Dynamics: Das Dynamics Body-Tag – Teil 3 – Die Masse-Rubrik

Tutorials 29. Februar 2016 – 0 Kommentare

Die Masse der Objekte ist sehr wichtig für die dynamische Simulation. Hätten die Objekte keine Masse, so könnten auch keine Energiegleichungen aufgestellt werden. Die Gravitation könnte die Objekte nicht anziehen und wenn ein masseloses Objekt auf ein anderes träfe, würde dies keine Reaktion auslösen können. Aus diesem Grund gibt es in den Dynamics-Voreinstellungen die Dichte, die wir bereits besprochen haben. Diese beschreibt das Material, aus dem standardmäßig alle unsere Objekte bestehen, die über Dynamics Body-Tags verfügen. Die eigentliche Masse der Objekte ergibt sich daher aus Ihrer Größe bzw. ihrem Volumen. Intern verwendet Cinema 4D die Dichte im Maßstab eines Würfels mit 100 cm Kantenlänge. Dieser Würfel erhält dadurch beispielhaft eine Masse von 1. Wer es ganz genau wissen will, kann wie in Abbildung 4.19 vorgehen.

Abfragen der Masse eines dynamische Objekts

Abbildung 4.19: Abfragen der Masse eines dynamische Objekts

Erstellen Sie eine neue XPresso-Schaltung, in der Sie unter Neuer Nodes > Dynamics den Dynamics Body Status-Node aufrufen. In dessen Objekt-Feld im Attribute-Manager verlinken Sie auf das dynamische Objekt, dessen Masse Sie abfragen möchten. In meinem Beispiel ist dies ein Würfel mit den Kantenlängen 30 cm, 20 cm und 15 cm, der bereits über ein Rigid Body-Tag verfügt. Auf der Ausgangsseite des Dynamics Body Status-Nodes können Sie nun einen Port für die Masse anlegen und dort z. B. einen Ergebnis-Node anschließen (Neuer Node > XPresso > Allgemein). Wie in Abbildung 4.19 zu erkennen, zeigt dieser für unseren Würfel eine Masse von 0,009 an. Wenn Sie mit dieser Masse, die sich aus der Weltdichte und der Größe des Objekts ergibt nicht zufrieden sind, können Sie auch eigene Massen und Dichten über das Verwende-Menü im Dynamics Body-Tag eintragen (siehe Abbildung 4.18).

Die Masse-Einstellungen

Abbildung 4.18: Die Masse-Einstellungen

Mit Verwende Eigene Dichte können Sie eine individuelle Dichte für dieses Objekt verwenden. Die Berechnung der Masse hängt dabei weiterhin von der Größe des Objekts ab. Anders bei Verwende Eigene Masse, denn hier können Sie nun selbst direkt die Masse eintragen, die Ihr Objekt haben soll. Dabei spielen die Form und Größe des Objekts dann keine Rolle mehr. Generell ist es so, dass sich Objekte mit großer Masse schwerer in Bewegung versetzen, zugleich aber auch schwerer abbremsen lassen. Man spricht hier von der Trägheit eines Objekts. Soll ein Objekt schnelle Richtungswechsel vollführen, wird dies bei geringer Masse einfacher fallen als bei großer Trägheit.

Ähnlich verhält es sich mit der Rotationsmasse, die hier im Dialog als separater Parameter ausgeführt ist. Die oben beschriebene Trägheit bzw. Masse betrifft nur die Translation der Objekte, also Veränderungen der Position. Mit der Rotationsmasse geben Sie vor, wie die Trägheit bezogen auf Drehungen angelegt sein soll. Eine hohe Rotationsmasse erhöht auch hier wieder die Trägheit und führt dazu, dass sich ein Objekt nur schwer in Drehung bringen lässt. Eine Kugel auf einer Schrägen wird dann trotz ihrer günstigen Form eher abrutschen oder gleiten statt abzurollen. Eine kleine Rotationsmasse hingegen erleichtert dem Objekt, in Rotation zu geraten. Der Standardwert von 100% simuliert ein Objekt, mit konstanter Dichte und homogener Massenverteilung.

In jedem Fall wird für das Objekt ein Schwerpunkt errechnet, an dem die gesamte Masse des Objekts liegt. Standardmäßig ist dieser Schwerpunkt bei parametrischen Grundobjekten mit der Lage des Objektachsensystems identisch. Viele Effekte werden jedoch erst dadurch möglich, dass die Lage des Schwerpunkts individuell verschoben werden kann. Denken Sie z. B. a zusammengesetzte dynamische Objekte oder aber eine Unwucht, die Sie darstellen möchten. Lassen Sie uns auch dies an einem kleinen Beispiel beobachten. Erzeugen Sie ein platonisches Grundobjekt und konvertieren Sie dies zu einem Polygon-Objekt. Im Kanten bearbeiten-Modus selektieren Sie die horizontal unter dem Objekt verlaufende Kante und ziehen diese weiter entlang der Welt Y-Achse nach unten. Die Form ähnelt dadurch einem Faustkeil.

Etwas tiefer, unterhalb dieses Objekts platzieren Sie eine Ebene, die groß genug ist, dass unser Faustkeil notfalls komplett darauf liegen könnte. Der Ebene geben Sie das Tag eines Kollisionsobjekts. Dem ehemaligen platonischen Körper weisen Sie ein Rigid Body-Tag zu. Auf dessen Dynamics-Einstellungsseite machen Sie das Häkchen für eine Eigene Startgeschwindigkeit und benutzen die Startwinkelgeschwindigkeit 0°, 45°, 0°. Dies führt beim Abspielen der Animation zu einem Kippen des Objekts. In der folgenden Abbildung 4.20 finden Sie diese Einstellungen noch einmal wieder.

Einstellungen und Form des konvertierten Platonischen Objekts

Abbildung 4.20: Einstellungen und Form des konvertierten Platonischen Objekts

Die untere Spitze des Objekts verrutscht also auf der Ebene und der Faustkeil bleibt am Ende flach auf der Ebene liegen. Ganz anders wird er sich verhalten, wenn wir den Schwerpunkt und damit das Massezentrum nach unten verschieben. Aktivieren Sie dazu im Rigid Body-Tag die Option für Eigener Massenschwerpunkt und tragen Sie für den Schwerpunkt Werte ein, die zumindest ungefähr die untere Lage der verschobenen Kante beschreiben. In meinem Fall liegt diese 210 cm unterhalb des Objektachsensystems. Daraus ergibt sich mein Schwerpunkt 0 cm, -210 cm, 0 cm. Dabei sind durchaus auch Eingaben möglich, die den Schwerpunkt sogar außerhalb des eigentlichen Objekts platzieren. Sie sollten also selber auch sinnvolle Eingaben achten. Wird die Animation nun erneut abgespielt, bleibt der Keil mit seiner unteren Spitze auf der Ebene stehen, wippt jedoch durch den Startimpuls und die folgende Kollision mit der Ebene wie ein Schaukelstuhl hin und her.

Bewegungskurven des Objekts

Abbildung 4.21: Bewegungskurven des Objekts

Die Abbildung 4.21 stellt die Unterschiede im Verhalten durch das Nachzeichnen der Punktbewegungen gegenüber. Auf der linken Seite der Abbildung sehen Sie das Objekt ohne verschobenen Schwerpunkt. Es rutsch am Boden weg und legt sich schließlich auf die Ebene. Nachdem der Schwerpunkt an das untere Ende des Objekts verschobene wurde, verhält sich dieser Teil wie ein Gelenk und fixiert das Objekt dort auf der Ebene. Durch den Startimpuls pendelt das Objekt zwischen beiden Kollisionen mit der Ebene hin und her. Es macht also durchaus Sinn, die Lage des Massenschwerpunkts innerhalb der Objekte individuell anzupassen, damit die Bewegungen noch realistischer berechnet werden können.

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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