Charakter-Animation: Ein Rig erstellen – Das Joint-Werkzeug

Wir haben nun bereits sehr viele Komponenten besprochen, die zum Aufbau eines so genannten Rigs benötigt werden. Dafür werden vor allem Joints eingesetzt, die als Gelenke und Knochen in die 3D-Figur eingesetzt werden. Über IK-Tags oder IK-Spline-Tags können wir externe Objekte mit Ausrichtungen oder Positionen von Joints verknüpfen, um deren Pose natürlicher steuern zu können. Constraints können zusätzlich helfen, Beziehungen zwischen den Objekten zu erstellen oder deren Beweglichkeit einzuschränken. Da alle diese Objekte und Werkzeuge immer wiederkehrende Komponenten von Rigs sind, existieren Hilfswerkzeuge, mit denen die Erstellung von Joints und IK-Beziehungen vereinfacht werden können. Wir werden uns daher in diesem Abschnitt speziell mit den Werkzeugen des Charakter-Menüs beschäftigen, die den Aufbau eines Rigs einfacher machen können. Los geht es dabei mit dem Joint-Werkzeug.

Sie finden das Joint-Werkzeug im Charakter-Menü von Cinema 4D. Gedacht ist es dafür, möglichst schnell und einfach mehrere Joints durch einfache Klicks in die Editoransichten erzeugen zu können. Dabei werden diese Joints automatisch in der Reihenfolge der Klicks auch in einer Hierarchie geordnet. Zudem stellt das Werkzeug die gleichen Optionen zur Verfügung. die wir bereits an den Joint-Objekten besprochen hatten, wie z. B. eine Symmetrie-Funktion, um nur die Joints auf einer Seite des Körpers erstellen zu müssen.

Bevor wir mit der Benutzung des Werkzeugs loslegen, werfen wir nach dessen Auswahl einen kurzen Blick in den Attribute-Manager. Hier finden wir viele Optionen wieder, die wir bereits an den Joints besprochen hatten. Ich denke, wir müssen daher nicht alles erneut in der vollen Tiefe besprechen. Bitte bei Unsicherheiten einfach am Anfang dieses Kapitels zum Thema Joint-Objekte nachlesen. Wie in Abbildung 6.67 zu erkennen geht es los mit dem Bone-Menü, über das Sie die Richtung der Bones, also der Verbindungen zwischen den Joints vorgeben können. Daran orientieren sich später auch die Wichtungen, mit denen Sie die Punkte Ihres Objekts an die Bones knüpfen können. In der Regel entspricht die Voreinstellung Zum Unterobjekt dem gängigen Schema. Daraus resultiert, dass die jeweils letzten Joints einer hierarchischen Kette für die Wichtung der Geometrie später keine Bedeutung haben. Das Joint-Objekt des Ellenbogens erhält dann also die Wichtungen des Unterarms, der Joint am Handgelenk die Wichtungen der Hand usw.

Animation in Cinema 4D - Dialog des Joint-Werkzeugs

Abbildung 6.67: Dialog des Joint-Werkzeugs

Mit Bone Vom Überobjekt dreht sich diese Laufrichtung der Bones zwischen den Joints um. Das Joint-Objekt im Ellenbogen einer Figur ist dann für die Geometrie am Oberarm zuständig, das Joint am Handgelenk für die Wichtungen am Unterarm. Schließlich ist bei Bone Achse die Richtung der Bones nicht länger von der direkten Verbindungslinie zwischen den gruppierten Joints abhängig, sondern orientiert sich nur noch an der lokalen Z-Achse der Joints. Werden Joints also nachträglich verschoben, aktualisieren sich dadurch die Bones nicht länger. Dieser Modus ist eher speziell und macht die Nachbearbeitung der Joints und Bones unnötig kompliziert.

Die Größe der Bones kann ebenfalls vorgegeben werden. Bei Größe Länge passt sich die Länge der Bones an die Abstände zwischen den gruppierten Joints an. Mit Größe Benutzerdefiniert kann der Benutzerdefiniert-Zahlenwert verwendet werden, um eine eigene Größe einzustellen.

In jedem Fall hat die Größe der Bones nichts mit deren Funktion zu tun, sondern bezieht sich nur auf deren Umfang in der Editor-Darstellung. Ist die Option Root-Null-Objekt aktiv, wird jeder neu gezeichneten Joint-Kette automatisch ein Null-Objekt übergeordnet. Dies hat auch keinen funktionalen Nutzen, sondern führt nur dazu, dass sich die Position und Drehung des jeweils obersten Joints leichter wieder zurücksetzen lassen, indem dessen lokale Position und Drehung einfach auf Null gestellt wird. In vielen Fällen kann diese Aufgabe aber auch von eingefrorenen Transformationen übernommen werden. Ich persönlich schalte diese Option daher oft aus, bevor ich mit dem Zeichnen von Joints beginne. Die Option für Achse ausrichten ist jedoch wieder sehr hilfreich, denn sie sorgt dafür, dass sich standardmäßig die Z-Achse der Joints auf den jeweils nächsten Joint ausrichtet. Ganz darauf verlassen dürfen wir uns jedoch auch nicht, denn diese Ausrichtung wird nur so lange überwacht, wie das Joint-Werkzeug aktiv ist. Werden anschließend Joints z. B. mit dem Verschieben-Werkzeug neu positioniert, bleibt dabei ihre letzte Ausrichtung erhalten. Wir werden daher später noch ein spezielles Joint-Ausrichten-Werkzeug kennen lernen. Zudem hatten Sie ja schon gesehen, dass auch die Joint-Objekte selbst über eine Ausrichten-Schaltfläche verfügen, die in solchen Situationen genutzt werden kann.

Bereits beim Erstellen von Joints kann auch eine IK-Kette definiert werden. Dazu muss das Menü für IK-Kette auf 2D, 3D oder Spline eingestellt werden. Bei Keine werden keine IK-Tags oder Anfasser erstellt. Die Unterschiede zwischen IK-Lösung 2D und IK-Lösung 3D, sowie die Funktion eines IK-Spline-Tags haben wir bereits ausführlich in den Abschnitten zum IK-Tag und dem IK-Spline-Tag gesprochen. Lesen sie dort bitte bei Bedarf nach, was es damit auf sich hat. Die Funktion der IK-Kette 2D oder 3D führt jeweils dazu, dass bereits der erste gesetzte Joint über ein IK-Tag verfügt und gleichzeitig ein Null-Objekt als Anfasser erstellt und im IK-Tag als Ziel eingetragen wird. Dessen Position wird mit jedem neuen Joint-Objekt aktualisiert. Das Ziel-Null-Objekt liegt somit immer am Ende der Joint-Kette. Wird dann das Joint-Werkzeug z. B. durch die Auswahl des Verschieben-Werkzeugs beendet, trägt das Joint-Werkzeug als letzte Aktion noch den zuletzt erstellen Joint als Ende-Objekt in das IK-Tag ein. Diese Joint-Kette kann anschließend direkt über das Ziel-Null-Objekt animiert werden. Die Erstellung einer Joint-Kette mit mehreren Zielen und IK-Tags ist auf diesem Wege jedoch etwas mühsam. Wir werden daher gleich noch eine andere Funktion kennen lernen, mit der die nachträgliche Zuweisung von IK-Tags noch einfacher zu haben ist (Charakter > Befehle > IK-Kette erzeugen).

Benutzen Sie IK-Kette Spline entsteht am zuerst erzeugten Joint-Objekt ein IK-Spline-Tag. Zudem wird automatisch ein neues Spline-Objekt erstellt, dem für jeden neu erzeugten Joint ein entsprechend platzierter Punkt hinzugefügt wird. Dieser Spline wird automatisch als Spline im IK-Spline-Tag eingetragen. Auch hier ist es wieder so, dass nach einem Werkzeugwechsel automatisch der zuletzt gesetzte Joint als Ende in das IK-Spline-Tag eingetragen wird. Sie erhalten also einen Spline, der so viele Punkte enthält wie die erzeugte Hierarchie Joint-Objekt zählt. Die dazu passenden Anfasser für die Spline-Punkte müssen Sie jedoch manuell über das IK-Spline-Tag erstellen. Dies gibt Ihnen jedoch auch die Möglichkeit, die Interpolationsart und die Punktanzahl am Spline noch nachträglich zu editieren. Ansonsten hatten wir ja bereits über Befehle gesprochen, mit denen sich auch nachträglich noch aus einer bereits erstellten Joint-Kette ein Spline für das IK-Spline-Tag erzeugen lässt (Charakter > Konvertieren > Joints zu Spline). Haben Sie IK-Kette 2D oder 3D gewählt, kann optional auch ein Polvektor erzeugt werden. Wie Sie bereits aus der Besprechung des IK-Tags wissen, kann darüber die Rotation der Joints um ihre Längsachse oder aber die 2D-IK-Ebene definiert werden.

Animation in Cinema 4D - Projektion von Joints in das Volumen einer Geometrie

Abbildung 6.68: Projektion von Joints in das Volumen einer Geometrie

Auch hier entsteht mit Polvektor-Null-Objekt automatisch ein zusätzliches Null-Objekt sobald der erste Joint einer neuen Hierarchie erstellt wird. Dieses Null-Objekt wird an der Position des zweiten Joints der Kette platziert und im IK-Tag nach einem Werkzeugwechsel direkt als Polvektor eingetragen. In der Regel muss also zumindest die Position dieses Null-Objekts nachträglich von Hand editiert werden, damit es z. B. vor einem Bein liegt und somit die Knickrichtung des Knies korrekt vorgeben kann.

Schließlich ist die Option für die Projektion wieder sehr interessant, wenn Sie bereits eine Figur modelliert haben, auf die Sie die Joint-Positionen abstimmen möchten. Dies dürfte die normale Vorgehensweise sein, damit eine Joint-Hierarchie nach der Erstellung nicht ein zweites Mal an eine Geometrie angepasst werden muss. Wenn Sie also das Joint-Werkzeug benutzen, um die Joints direkt auf oder besser in eine Figur zu legen, kann die Option für Projektion dabei sehr helfen. Bei jedem neu erzeugten Joint-Objekt wird dessen Position automatisch so korrigiert, dass diese in der Mitte der darunter liegenden Geometrie liegt. Diese Berechnung hängt dabei vom Blickwinkel und somit von der Editoransicht ab, in der Sie die Joints erstellen. Normalerweise wird die Wirbelsäule in der seitlichen Ansicht gesetzt, wobei die Arme und Beine in der frontalen Editoransicht platziert werden. Sinnvoll ist die Verwendung von Projektion immer dann, wenn Ihre 3D-Figur hauptsächlich aus einer durchgehenden Polygonhülle besteht, die z. B. die Haut darstellt. Ist die Figur aus mehreren Einzelobjekten kombiniert zusammengestellt worden, kann die Projektion nicht immer präzise die Mitte eines Geometrie-Querschnitts ermitteln. Gleiches gilt für den Fall, wenn sich in der gewählten Blickrichtung mehrere Bereiche der Figur überlappen. Dann können manuelle Korrekturen nötig werden, was aber auch kein Problem darstellt. In Abbildung 6.68 sehen Sie einen typischen Anwendungsfall. Dort habe ich die drei Joints für die Schulter, den Ellenbogen und das Handgelenk in der frontalen Editoransicht gesetzt. Dabei war Projektion aktiv. Die rechts daneben eingeblendete seitliche Editoransicht beweist, dass die Joints automatisch auch passend entlang der Z-Achse platziert wurden, um der leichten Beugung im Ellenbogen und der Verjüngung des Querschnitts am Handgelenk zu folgen. In den seltensten Fällen wir es gelingen, die Joints bereits zum Zeitpunkt ihrer Erstellung an der gewünschten Position zu platzieren. Oft werden die Joints nachträglich noch verschoben und deren Bones in ihrer Länge angepasst. Dafür bietet das Joint-Werkzeug ebenfalls einen einfachen Verschiebe-Modus an.

Animation in Cinema 4D - Optionale Hervorhebung von Joints in der Nähe des Mauszeigers

Abbildung 6.69: Optionale Hervorhebung von Joints in der Nähe des Mauszeigers

Dabei kann die Tweak- bzw. Justieren-Funktionalität von Cinema 4D benutzt werden, wir können also ohne vorherige Selektion eines Joints diesen einfach mit der Maus greifen und neu platzieren. Damit wir uns dabei sicher sein können, den richtigen Joint zu verschieben, werden die Joints im Einflussbereich des Mauszeigers optisch hervorgehoben. Sie finden dazu Optionen in der Darstellung-Rubrik des Joint-Werkzeugs. Die Abbildung 6.69 gibt Ihnen dazu wieder ein einfaches Beispiel. Dort wurden zuerst drei Joints mit dem Joint-Werkzeug erstellt, die nun noch etwas in ihrer Lage korrigiert werden sollen. Wie ganz links in der Abbildung zu erkennen, können wir dazu das Bone unter dem Mauszeiger etwas heller darstellen lassen und auch mit einem orangefarbenen Um-Quader versehen. Dafür stehen die beiden Optionen Hervorhebung und Quader. Quader mag bei der Verschiebung von Bones oder deren Joints nicht unbedingt notwendig sein, denn die Hervorhebung ist deutlich sichtbar. Wenn es sich jedoch um das End-Joint einer Kette handelt kann Quader wiederum nützlich sein, denn diese Joints werden standardmäßig nur als gelbe Kreise angezeigt. Die zusätzlichen Ecken machen eindeutig klar, dass dieses Joint-Objekt nun von der Maus gegriffen wird.

Symmetrie-Optionen

Bei der Erzeugung von Joints können wir auch auf Symmetrie zurückgreifen. Diese kommt uns besonders bei der Erstellung von Arm- oder Bein-Joints entgegen, die ja in der Regel auf der linken und der rechten Körperhälfte identisch angeordnet werden. Wir hatten eine dazu identische Funktion bereits an den Joint-Objekten selbst entdeckt und besprochen. Das Joint-Werkzeug greift daher nur auf diese Funktionen zurück. Über das Symmetrie-Menü legen Sie fest ob Sie überhaupt Symmetrie benötigen und welcher Art diese sein soll. Bei Symmetrie Keine entfällt eine symmetrische Erzeugung von Joints. Dies ist in der Regel der richtige Modus z. B. für die Erstellung einer Wirbelsäule samt Hals und Kopf. Mit Symmetrie Zeichnen wird mit jedem neu erstellen Joint-Objekt automatisch ein zweites Joint-Objekt in einer separaten Hierarchie erzeugt. Dieses Joint-Paar verhält sich fortan symmetrisch zu der Ebene und dem Ursprung-Bezugssystem, das Sie in den entsprechenden Menüs zuvor definiert haben. Zur Wahl stehen hier als Ursprung das Welt-System, das Root-Objekt, ein übergeordnetes Joint-Objekt mit aktiver Drehpunkt-Option, das direkte Überobjekt dieser Joint-Kette und ein beliebiges Objekt der Szene, das Sie in einem separaten Objekt-Feld im Joint-Werkzeug zuweisen können.

Diese Optionen wurden allesamt bereits bei der Vorstellung der Joint-Objekte und deren Symmetrie-Einstellungen besprochen. Lesen Sie bitte dort nach, sollte es Unklarheiten geben. Steht Ihre Figur symmetrisch zum Welt-Achsensystem, wählen Sie einfach Ursprung Welt aus und definieren dann über die Ebene, welches Achsenpaar der Welt als Spiegel für die Symmetrie fungieren soll. Blickt Sie Ihre Figur frontal in der XY-Editoransicht an, so wäre Ebene Welt-YZ eine gute Wahl. Dies dürfte der Normalfall sein. Wird das Joint-Werkzeug beendet, ist damit jedoch auch die Symmetrie-Funktion nicht länger aktiv. Verändern Sie dann die Joints auf einer Körperhälfte, folgen die Joints der jeweils anderen Seite nicht länger mit. Dies lässt sich vermeiden, wenn Sie im Joint-Werkzeug Symmetrie Link verwenden. Dann werden die entsprechenden Joints direkt über deren eigene Symmetrie-Einstellungen miteinander verknüpft. Zum Animieren sollten Sie diese Symmetrie der Joint-Objekte dann jedoch spätestens wieder ausschalten. Dazu reichen das Selektieren der rötlich dargestellten Symmetrie-Joints und das Ausschalten der Aktivieren-Option in deren Symmetrie-Einstellungen aus. Bedenken Sie bei der Zeichnen-Symmetrie, dass die Ausrichtung der Joints ggf. später noch einmal überprüft und ggf. manuell korrigiert werden muss. Die Symmetrie ist nur solange aktiv, wie das Joint-Werkzeug benutzt wird.

Die Modifikatoren

In dieser Rubrik geht es nur darum, welche Tastenkürzel mit Sonderfunktionen des Joint-Werkzeugs belegt werden sollen. Die Voreinstellungen sollten in den meisten Fällen bereits gut gewählt sein. Dennoch macht es natürlich Sinn, sich alle Optionen zumindest kurz anzusehen. Mit dem Begriff Standard ist ein einfacher Mausklick der linken Maustaste in den Editor gemeint bzw. das Ziehen eines Objekts mit gehaltener linker Maustaste. Die Vorgabe dafür nennt sich Verschieben und entspricht damit dem normalen Verschieben-Werkzeug. Einen kleinen Unterschied dazu gibt es jedoch, denn dieses Joint-Verschieben bewegt tatsächlich nur das Joint-Objekt, das mit der Maus angeklickt wurde. Eventuell bereits darunter gruppierte Joints bleiben unbewegt stehen. Dies ist sehr praktisch, wenn nur die Positionen einzelner Joints korrigiert werden sollen. Alle anderen Joints bleiben unabhängig von ihrer hierarchischen Beziehung zum bewegten Joint unbewegt. Bevorzugen Sie die vom Verschieben-Werkzeug bekannte Wirkung, dass immer alle Objekte unter dem bewegten Objekt gleichzeitig mit verschoben werden, wählen Sie stattdessen Kette verschieben aus.

Der Begriff Zeichnen steht für die Erstellung eines neuen Joints. Wählen Sie dies als Standard, so erzeugt jeder Mausklick in die Ansichtsfenster automatisch ein neues Joint-Objekt. Standardmäßig ist diese Funktion bereits im Menü der Steuerung-Taste aktiv. Dies bedeutet, dass Sie zusätzlich zur linken Maustaste auch die Strg/Ctrl-Taste halten müssen, um tatsächlich ein neues Joint-Objekt zu erstellen. Teilen bedeutet, dass Sie mit einem Klick auf eine Strecke zwischen zwei Joints dort einen neuen Joint eingruppieren können. Dieser Joint teilt somit das Bone zwischen diesen Joints. Diese Funktion liegt bereits standardmäßig im Menü der Shift-Taste vor. Ein Shift-Klick auf eine Bone-Verbindung fügt also ein neues Joint-Objekt an dieser Stelle ein. Die Teilung erfolgt dabei nicht automatisch mittig, sondern dort wohin Sie klicken. Ausgerichtet Zeichnen bedeutet, dass alle neu erstellen Joints exakt auf einer Gerade liegen. Die Richtung dieser Gerade geben Sie durch die ersten beiden Joints vor, die Sie in diesem Modus erzeugen. Bei dieser Funktion ist etwas Vorsicht geboten, denn Joints ohne Winkel dazwischen können zu Problemen bei der Kombination mit IK-Tags führen.

Animation in Cinema 4D - Ausgerichtet zeichnen und Quantisiert zeichnen

Abbildung 6.70: Ausgerichtet zeichnen und Quantisiert zeichnen

Ggf. lassen sich derartige Ketten dann nicht mehr an den Joints abknicken oder aber Sie haben keine Kontrolle darüber, zu welcher Richtung ein Abknicken erfolgt. Die besten Ergebnisse erhalten Sie mit IK-Tags wenn die Joints nicht auf einer exakten Geraden liegen. Der letzte mögliche Modus nennt sich Quantisiert zeichnen. Damit sind nur Vielfache von 45° zwischen benachbarten Joints möglich. Die Abbildung 6.70 zeigt Ihnen abschließend noch einmal mögliche Ergebnisse bei der Benutzung von Ausgerichtet zeichnen auf der linken und von Quantisiert zeichnen auf der rechten Bildhälfte. Damit sind bereits alle Optionen dieses Werkzeugs beschrieben. Wählen Sie die für Sie günstigsten Funktionen in den drei Modifikatoren-Menüs des Joint-Werkzeugs aus oder belassen Sie es schlicht bei den Voreinstellungen, die in den meisten Fällen gute Dienste leisten sollten. Schauen wir uns nun also an, wie so ein Rig für eine menschliche Figur aufgebaut sein könnte.

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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