzen, desto leichter ist es, auch nachträglich noch Veränderungen an einer Animation vorzunehmen. Weitere Techniken zum Einsparen von Keyframes lernen Sie in den folgende Kapiteln kennen, z. B. wenn es um XPresso oder Dynamics geht.

Über den Autor

Dieses Tutorial ist ein Auszug aus dem CINEMA 4D-Kompendium zur Animation von Arndt von Koenigsmarck. Das komplette C4D-Kompendium mit über 950 Seiten Know-how als Download (PDF) gibt es hier: CINEMA 4D-Kompendium – Die Animation.

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