Dynamics: Das Motor-Objekt

Das zuvor vorgestellte Kraft-Objekt eignet sich bereits gut, um eine dynamische Szene in Bewegung zu bringen. Es kann damit jedoch etwas kompliziert werden, z. B. eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit zu erzielen. In solchen Fällen eignet sich das Motor-Objekt besser, denn damit können wie durch einen echten Antrieb, Drehbewegungen und auch Translationsbewegungen angetrieben werden.

Wie üblich können maximal zwei Objekte als Objekt A und Objekt B zugewiesen werden. Alle beteiligten Objekte müssen über Dynamics Body-Tags verfügen. Die Kraft zwischen diesen Objekten kann als Torsion (Typ Winkel) oder Translation (Typ Linear) oder als eine Kombination aus beiden Kräften (Typ Linear und Winkel) berechnet werden. Dabei verteilt sich die Wirkung immer auf beide Objekte. Beide Objekte fangen also an, gegeneinander zu rotieren oder sich bei der linearen Einstellung des Motors z. B. voneinander zu entfernen. Dies entspricht auch dem natürlichen Verhalten von Objekten mit einer Masse, denn es gibt keine Kraft ohne Gegenkraft. Auch ein Helikopter würde sich bei laufendem Rotor um seine Rotorachse drehen, wäre da nicht der Heckrotor, der diese Drehung ausgleicht. Glücklicherweise können wir aber auch tricksen. Über das Wirken auf-Menü können Sie festlegen, auf welches Objekt der Motor wirken soll, sofern Sie beide Objekt-Felder belegt haben. Die Einstellung Auf beide entspricht dem physikalisch korrekten Verhalten, bei dem beide zugewiesene Objekte angetrieben werden. Dabei verlaufen die Kräfte immer entgegengesetzt. Beide Objekte drehen sich also entgegengesetzt, bzw. verschieben sich in entgegengesetzte Richtungen. Optional können Sie aber auch Wirken auf Nur auf A bzw. Nur auf B, also auf Objekt A oder Objekt B wirken lassen. Die jeweiligen Dreh- oder Verschieberichtungen werden auch direkt in den Ansichtsfenstern angezeigt, sofern das Motor-Objekt selektiert, oder in den Darstellung-Vorgaben des Motor-Objekts Immer sichtbar aktiviert wurde (siehe folgende Abbildung 4.77).

Animation in Cinema 4D - Der Typ der Bewegung des Motors wird auch in den Ansichtsfenstern dargestellt.

Abbildung 4.77: Der Typ der Bewegung des Motors wird auch in den Ansichtsfenstern dargestellt.

Wie bereits bei den Konnektoren oder dem Feder-Objekt zu sehen, kann die Darstellungsgröße dieser Visualisierung über einen Größe-Wert individuell angepasst werden. An der Funktion des Motors ändert dies nichts. Die Bewegungsrichtung von Objekt A wird gelblich, die von Objekt B bläulich dargestellt.

Die Einstellungen für Bindung A und Bindung B entsprechen denen z. B. am Konnektor-Objekt. Lesen Sie bitte dort nach, was die verschiedenen Modi bewirken. Zudem ist es auch beim Motor-Objekt wieder so, dass nicht zwingend beide Objekt-Felder belegt sein müssen. Lassen Sie einfach Objekt A frei, wenn Sie nur ein Objekt (Objekt B) drehen oder verschieben möchten.
Das Motor-Objekt kennt zudem zwei Modi: Bei Geschwindigkeit regeln wird eine Kraft, bzw. ein Drehmoment angewendet, bis eine Lineare Zielgeschwindigkeit, bzw. eine Winkelzielgeschwindigkeit erreicht werden. In dem Moment reduziert sich die Motorkraft automatisch. Auf diese Weise kann ggf. eine immer weiter ansteigende Geschwindigkeit der Objekte vermieden werden, wenn zu wenig Reibung im Spiel ist. Beim Modus Kraft aufbringen steht diese Begrenzung nicht mehr zur Verfügung. Es wirkt fortlaufend eine Kraft bzw. ein Drehmoment auf die Objekte und treibt diese kontinuierlich an.

Ein reizvolles Beispiel für ein Drehmoment wäre sicherlich eine Kurbelwelle. Die folgende Abbildung gibt Ihnen eine Anregung, wie diese ausschließlich über einen Motor angetrieben werden könnte. Der Aufbau besteht ausschließlich aus Zylinder-Grundobjekten. Drei davon sind horizontal orientiert. Zwei von diesen Zylindern liegen auf der gleichen Höhe und bilden links und rechts die Lager der Kurbelwelle. Der dritte Zylinder liegt mittig dazwischen und etwas nach unten versetzt. Dieser Höhenunterschied erzeugt später den Hub. Diese drei Zylinder tragen jeweils den Begriff Achse im Namen. In gleicher Position und identischer Orientierung wurden drei Röhre-Grundobjekte angelegt und passend skaliert. Diese fungieren als Lager und tragen daher entsprechende Namen. Schließlich liegt unterhalb des mittleren Lagers noch ein weiterer Zylinder.

Dieser stellt den Hubzylinder dar und ist folglich entlang der Welt-Y-Achse ausgerichtet. Je ein Konnektor-Scharnier enthält die linke und die rechte Achse als Objekt B und begrenzt somit deren Beweglichkeit auf eine Rotation in den Lagern. Die Lager-Röhren links und rechts erhalten dynamische Kollisionsobjekt-Tags, da sie ansonsten keinen Anteil an der Animation der Maschine haben. Das mittlere Lager wird ebenfalls mit einem Scharnier-Konnektor drehbar gemacht, diesmal jedoch als Objekt A im Konnektor benutzt. Als Objekt B kommt das mittige Lager zu Einsatz. All diese Objekte benötigen natürlich Rigid Body-Tags.

Wenn Sie in dem aktuellen Zustand die Animation abspielen lassen, wird zumindest das mittlere Lager samt dessen Achse nach unten fallen. Wir müssen daher eine feste Verbindung zwischen den seitlichen Lagern und der Mitte erstellen. Dafür eignen sich Konnektoren in der Einstellung Fixiert. Verbinden Sie auf diese Weise die linke Achse mit der mittleren Achse und die linke Achse mit der rechten Achse. Wird später die linke Achse durch einen Motor angetrieben, kommt so die gesamte Welle aus den Achsen und Lagern in Bewegung.

Damit sich nun der Hubzylinder geführt auf und ab bewegen kann, erstellen wir einen weiteren Konnektor, der den Typ Schiene benutzt. Dort ist das linke Lager als Objekt A und der Hubzylinder als Objekt B eingetragen. Die Schiene muss senkrecht ausgerichtet sein und direkt durch das mittlere Lager und den Hubzylinder verlaufen. Dies allein stellt jedoch noch keine Verbindung zwischen dem mittleren Lager und dem Hubzylinder her. Dafür benutzen wir eine Feder, die eine große Härte von 1000 benutzt. Damit wird die Feder nahezu starr und kann wie eine Stange zur Übertragung von Kräften und Bewegungen benutzt werden. Schließlich platzieren Sie noch ein Motor-Objekt vom Typ Winkel in der linken Achse und weisen diese als Objekt B zu. Experimentieren Sie mit dem Drehmoment, bis sich die Welle in Bewegung setzt.

Die Abbildung 4.78 zeigt noch einmal den kompletten Aufbau. Mit dem Typ Linear könnten Sie z. B. ein Objekt verschieben. Der Typ Linear und Winkel Objekte gleichzeitig verschieben und drehen. Oftmals sinnvoller kann jedoch die Verwendung von zwei getrennten Motoren sein, um Objekte zu verschieben und zu drehen. Das folgende Beispiel macht dazu einen Vorschlag.

Animation in Cinema 4D - Symbolhafter Nachbau einer animierten Kurbelwelle mit Dynamics

Abbildung 4.78: Symbolhafter Nachbau einer animierten Kurbelwelle mit Dynamics

Basteln wir uns dazu einfach mal ein simples Bot aus einem Würfel und bringen dies z. B. über Bulge- und Stauchen-Deformatoren in Form. Hinten am Boot sitzt eine Antriebswelle, die Sie aus früheren Beispielen entleihen können. Die Welle und auch das Boot erhalten Rigid Body-Tags, wobei nur für das Boot eine Kollisionsberechnung aktiviert wird. Die Antriebswelle wird mit einem Scharnier-Konnektor gelagert, wobei sowohl das Boot als auch die Antriebswelle als Objekte eingetragen werden. Sowohl die Antriebswelle als auch der Konnektor können direkt unter dem Boot-Würfel gruppiert werden. Unter dem Boot platzieren wir eine Ebene, die über einen Formel-Deformator in animierte Schwingungen versetzt wird. Übertreiben Sie es dabei nicht mit der Höhe der Wellen, damit unser Boot gleich nicht zu wild herumspringt. Diese Ebene erhält ein Kollisionsobjekt-Tag, wobei die Kollisionsform als Bewegtes Mesh eingetragen sein muss. Entsprechend ist ebenfalls Bewegtes Mesh als Form für die Kollisionsberechnung am Würfel-Boot zu benutzen. Da der Antriebspropeller in diese Wasser-Ebene eintauchen soll, hatten wir bei diesem die Kollisionsberechnung deaktiviert. Die Abbildung 4.79 zeigt den prinzipiellen Aufbau dieser Szene.

Animation in Cinema 4D - Szenenaufbau zum Testen von Motoren für lineare und Winkel-Antriebe

Abbildung 4.79: Szenenaufbau zum Testen von Motoren für lineare und Winkel-Antriebe

Nun fehlen nur noch die beiden Motoren. Einer soll die Antriebswelle in Rotation versetzen, der andere das Boot vorwärts schieben. Die Konfiguration dieser Motoren ist in der folgenden Abbildung 4.80 zu erkennen. Der Typ Winkel-Motor verwendet die Antriebswelle als Objekt B. Objekt A bleibt leer.

Animation in Cinema 4D - Die Motor-Einstellungen für das Boot-Beispiel

Abbildung 4.80: Die Motor-Einstellungen für das Boot-Beispiel

Entsprechend benutzt der Linear-Motor das Boot als Objekt B. Da dort alle anderen Objekte untergeordnet wurden, verschieben sich diese automatisch mit. Was die Motor-Einstellungen für Drehmoment und Kraft angeht, so können Sie damit etwas spielen, bis das Boot wie gewünscht auf den Wellen entlanggleitet. Passen Sie dafür ggf. auch die Elastizität-Werte in der Kollision-Rubrik der Rigid Body-Tags am Boot und der Wasserebene an, damit das Boot nicht zu sehr springt und besser gleitet.

Damit ist das Thema Dynamics vorerst abgehandelt. Einige spezielle Funktionen sind jedoch noch über XPresso verfügbar. Ich möchte diese nicht unterschlagen, daher werfen wir auf diese Nodes auch noch einen Blick. Wenn Sie unsicher mit XPresso und dem Xpresso-Editor sind, lesen Sie bitte in dem früheren Kapitel zu XPresso die Grundlagen nach.

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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