Dynamics: Das Konnektor-Objekt – Teil 1

Ein Konnektor-Objekt stellt über sein Typ-Menü verschiedene Formen und Standardgelenke zur Verfügung. Sie suchen sich also am Anfang erst einmal den Typ Gelenk heraus, den Sie verwenden möchten. Die Abbildung 4.46 stellt Ihnen die ersten vier Typ-Einträge bereits vor. Sie sehen daran, dass Sie bereits in den Ansichtsfenstern eine symbolhafte Form erhalten, die sich je nach Typ-Auswahl anpasst. Sollten Sie diese Form nicht erkennen können, überprüfen Sie die Darstellungsqualität Ihrer Editoransicht. Konnektoren sind nicht in den Modi Linien oder Verdeckte Linien zu sehen. Zudem muss der Konnektor standardmäßig selektiert sein, um seine Form anzuzeigen.

Animation in Cinema 4D - Einige Konnektor-Typen und deren Einstellungsdialog

Abbildung 4.46: Einige Konnektor-Typen und deren Einstellungsdialog

Im linken Teil der Abbildung 4.46 erkennen Sie die Konnektor-Formen für ein klassisches Scharnier, ein Kardan-Gelenk, ein Kugelgelenk und ein sogenanntes Ragdoll-Gelenk. Dabei handelt es sich um ein Kugelgelenk, das zusätzlich über Winkelvorgaben in der Beweglichkeit eingeschränkt werden kann. Diesen Typ verwendet man z. B. in der Figuranimation von Computerspielen, um die Beweglichkeit in den Gelenken einschränken zu können, wenn eine Computerfigur z. B. realistisch zu Boden gehen soll. Doch der Reihe nach.

Nach dem Aufruf eines Konnektors sehen Sie die symbolhafte Darstellung des gewählten Typs in roter, halbtransparenter Färbung in den Ansichtsfenstern. Diese Farbe weist immer darauf hin, dass der Konnektor aktuell noch nicht funktionieren kann. Dies liegt u. a. daran, dass noch keine Objekte zugewiesen wurden, denn ein Gelenk muss immer irgendwo befestigt werden. Dafür kommen ausschließlich Objekte infrage, die ein Dynamics Body-Tag tragen. Erstellen Sie also z. B. eine neue Kugel, geben Sie dieser ein Rigid Body-Tag und ziehen Sie diese Kugel anschließend in das Feld für Objekt A am Konnektor. Platzieren Sie den Konnektor etwas oberhalb und seitlich der Kugel, damit die Szene wirkt, also hätten wir es mit einem Pendel zu tun, das gerade ausgeschlagen ist. Wenn Sie die Animation abspielen lassen sollten Sie tatsächlich beobachten können, wie die Kugel einerseits von dem Konnektor gehalten wird und zudem wie ein Pendel an dem Scharnier hin und her schwingt (siehe Abbildung 4.47).

Animation in Cinema 4D - Ein einfaches Pendel mit einem Scharnier-Konnektor

Abbildung 4.47: Ein einfaches Pendel mit einem Scharnier-Konnektor

Das Scharnier erlaubt ausschließlich eine Drehbewegung um die Z-Achse des Konnektors. Dabei wird eine Verbindung zwischen der Drehachse des Scharniers und dem Mittelpunkt der Kugel hergestellt. Dies liegt an der Voreinstellung für Bindung A, die Massenschwerpunkt lautet.

Bei Grundobjekten fällt der Massenschwerpunkt in der Regel mit dem Objekt-Achsensystem zusammen. Bei Soft-Bodies hat diese Einstellung zudem den Vorteil, dass der Konnektor nicht an einzelnen Punkten der Oberfläche zieht und somit die Gefahr der Verformung entsteht. Nicht immer ist es jedoch gewünscht, dass sich die Bindung an der Mitte eines Objekts fest macht. Daher können Sie über Bindung A Polygonpunkt auch einen individuellen Punkt der Objektfläche als Verankerung für den Konnektor bestimmen. Der Punkt wird über seine Index-Nummer ausgesucht. Diese können Sie am schnellsten durch einen Doppelklick auf den gewünschten Punkt in Erfahrung bringen. Das Objekt muss dafür jedoch als Polygon-Objekt zur Verfügung stehen. Es öffnet sich im Punkte bearbeiten-Modus ein Info-Dialog, der neben den aktuellen Koordinaten des Punkts in der Titelzeile auch die Indexnummer verrät. Tragen Sie diese in das Index-Feld ein.

Wie in Abbildung 4.48 an dem zusätzlich auf die Kugel gelegten Farbverlauf zu erkennen, bleibt auch bei der Fixierung an einem einzelnen Punkt, in diesem Fall der obere Polpunkt der Kugel, die ursprüngliche Lage zwischen der Kugel und der eingezeichneten Verbindungslinie zum Scharnier erhalten. Der Wert für Einflussbereich ist nur dann relevant, wenn Ihr dynamisches Objekt ein Soft Body ist. In dem Fall lässt sich dann die Umgebung des angegebenen Punkts noch mit einbeziehen, um den Bereich um den Index-Punkt in der Form stabiler zu halten.

Animation in Cinema 4D - Befestigung eines Scharniers an einem Polygonpunkt

Abbildung 4.48: Befestigung eines Scharniers an einem Polygonpunkt

Die Bildserie in Abbildung 4.49 stellt die Wirkung des Einflussbereichs noch einmal am Beispiel unserer schwingenden Kugel vor. Dabei habe ich einfach das Dynamics Body-Tag der Kugel im Soft Body-Bereich auf Polygone/Linien umgeschaltet. Von links nach rechts sehen Sie die Wirkung eines Einflussbereichs von 20%, 40%, 60% und 80%. Dabei ist der Konnektor nach wie vor am oberen Polpunkt der Kugel befestigt. Besonders bei kleinen Einflussbereich-Werten wird Ihnen zudem auffallen, dass der Konnektor selbst anfängt sich zu bewegen. Die Schwungmasse der Soft Body-Punkte bringt ihn aus seiner Ruhelage heraus. Er wirkt dabei, wie mit Federn aufgehängt. Mit zunehmender Einflussbereich-Größe nimmt dieser Effekt wieder ab. Bei der Kombination von Rigid Body und Konnektor gibt es diesen Effekt nicht, da dort die Masse idealisiert in einem Schwerpunkt angenommen wird.

Animation in Cinema 4D - Variation des Einflussbereichs

Abbildung 4.49: Variation des Einflussbereichs

Ebenfalls eher für die Nutzung mit Soft Bodies interessant ist die dritte Bindungsart Punktselektion (siehe Abbildung 4.50). Sie legen dazu entweder eine Punktauswahl oder eine Vertex-Map am Objekt an, speichern diese als Punkt Auswahl-Tag, bzw. Vertex Map-Tag und verlinken dieses Tag im Map-Feld des Konnektors. Der Wert für den Einflussbereich ist hier besonders für die Nutzung einer Punktauswahl interessant, um den Übergang zu den umliegenden Punkten weicher auslaufen zu lassen.

Animation in Cinema 4D - Eine Punktselektion als Bindung zum Konnektor

Abbildung 4.50: Eine Punktselektion als Bindung zum Konnektor

Zusätzlich geben Sie mit der Formbewahrung an, wie stark sich die Bereiche in der Map verformen dürfen. Das Prinzip entspricht also der Formbewahrung eines Soft Body-Tags. Große Werte für die Formbewahrung sorgen dafür, dass sich die Bereiche der Bindung nicht selbst verformen. Da dies wieder mit simulierten Federkräften berechnet wird, können Schwingungen entstehen. Die Dämpfung hilft, diese bei Bedarf zu reduzieren. Damit sind die Optionen, die Sie für die Verbindung eines Objekts mit einem Konnektor zur Verfügung haben aber nur teilweise erschöpft, denn normalerweise werden zwei Objekte über einen Konnektor miteinander verknüpft. Daher wiederholen sich viele der genannten Einstellungen jetzt noch einmal für Objekt B und Bindung B. Auch dieses zweite Objekt muss natürlich über ein Dynamics Body-Tag verfügen, um in einem Konnektor akzeptiert zu werden. Wir sollten uns eine neue Szene aufbauen, um den Konnektor mit zwei Objekten in Aktion zu sehen.

Animation in Cinema 4D

Die obige Abbildung 4.51 zeigt dazu einen Vorschlag für einen Testaufbau. Dieser besteht aus vier identischen Würfeln, die jeweils eine Lücke zwischen sich lassen. In diesen Lücken werden insgesamt drei Konnektoren des Typs Scharnier platziert. Dabei ist natürlich auf die richtige Orientierung der Scharniere zu achten, damit sich die Würfel-Kette gleich auch realistisch bewegen kann. Der erste Würfel erhält ein Kollisionsobjekt-Tag, die übrigen Rigid Body-Tags. Dies macht Sinn, damit die gesamte Kette nicht einfach nach unten fallen kann, sondern der Anfangswürfel als Anker dient.

Animation in Cinema 4D - Verwendung von je zwei Objekten per Konnektor

Abbildung 4.51: Verwendung von je zwei Objekten per Konnektor

In den Konnektoren werden nun jeweils zwei benachbarte Würfel als Objekt A und Objekt B eingetragen, bzw. per Drag&Drop aus dem Objekt-Manager zugewiesen. Die Bildsequenz an der Seite zeigt von oben nach unten betrachtet, was nun beim Starten der Animation passieren wird. Der erste Würfel bleibt als Kollisionsobjekt unbeweglich stehen und die damit verbundenen Würfel bilden eine natürlich fallende Kette. Dabei kann es jedoch zu Durchdringungen zwischen den Würfeln kommen.

Animation in Cinema 4D

Dies mag zuerst verwirren, da alle Dynamics Body-Tags an den Würfel ja standardmäßig die Kollisionserkennung aktiviert haben. Konnektoren verfügen jedoch über eine Option für Kollision ignorieren, die genau diese Berechnung unterbindet, wenn sich die Objekte begegnen, die in den Objekt A- und Objekt B-Feldern verlinkt wurden. Wenn Sie also Kollision ignorieren für alle Konnektoren ausschalten, stoppen die Würfel wieder korrekt, wenn sie sich begegnen. Die seitliche Bildfolge belegt dies.

Es verbleibt noch eine letzte Option in den Objekt-Einstellungen der Scharnier-Konnektoren, nämlich die Möglichkeit, die Beweglichkeit einzuschränken. Dazu steht die Option Winkellimit zur Verfügung. Diese bezieht sich auf die Richtungen, die bei Referenzachse A und Referenzachse B gemacht wurden. Die Abbildung 4.52 macht dies deutlicher.

Animation in Cinema 4D - Winkellimits nutzen

Abbildung 4.52: Winkellimits nutzen

Der Konnektor benötigt für jedes Objekt eine Richtung, die praktisch als Anschlag dient. Zwischen diesen beiden Anschlägen wird dann der Winkel berechnet. Da jedes beteiligte Objekt ein Achsensystem enthält, bieten sich natürlich die Richtungen dieser Objektachsen als Richtungen für die Anschläge an. Betrachtet man sich die rechte Seite der Abbildung 4.52, so fällt dort die Wahl einer passenden Referenzachse leicht. Die X-Objektachsen liegen jeweils so, dass sie sich nach einer Verlängerung im Konnektor kreuzen. Das ist der Idealfall. Wenn Sie die Möglichkeit haben, die Objekte individuell zu drehen, sollten Sie es ähnlich handhaben und dafür sorgen, dass immer eine der Objektachsen möglichst genau auf den Konnektor zielt. Dabei ist es egal, ob diese Achse auf den Konnektor zeigt oder exakt in die entgegengesetzte Richtung weist. In unserem Fall kann es also für beide Objekte bei der Standardeinstellung Objekt-X-Achse für Referenzachse A und Referenzachse B an allen Konnektoren bleiben.

Wie handhaben wir jedoch Situationen, wo ein Objekt nicht gedreht werden kann und keine der Objektachsen exakt genug auf den Konnektor zielt? So eine Situation ist auf der linken Seite der folgenden Abbildung 4.53 zu sehen. Die beiden Würfel stehen zwar auch wieder parallel zur den Weltachsen, aber der Konnektor steht seitlich und zwischen den Würfelpositionen. Selbst in solchen Situationen könnte natürlich dennoch z. B. mit der Objekt-X-Achse gearbeitet werden, exakter ist dann jedoch die Einstellung Richtung zu Objekt. Damit wird einfach eine neue Richtung berechnet, die vom Mittelpunkt der Objekte zum Konnektor zeigt (siehe rechte Seite der Abbildung 4.53).

Animation in Cinema 4D - Ungünstige Lage des Konnektors zu den damit verbundenen Objektachsen

Abbildung 4.53: Ungünstige Lage des Konnektors zu den damit verbundenen Objektachsen

Nachdem die richtige Wahl der Referenzachsen getroffen wurde, erscheinen blaue und gelbe Markierungen und Bereiche am Scharnier-Konnektor. Der gelbliche Bereich gehört dabei zu Objekt A und markiert den Winkelbereich, den Sie unten auf der Dialogseite mit dem Winkellimit Von und Bis angeben können. In Richtung der Referenzachse von Objekt B finden Sie einen blauen Rahmen, der sich fortan nur noch in der Öffnung des gelben Bereich bewegen lässt. Die folgende Abbildung 5.54 stellt diese Bereiche noch einmal detailliert vor.

Animation in Cinema 4D - Beschränkung des Winkelbereichs eines Scharniers

Abbildung 4.54: Beschränkung des Winkelbereichs eines Scharniers

Sie sehen dort auf der linken Seite die beiden Würfel, die über ein Scharnier miteinander verbunden wurden. Die Einstellung für die Referenzachse A legt die 0°-Stellung fest, von der aus die Von- und Bis-Winkel des Winkellimits gerechnet werden. Der Winkelbereich, der außerhalb des Winkellimits liegt wird gelblich markiert. Dies ist bei der Ziffer 1 auf der linken Seite der Abbildung zu erkennen. Die Referenzachse B wurde auf der linken Seite des Bilds mit Objekt-X-Achse angegeben. Daher zeigt der zu Objekt gehörende Anschlag ebenfalls in die Richtung der X-Objektachse des B-Würfels. Dieser blaue Anschlag ist bei Ziffer 1 in Abbildung 4.54 zu sehen. Diese Anordnung ist natürlich etwas schwierig zu konfigurieren, da der Anschlag nichts mit der eigentlichen Lage des Objekts zu tun hat. Besser daher in diesem Fall die Wahl Referenzachse B Richtung zu Objekt, so wie es die rechte Seite der Abbildung zeigt.

Animation in Cinema 4D - Einschränkung der Beweglichkeit am Konnektor

Abbildung 4.55: Einschränkung der Beweglichkeit am Konnektor

Generell gilt, dass der blaue Anschlag nur innerhalb der Lücke des gelben Bereichs geführt werden kann. Daraus ergeben sich dann bei einem Scharnier die maximale und die minimale Öffnung. Die Anschläge wirken dabei wie eine Kollision auf die Objekte. Es ist daher auch möglich, dass die Objekte von diesen Anschlägen zurückfedern. Denken Sie z. B. an eine Autotür, die mit großer Wucht aufgerissen wird. Die Tür wird sich nur bis zum vorgesehenen Anschlagswinkel öffnen lassen und von dort wieder zurückfedern und nicht einfach stehenbleiben. Dieses Zurückfedern können Sie über den Federn-Wert steuern. Je größer der Wert ist, desto dynamischer prallen die Objekte wieder von dem Anschlag zurück in den freigegebenen Winkelbereich.

Abschließend zu diesem Thema nehmen Sie sich nun noch einmal die Kette mit den vier Würfeln und den drei verbindenden Scharnier-Konnektoren vor und aktivieren dort ein Winkellimit für alle drei Konnektoren. Tragen Sie z. B. für Von 150° und für Bis 390° ein. Es ergibt sich dadurch bei der ursprünglichen Lage der Würfel eine Art Keil an jedem Scharnier. Dieser Keil ist auf der linken Seite der Abbildung 4.55 symbolhaft gelb hervorgehoben. In der gleichen Darstellung sehen Sie den blauen Anschlag, der hier von dem rechts liegenden Würfel und dessen X-Achse gesetzt wird. Der Winkel kann also noch etwas im Scharnier nach unten rotieren, bevor er auf die rechte Begrenzung des „Keils“ trifft. Beim Abspielen der Simulation macht sich dies wie auf der rechten Seite der Abbildung bemerkbar. Die Kette kann nur bis zu einem gewissen Grad einknicken. Wenn Sie derartige Limitationen der Beweglichkeit nutzen möchten, kann auch das Anschalten von Kollision ignorieren wieder Sinn machen, denn die Objekte können sich gar nicht mehr berühren. Zumindest nicht, wenn die Winkelgrenzen sorgsam eingestellt wurden.

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.

Wir empfehlen:
Maxon BodyPaint 3D-Video-Training

Unsere Empfehlung für dich

Cinema 4D für Einsteiger – für R16/R17/R18

Cinema 4D für Einsteiger – für R16/R17/R18

Überschreite mit unserem neuen und sagenhaften Standardwerk für Cinema 4D die Grenzen der Wahrnehmung. Das Release 16 ist das beste Update, das Maxon je herausgebracht hat!

  • Neue Funktionen von R16, R17 und R18 im Detail erklärt
  • In über 15,5 Stunden Video-Training Cinema 4D von A bis Z ergründen
  • PLUS 850 PDF-Seiten und Arbeitsmaterialien
  • Maximales Kreativtraining: Nachbau des Covermotivs

Zum Training