Charakter-Animation: Das Joint-Objekt – Teil 1

Tutorials 1. Dezember 2016 – 0 Kommentare

In diesem Kapitel schauen wir uns vorrangig die Funktionen an, die Sie im Charakter-Menü von Cinema 4D finden können. Anders als vielleicht zu vermuten, lassen sich diese Funktionen generell für die Animation verwenden. Es muss also nicht immer klassisch um eine laufende Figur gehen. Auch Maschinenteile oder alltägliche Gebrauchsgegenstände profitieren von diesen Werkzeugen. Ein Großteil der gebotenen Werkzeuge vereinfacht besonders die Deformation von Objekten. Sie kennen das Prinzip wahrscheinlich bereits von den Deformator-Objekten, wie z. B. Biegen, Bulge, Scheren, Verdrehen oder Stauchen, die Sie u. a. unter Erzeugen > Deformer finden können. Diese Objekte ermöglichen uns durch die Verschiebung von Punkten an einem Objekt eine Verformung oder eben eine Animation zu erstellen. Bei der Figuranimation sind diese klassischen Deformatoren jedoch nicht immer brauchbar, da ein Körper aus recht vielen Gelenken bestehen kann, in denen bekanntlich Bewegungen stattfinden können. Der Ansatz ist daher bei derart komplexen Systemen der, dass virtuelle Gelenke in dem zu animierenden Körper erstellt werden. Diese Gelenke werden dann in einem zweiten Schritt mit Definitionen belegt, um das natürliche Verhalten z. B. beim Anwinkeln eines Beins nachzuahmen. Schließlich muss noch die Verbindung zwischen den virtuellen Gelenken und der Geometrie erfolgen. Dabei werden den Oberflächenpunkten prozentuale Wichtungen zugewiesen, die regeln, welcher Punkt wie stark von welchem Gelenk beeinflusst wird. Lassen Sie uns dies an einfachen Beispielen durchspielen.

Das Joint-Objekt

Wir sprachen gerade schon von virtuellen Gelenken. Exakt das stellt das Joint-Objekt dar. Dabei ist so ein Joint-Objekt selbst noch kein Deformator-Objekt, sondern legt nur die Position und die Achsrichtungen eines Gelenks in der zu animierenden Figur fest. Im Prinzip ist ein Joint-Objekt daher nichts anderes als ein Null-Objekt, denn auch Joints sind später im gerenderten Bild nicht zu erkennen. Interessant werden Joints immer dann, wenn Sie in Gruppen hierarchisch geordnet werden.

Animation in Cinema 4D - Basis-Einstellungen eines Joint-Objekts

Abbildung 6.1: Basis-Einstellungen eines Joint-Objekts

Es entstehen dann Joint-Ketten, die wie die Knochen (Englisch: Bones) und Gelenke eines Skeletts funktionieren können. Schauen wir uns zuerst die Einstellungen eines Joint-Objekts näher an. Sie finden dieses Objekt im Charakter-Menü von Cinema 4D. Wie in Abbildung 6.1 zu erkennen, beginnt alles recht harmlos mit den üblichen Basis-Einstellungen. Etwas ausgefallener ist hier nur, dass wir eine Priorität vergeben und auch die Iconfarbe durch Farbe (Ansicht) editieren können. Zumindest letzteres kennen Sie ja bereits vom Null-Objekt oder dem Lichtquelle-Objekt, bei denen ebenfalls eine individuelle Färbung des Icons möglich ist. Dies kann später für etwas mehr Übersichtlichkeit bei der Arbeit im Objekt-Manager sorgen. Die Priorität kann interessant werden, wenn verschiedene Effekte gleichzeitig auf die Joints wirken sollen. Über die Priorität lassen sich dann exakt Zeitpunkte definieren, wann ein Tag oder eben ein Objekt zu berechnen sind. Wir haben darüber bereits im XPresso-Kapitel und zuletzt auch im MoGraph-Kapitel gesprochen.

In den Objekt-Einstellungen geht es nun etwas mehr ans Eingemachte. Los geht es hier mit einem Menü für Bone. Ein Bone ist praktisch der Skelettknochen, der in das Gelenk ausläuft, bzw. der Knochen, der an einem Gelenk beginnt. Mit Bone Null fällt die Darstellung des Bones komplett weg und auch die spätere Wirkung des Bones auf das zu verformende Objekt wird nicht berechnet. In der Einstellung Bone Achse können Sie nun erstmals ein Bone sehen, zumindest wenn Sie den Länge-Wert über den Standardwert 0 cm hinaus erhöhen. Das spitze Ende der Bone-Darstellung weist immer zum Ende des Bones. Mit dem Achse-Menü kann zudem die Richtung gewählt werden, entlang der sich der Bone im Achsensystem des Joints ausrichten soll. Dies ist jedoch für uns normalerweise uninteressant, da Bones normalerweise zwischen den Joints ausgerichtet werden. Duplizieren Sie daher einfach einmal das Joint-Objekt, verschieben diese Kopie an eine etwas andere Position im Ansichtsfenster und ordnen den kopierten Joint dann im Objekt-Manager unter dem ersten ein. Sollten beide Joints noch Bone Achse verwenden, könnte das wie links in Abbildung 6.2 aussehen.

Animation in Cinema 4D - Unterschiedliche Bone-Orientierungen

Abbildung 6.2: Unterschiedliche Bone-Orientierungen

Die Bones orientieren sich strikt an den Joint-Achsen und kümmern sich nicht um die nachgegliederte Hierarchie. Anders in den Bone-Einstellungen Vom Überobjekt bzw. Zum Unterobjekt. Benutzen beide Joint-Objekte eine dieser Einstellungen ist plötzlich nur noch ein Bone zu sehen, der zwischen den Joints verläuft und sich automatisch mit seiner Achse entlang dieser Richtung ausrichtet. Der Unterschied zwischen beiden Modi wird erst später deutlich, wenn es um die Verknüpfung zwischen Bone und Objektpunkten über eine Wichtung geht. Bei Bone Vom Überobjekt würde der Bone zwischen den beiden Joints zu Joint B gehören, da der erste Joint ja kein Überobjekt hat. Bei Bone Zum Unterobjekt gehörte der sichtbare Bone zwischen den Joints zum ersten Joint also meinem Joint A-Objekt.

Animation in Cinema 4D - Ausrichten von Joint-Objekten relativ zu deren Bones

Abbildung 6.3: Ausrichten von Joint-Objekten relativ zu deren Bones

Dies dürfte in vielen Fällen der eingängigere Modus sein. Die Bones verlaufen also bei Zum Unterobjekt immer von einem Joint in Richtung eines direkt untergeordneten Joints. Dies ist zudem auch die Voreinstellung der Joint-Objekte. In jedem Fall ist Vorsicht geboten, wenn Sie bereits mit der so genannten Wichtung begonnen haben, also bereits die Bindungen zwischen Punkten und Bones angelegt haben und dann noch etwas an dem Bone-Menü verändern. In dem Fall kann es dann zu einem falschen Verhalten kommen, dass sich z. B. beim Bewegen des Unterarms der Oberarm der Figur verzerrt. Sie sollten sich daher frühzeitig auf einen Bone-Modus festlegen und diesen beibehalten. Das Mischen der Modi innerhalb einer Hierarchie ist aber ansonsten kein Problem. Nur bei Bone Null entfällt die Wirkung des Bones komplett und es wird sich entsprechend auch keine Verformung auf diesem Teilstück berechnen lassen. Derartige Null-Bones eignen sich jedoch hervorragend, um Rotationswerte aus einer Hierarchie zu nehmen. Wir kommen noch dazu.

Wenn wir uns nun noch einmal die willkürlich im Raum angeordneten Joints und deren Bones ansehen, so erkennen wir ein gewisses Durcheinander. Dies ist auf der linken Seite von Abbildung 6.3 dargestellt, wo ich noch ein drittes Joint-Objekt ergänzt und unter dem zweiten eingruppiert habe. Alle Joint-Achsen zeigen irgendwo hin und haben keinen erkennbaren Bezug zu den schön ausgerichteten Bones. Dies wäre an sich für die Verformung der Figur kein Problem, macht den Vorgang der Animation jedoch unnötig kompliziert. Stellen Sie sich vor, die abgebildeten drei Joints und deren zwei Bones sollten einen Ober- und einen Unterarm darstellen. Wenn wir nun den Unterarm um seine Längsachse rotieren wollten, welche Joint-Achse sollten wir da nehmen? Es müsste um alle drei Achse gedreht werden, was es nahezu unmöglich macht, einen bestimmten Drehwinkel einzustellen. Viel einfach wäre, wenn zumindest eine der Joint-Achsen immer in Richtung der nachfolgenden Bones laufen würde. Exakt dies ist möglich durch Anklicken der Ausrichten-Schaltfläche. Das Achse-Menü fungiert dabei als Option, welche der Joint-Achsen entlang der Bones verlaufen soll. In der Regel bietet sich hier die Z-Achse der Joints an. Selektieren Sie einfach alle Joint-Objekte, wählen Sie Achse Z und klicken anschließend auf Ausrichten. Das Ergebnis ist auf der rechten Hälfte von Abbildung 6.3 zu erkennen. Hier müsste der mittlere Joint nur um seine Z-Achse rotiert werden um den Unterarm zu drehen.

Was die Länge der jeweiligen Bones betrifft, so ergibt sich diese automatisch aus dem Abstand zwischen den hierarchisch geordneten Joint-Objekten. Sie können diese Länge direkt am Joint-Objekt ablesen, diesen Wert jedoch dort auch editieren.

Animation in Cinema 4D - Die verschiedenen Darstellungsarten von Bones

Abbildung 6.4: Die verschiedenen Darstellungsarten von Bones

Wenn ein Joint-Objekt A ein weiteres Joint-Objekt B als Unterobjekt enthält, kann über die Länge an Joint-Objekt A auch der Abstand von Joint-Objekt B nummerisch exakt eingetragen werden. Dies kann vor allem dann hilfreich sein, wenn die Achsen zwischen den Joints noch nicht ausgerichtet wurden. Ansonsten ließe sich der Abstand ja ebenfalls sehr einfach über die Koordinaten-Rubrik der Joints entlang der ausgerichteten Achsrichtung eintragen.

Die Bone-Einstellungen

Wir haben bereits gesehen, dass die Bones zwischen gruppierten Joint-Objekten entstehen. Deren Aussehen kann individuellen Vorlieben angepasst werden. Dazu finden Sie Optionen in der Bone-Rubrik innerhalb der Objekt-Einstellungen der Joint-Objekte. Die obige Abbildung 6.4 stellt die wichtigsten Formen für Bones vor, wobei deren Aussehen für die spätere Verformung z. B. einer Figur keine Rolle spielt. Wählen Sie also einfach aus, was Ihnen optisch am besten gefällt. Bedenken sie dabei, dass nur die Darstellung Standard durch ihre spitze, pyramidenartige Form Rückschlüsse über den Verlauf der Joint-Hierarchie lässt. Dies ist links oben in Abbildung 6.4 zu sehen. Darunter wurde Darstellung Quader verwendet. Die rechte Spalte beginnt oben mit der Darstellung Linie. Darunter zeigt die Abbildung 6.4 die Darstellung der Bones als Stab. Wenn Sie Darstellung Polygon auswählen, wird die jeweils zuvor eingestellte Darstellung umgerechnet zu einem normalen Polygon-Objekt. Schalten Sie also z. B. von Darstellung Quader um auf Darstellung Polygon, behalten die Bones ihre quaderartige Form, können nun jedoch auch gerendert werden oder gar mit Materialien belegt werden. Dabei werden jedoch keine UV-Koordinaten für die Bone-Polygone erzeugt. In der Regel sollten Sie daher Zylinder-Mapping als Projektion für Materialien verwenden, die Bilder oder Shader-Strukturen enthalten. Schließlich kann mit Darstellung Keine auch ganz auf die Einzeichnung von Bones zwischen den Joints verzichtet werden. Die Funktion der Bones bei der Deformation eines Objekts bleibt dabei jedoch ebenfalls erhalten.

Schließlich kann auch die Größe der Bones noch beeinflusst werden. Damit ist nicht deren Länge gemeint. Diese orientiert sich immer an den Abständen zwischen den Joint-Objekten. Sofern die Größe in den Einstellungen für Bone als Länge gewählt ist, skalieren die Bones automatisch mit dem Abstand zum jeweils nächsten Joint-Objekt. Mit Größe Benutzerdefiniert kann die Größe hingegen frei eingetragen werden. Die linke Spalte der Abbildung 6.5 gibt Beispiele dazu. Dort ist zudem die Nutzung der Darstellung Polygon mit zugewiesenen Materialien auf den Joint-Objekten zu bewundern.

Animation in Cinema 4D - Optionale Skalierung der Bones

Abbildung 6.5: Optionale Skalierung der Bones

Die Joint-Darstellung

Auch die bislang recht einfache Darstellung der Joints kann beeinflusst werden. Standardmäßig wird Darstellung Achse benutzt. Neben einem Kreis erscheint hierbei die Einblendung des Achsensystems am Joint. Dies kann hilfreich sein, um auch im deselektierten Zustand der Joints deren Ausrichtung ablesen zu können. Bei Darstellung Kugel (Drahtgitter) erscheinen stattdessen drei jeweils 90° gegeneinander verdrehte Kreise. Mit Darstellung Kreis wird eine gefüllte Kreisfläche an der Position des Joints verwendet. Diese Fläche richtet sich immer frontal auf die Kamera aus. Zudem lässt sich die Farbe dieser Fläche mit Farbe (Ansicht) in den Basis-Einstellungen des Joints oder auch durch die Texturierung mit einem Material verändern. Hierbei wird jedoch ausschließlich der Farbwert aus dem Farbe-Kanal des Materials ausgewertet. Beim Rendern bleiben Joints jedoch generell unsichtbar. Gleiches gilt in der Einstellung Darstellung Kugel, bei der anstatt der flachen Scheibe eine schattierte Kugel angezeigt wird. Schließlich kann mit Darstellung Keine auch ganz auf eine Darstellung in den Ansichtsfenstern verzichtet werden. Wie bei den Einstellungen für Bones, so kann auch die Größe für die gewählte Form der Joints entweder an der Länge des sich anschließenden Bones oder Benutzerdefiniert über einen individuellen Größe-Wert vorgegeben werden. Die folgende Abbildung 6.6 gibt abschließend zu diesem Bereich der Joint-Einstellungen noch einmal die verschiedenen Darstellungsmodi wieder.

Animation in Cinema 4D - Die Darstellungsmodi Achse, Kugel (Drahtgitter), Kreis und Kugel

Abbildung 6.6: Die Darstellungsmodi Achse, Kugel (Drahtgitter), Kreis und Kugel

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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