Dynamics: Das Konnektor-Objekt – Teil 3

Tutorials 26. Mai 2016 – 0 Kommentare

Der Fläche-Konnektor

Mit diesem Konnektor-Typ kann ein Objekt relativ zu einem anderem innerhalb einer Ebene gehalten werden. Stellen Sie sich z. B. eine Kugel vor, die sich auf einem Billardtisch bewegt. Auch hierbei lässt sich wieder die Beweglichkeit in allen Richtungen einschränken. Die Grenzwerte für Unteres Limit X und Oberes Limit X beschneiden den Bewegungsraum entlang der X-Achse des Konnektors. Unteres Limit Z und Oberes Limit Z bewirken das gleiche entlang der Z-Achse des Konnektors.

Das nachfolgende Beispiel verwendet einen rechteckigen Rahmen als Objekt A und eine Kugel als Objekt B. Beide Objekte erhalten Rigid Body-Tags, wobei das Tag des Rahmens über Dynamisch Aus deaktiviert wird.

Da der dynamisch ausgeschaltete Rahmen im Konnektor als Objekt A verwendet wird, wird dessen Neigung und Position auf den gesamten Konnektors übertragen. Wie Sie auf der rechten Seite der Abbildung 4.64 erkennen können, führt daher die Neigung des Rahmen dazu, dass sich die Kugel realistisch an der jeweils tiefer liegenden Kanten oder Ecke des Rahmens orientiert, da sie durch die Gravitation dorthin gezogen wird.

Animation in Cinema 4D - Anwendungsbeispiel des Fläche-Konnektors

Abbildung 4.64: Anwendungsbeispiel des Fläche-Konnektors

Der Quader-Konnektor

Dieser Konnektor entspricht einem durch eine Richtung erweiterten Fläche-Konnektor. Das Objekt B kann sich daher relativ zu Objekt A entlang aller Achsen des Konnektors bewegen.
Dies entspricht z. B. einer Kugel, die sich frei in einem Quader bewegen kann. Zusätzliche Grenzwerte für Unteres Limit Y und Oberes Limit Y erweitern bei Bedarf die bereits bekannten Grenzen in X- und Z-Richtung des Konnektors. Die vorherige Abbildung 4.65 gibt hierzu ein Beispiel.

Animation in Cinema 4D - Einschränkung der Beweglichkeit innerhalb eines rechtwinkligen Volumens
Abbildung 4.65: Einschränkung der Beweglichkeit innerhalb eines rechtwinkligen Volumens

Die Radfederung als Konnektor

Etwas aus dem Rahmen fällt der Konnektor-Typ Radfederung. Einerseits funktioniert dieser wie ein Schiene-Konnektor, der über einen Steuerwinkel um seine Längsrichtung gedreht werden kann. Hinzu kommt jedoch noch ein Drehgelenk, das zudem über eine simulierte Feder zu einem Ende der Schiene gezogen werden kann. Dies kann hervorragend für die physikalische Simulation eines Rads genutzt werden, das sich einerseits um seine Radachse drehen lässt, zusätzlich aber auch noch senkrecht zur Fahrbahn einfedern kann. Das einfache Beispiel in Abbildung 4.66 sollte dies deutlicher machen. Dort sehen Sie einen blauen Reifen, der auf der welligen Fahrbahn darunter abrollen soll. Diese wurde aus einem verformten Ring-Objekt gebildet. Beide Objekte erhalten Rigid Body-Tags, wobei die Scheibe natürlich nicht nach unten fallen soll. Daher wird das Dynamisch-Menü auch in diesem Tag wieder ausgeschaltet. Beide Objekte erhalten eine Kollisionsberechnung für bewegte Meshes, um eine hohe Genauigkeit zu erzielen.

Animation in Cinema 4D - Einsatzmöglichkeit einer Radfederung

Abbildung 4.66: Einsatzmöglichkeit einer Radfederung

Eine Drehung der verformten Scheibe kann nun die Bewegung der Fahrbahn relativ zur Radaufhängung simulieren. Damit der Reifen dabei fest auf die Fahrbahn gedrückt wird, editieren Sie die Federruheposition so, dass die eingezeichnete Feder den Reifen nach unten in Richtung Fahrbahn zieht. Da diese Art Feder keine Ruhelänge kennt, lässt sich nur auf diese Weise Druck zwischen Reifen und Fahrbahn aufbauen. Bei einem echten Auto währe die Feder natürlich oberhalb des Reifens und würde dessen Vibrationen dämpfen. Der Effekt in unserer Simulation ist jedoch trotz anderer Ausrichtung der Feder der gleiche. Auch hier können wir die dämpfende Wirkung der Feder über die Federdämpfung einstellen. Die Federhärte gibt dabei den Widerstand der Feder gegen Längenveränderungen an. Eine Feder mit großer Härte wird sich nur unter großer Kraftanstrengung stauchen oder verlängern lassen. Die Feder selbst greift in jedem Fall an einer Art Schlitten an, der sich auf der Schiene des Konnektors befindet. Dieser Schlitten beinhaltet zusätzlich ein Drehgelenk, das jedoch nicht in seiner Rotation beschränkt werden kann. Dies entspricht also der eigentlichen Befestigung des Reifens oder Rads am Konnektor.

Sie können den Schlitten jedoch insofern beschränken, dass Sie mit Unteres Limit Y und Oberes Limit Y die Beweglichkeit auf der Schiene begrenzen. Dies kann hilfreich sein, da die Feder keine Grenzen für maximale Stauchung oder Verlängerung bietet. Der bereits angesprochene Steuerwinkel kann schließlich benutzt werden, das gesamte Konstrukt zu drehen, so wie es z. B. beim Lenken eines Autos passiert. Generell sollten Sie darauf achten, die Karosserie als Objekt A und das Rad als Objekt B zu benutzen, um die normale Beweglichkeit eines Reifens relativ zum Auto zu simulieren.

Der Fixiert-Konnektor

Bislang simulierte der Konnektor ausschließlich bewegliche Verbindungen zwischen zwei Objekten. Wie können wir jedoch feste Verschraubungen simulieren? Exakt dafür ist der Fixiert-Typ des Konnektors gedacht. Damit können Objekt A und Objekt B fest miteinander verbunden werden, als wären beide Objekte verschweißt oder z. B. durch eine starre Stange miteinander verbunden (siehe Abbildung 4.67).

Animation in Cinema 4D - Fixierung von zwei Objekten

Abbildung 4.67: Fixierung von zwei Objekten

Ließe sich eine derartige Form eventuell auch noch durch Verbindung der beteiligten Formen zu einem einzelnen Objekt erzielen, so bietet der Fixiert-Konnektor die hilfreiche Option, diese Verbindung jederzeit auch wieder auflösen zu können. Die Gruppe zerfällt dann wieder in zwei individuelle Objekte, die sich unabhängig voneinander bewegen können. Diese Eigenschaft kann durch die beiden Optionen für Brechende Kraft und Brechendes Drehmoment aktiviert werden. Ist Brechende Kraft aktiv, können Sie über den Kraft-Wert angeben, ab welcher Kraft auf eins der beteiligten Objekte die Fixierung automatisch gelöst werden soll. Diese Werte können bereits bei einfachen Bewegungen der dynamischen Objekte recht groß werden. So hängt die Kraft von der Masse der Objekte und deren Beschleunigung ab. Ein durch die Gravitation nach unten gezogener Würfel mit einer Kantenlänge von 100 cm hat bereits eine Kraft von 1000 Einheiten. Bedenken Sie dabei, dass die Kraft der Masse multipliziert mit der wirkenden Beschleunigung entspricht. Da die Masse über die Dichte-Vorgabe standardmäßig vom Volumen der Objekte abhängt, wirkt auf größere Objekte stets eine größere Kraft als auf kleine Objekte. Sind Sie sich unsicher, was die Größenordnung der Kraft angeht, hilft folgender Trick.

Fügen Sie dem fraglichen Objekt, das über ein Dynamics Body-Tag verfügen muss, eine XPresso-Schaltung hinzu und erstellen Sie darin ein Dynamics Body Status-Tag. Sie finden dies nach einem Rechtsklick in den XPresso-Editor unter Neuer Node > Dynamics. Im Attribute-Manager zeigt dieser Funktionsknoten ein Feld für Objekt an. Ziehen Sie dort Ihr Objekt hinein. Alternativ hierzu steht auch ein Objekt-Eingang am Node zur Verfügung. Was es mit XPresso, Nodes und Ports auf sich hat, können Sie bei Bedarf ausführlich im XPresso-Kapitel dieses Buchs nachlesen.
Auf der Ausgangsseite des Nodes finden Sie u. a. auch Ports für die Masse und die Kraft. Werden daran Ergebnis-Nodes angeschlossen, können Sie bequem die für das Objekt berechnete Masse und dessen aktuelle Kraft ablesen (siehe Abbildung 4.68).

Animation in Cinema 4D - Abfragen der aktuell wirkenden Kraft auf ein dynamisches Objekt

Abbildung 4.68: Abfragen der aktuell wirkenden Kraft auf ein dynamisches Objekt

Beachten Sie, dass die Kraft und die Masse eventuell nicht sofort ausgegeben werden, sondern Sie erst ein oder zwei Bilder in der Animation nach vorne navigieren müssen. Da die Objekte oft im ersten Bild der Animation noch stillstehen, kann für diese auch keine Kraft berechnet werden. Für das Drehmoment steht ebenfalls ein Ausgang-Port am Node zur Verfügung. Dieser Wert kann bei einfachen Bewegungen noch viel größer als die Kraft werden, tritt jedoch erst auf, wenn eine Rotation ins Spiel kommt. Dies kann jedoch bereits bei einfachen Kollisionen zwischen Objekten der Fall sein, denn der Kollisionsnoise sorgt automatisch für einen zufälligen Winkel, selbst wenn Objekte senkrecht zu ihren Oberflächen kollidieren. Sie könnten nun über den Dynamics Body Status-Node das exakte Drehmoment oder die wirkende Kraft für eine bestimmte Phase der Simulation in Erfahrung bringen und diesen Wert für Brechende Kraft oder Brechendes Drehmoment am Konnektor benutzen. Noch einfacher ginge es jedoch sicherlich, wenn wir die Verbindung des Fixiert-Konnektors gezielt über Keyframes auflösen könnten. Tatschlich ist auch dies möglich. Auch hierbei hilft uns wieder XPresso, denn der Status eines Konnektor-Objekts kann auch über XPresso ausgelesen und beeinflusst werden. Die folgende Abbildung 4.69 gibt dazu ein Beispiel.

Animation in Cinema 4D - Manuelles Brechen eines Fixiert-Konnektors über XPresso

Abbildung 4.69: Manuelles Brechen eines Fixiert-Konnektors über XPresso

Erstellen Sie dafür an einem beliebigen Objekt eine XPresso-Schaltung und ziehen Sie in deren XPresso-Editor das Konnektor-Objekt aus dem Objekt-Manager hinein. Nach einem Rechtsklick in die Schaltung wählen Sie Neuer Node > Dynamics > Dynamics Konnektorstatus als zweiten Node aus. Damit lassen sich die Einstellungen und Zustände des Konnektors abfragen, aber eben teilweise auch beeinflussen.

Verbinden Sie den Objekt-Ausgang des Konnektor-Nodes mit dem gleichnamigen Eingang des Dynamics Konnektorstatus-Nodes. Über dessen blaue Seite haben Sie nun Zugriff u. a. auch auf einen Eingang-Port für Brechen. Wird hier ein TRUE-Signal angelegt, wird dadurch die Verbindung zwischen den Objekten des Konnektors gelöst. Da Sie auch im Attribute-Manager Zugriff auf diesen Port haben und die dortige Brechen-Option über normale Keyframes animieren können, steht Ihnen damit ein einfaches Mittel zur Beeinflussung des Konnektors zur Verfügung. Lassen Sie sich übrigens nicht vom Objekt-Feld im Attribute-Manager irritieren. Dieses wird auch dann noch angezeigt, selbst wenn der Objekt-Port am Dynamics Konnektor Status schon verschaltet wurde. Das gleiche Phänomen tritt auch an anderen Dynamics-Nodes auf, beeinflusst aber nicht deren Funktion.

Weitere Konnektor-Optionen

Damit sind bereits alle dynamischen Funktionen eines Konnektors erläutert. Die folgenden Rubriken eines Konnektor-Objekts haben daher keinen direkten Einfluss mehr auf dessen Funktion. Standardmäßig werden Sie feststellen, dass die Darstellung eines Konnektors in den Ansichtsfenstern nur dann zu sehen ist, wenn der Konnektor selektiert wurde. Möchten Sie diese Darstellung jedoch auch dann sehen, selbst wenn andere Objekte selektiert wurden, aktivieren Sie Immer sichtbar in der Darstellung-Rubrik des Konnektors. Die Größe dieser Visualisierung kann dabei frei vorgegeben und somit einfacher an die Größe der beteiligten Objekte angepasst werden. Mit der Funktion des Konnektors hat diese Größe jedoch nichts zu tun.

Wir haben bei der Besprechung der Dynamics Body Tags bereits die Funktionen zur Berechnung von Cache-Dateien kennengelernt. Wird das Objekt gebacken, dass unter Objekt A im Konnektor verlinkt wurde, so wird automatisch auch der Konnektor in die Cache-Berechnung integriert. Dies hängt damit zusammen, dass ein Konnektor stets an Objekt A fixiert wird und von dort gelenkig auf Objekt B reagiert. Wird das Feld für Objekt A frei gelassen, so kann der Konnektor selbst als Objekt A fungieren und somit z. B. Objekt B vor dem Herabfallen bewahren. Wir hatten dies bereits besprochen. In jedem Fall gibt die Cache-Rubrik eines Konnektors Rückmeldung darüber, ob dieser Konnektor bereits in einer Cache-Datei gespeichert wurde. Sie erkennen dies am Speicher-Wert. Dieser Dialog ermöglicht Ihnen zwar nicht das Backen eines eigenen Cache für den Konnektor, aber Sie können hier zumindest einen bereits vorhandenen Cache auch wieder löschen oder dessen Verwendung mit Cachedaten verwenden wahlweise ein- oder ausschalten.

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

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Folgende HTML-Elemente sind erlaubt:<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>