Antes de começar a vinculação de qualquer hierarquia, exceto a mais simples, você deve reservar alguns minutos para planejar sua estratégia de vinculação. Suas escolhas da raiz da hierarquia e a forma como as ramificações crescem para fora dos objetos de folha terão efeitos importantes na usabilidade de seu modelo.
A estratégia inerente à vinculação de objetos em uma hierarquia pode ser reduzida a dois princípios básicos:
- A hierarquia segue uma progressão lógica de pai para filho.
- Os objetos pai movem-se menos que seus descendentes.
Entre esses dois princípios, você tem flexibilidade quase ilimitada quanto à forma como vincula seus objetos. Se pensar como deseja usar a hierarquia e vinculá-la com esse uso em mente, você raramente terá um problema.
Progressão de pai para filho
A progressão de pai para filho significa que os vínculos não saltam aleatoriamente de objeto para objeto. Se dois objetos se tocarem, eles provavelmente devem ser vinculados como pai e filho. Não há nada que impeça a vinculação de um corpo na ordem de: Coxa->Pé->Tíbia->Cintura. Você provavelmente iria se arrepender dessa estratégia de vinculação mais tarde. O esforço para descobrir como transformar objetos vinculados de forma tão estranha seria muito difícil. Uma progressão mais lógica seria Pé->Tíbia->Coxa->Cintura.
Usar várias hierarquias
Em vez de criar uma cadeia de um único osso desde uma anca até um dedo do pé, é possível criar uma cadeia desde a anca ao tornozelo e, em seguida, uma segunda cadeia independente do calcanhar até ao dedo do pé. É possível vincular as cadeias para formar uma montagem completa de perna.
Visto que estão vinculadas, as cadeias da perna e do pé podem ser consideradas como uma única cadeia. No entanto, a forma como você as anima trata cada cadeia separadamente, permitindo um controle preciso das partes.
Com esse tipo de disposição nas cadeias da perna e do pé, o pé pode permanecer no chão enquanto a perna se dobra. Isso também permite o controle independente da rotação do pé, girando sobre o calcanhar ou o dedo do pé, o que faz com que o joelho se dobre.
Os pais movem-se menos que os descendentes
Devido à forma como as transformações são herdadas de pai para filho, pequenos ajustes em um objeto pai podem requerer o ajuste de todos os seus descendentes. A abordagem típica para vincular é escolher como objeto raiz o objeto que se move menos. Os objetos próximos da raiz devem se mover muito pouco e os objetos de folha devem se mover mais.
Isso ocorre especialmente quando você está vinculando estruturas articuladas, como robôs ou máquinas, ou quando deseja usar a hierarquia com cinemática inversa.
Uma exceção a essa regra ocorre quando você está usando o objeto raiz como um manipulador. Todos os descendentes da raiz apenas "seguem a corrente". Considere uma bandeja repleta de objetos viajando em uma esteira rolante. Todos os objetos devem ser filhos da bandeja, mesmo que a bandeja se mova muito mais do que qualquer outro objeto.
Escolher a raiz de uma hierarquia
É possível encontrar o melhor candidato para a raiz da hierarquia colocando a seguinte pergunta:
Se eu mover este objeto, será que todos os outros objetos da hierarquia devem se mover com ele?
- Se a resposta for quase sempre, então você está observando um candidato provável para o objeto raiz. Exemplos desse tipo de objeto são um tronco de uma pessoa, a base de uma lâmpada e um tronco de uma árvore.
- Se a resposta for não frequentemente, então você está provavelmente observando um objeto filho. Exemplos desse tipo de objeto são mãos, sombras de lâmpada e folhas de árvore. Se você mover a mão de um personagem, por exemplo, seu tronco não se deverá mover.
Assim que você tiver alguns candidatos para o objeto raiz, será possível examiná-los com mais detalhe. Use estes critérios para determinar um bom objeto raiz para sua hierarquia:
- Mover o objeto raiz tem, normalmente, um grande efeito em todos os outros objetos da hierarquia.
- Por outro lado, o objeto raiz não costuma ser afetado pelo movimento dos outros objetos da hierarquia.
- O objeto raiz raramente é animado e é movido ou girado principalmente para colocar a hierarquia no local correto na cena.
- O objeto raiz está no centro virtual de massa da hierarquia ou próximo do mesmo.
O objeto que melhor cumprir esses critérios é o objeto raiz. Em seguida, você cria sua hierarquia com todos os outros objetos como descendentes desse objeto raiz.
Vincular objetos para cinemática inversa
A cinemática inversa usa o objeto filho como a força motriz da animação. A cinemática inversa é menos complacente e altamente dependente da estratégia de vinculação para executar cálculos.
É necessário considerar mais dois princípios ao vincular hierarquias para uso com a cinemática inversa:
- Os vínculos e o posicionamento do giro simulam as localizações reais das articulações.
- Escolha um objeto próximo do centro de massa da estrutura, ou do centro de gravidade, como a raiz da hierarquia. O centro de massa no mundo real é o ponto em um objeto sobre o qual são aplicadas reações a forças externas.
1 e 2 representam a raiz dos personagens.
Ambas as estruturas são adequadas para cinemática direta.
A estrutura à direita é melhor para grande parte da cinemática inversa.
A figura acima mostra duas abordagens à vinculação de uma estrutura de esqueleto. Cada estrutura é adequada para trabalhar com cinemática direta. No entanto, a estrutura à direita é a melhor escolha para trabalhar com cinemática inversa.
- O objeto raiz está localizado próximo do centro de massa do corpo.
- A ordem de vinculação simula mais de perto as conexões de um corpo real.
A estrutura à esquerda tem os braços e o tronco vinculados ao pescoço. A estrutura à direita vincula os braços e o pescoço ao tronco, uma abordagem mais realista.
Vincular objetos depois da animação
Quando você vincula um objeto a outro, a relação de vinculação entre o filho e seu pai é determinada pela posição, rotação e escala dos objetos pai e filho quando o vínculo é feito.
Imagine a vinculação de uma esfera fixa a uma caixa animada.
- No quadro 0, a caixa está ao lado da esfera.
- No quadro 50, a caixa está 20 unidades afastada.
Animação original, com a bola desvinculada e imóvel enquanto a caixa se move.
Vincular a esfera à caixa faz com que a esfera se mova com a caixa. A distância entre a esfera e a caixa depende do quadro em que o vínculo é feito. Vincular a esfera em diferentes quadros tem os seguintes efeitos:
- Vínculo no quadro 0 e a esfera permanece junto à caixa à medida que ela se move.
- Vínculo no quadro 50 e a esfera permanece a uma distância de 20 unidades da caixa à medida que ela se move.
Esquerda: a esfera vinculada no quadro 0 segue a caixa lateralmente.
Direita: a esfera vinculada no quadro 50 segue a caixa a uma distância de 20 unidades.
Desvincular objetos depois da animação
Quando você desvincula um filho, as respectivas transformações do quadro 0 são obtidas a partir das transformações de seu pai no quadro quando o vínculo é removido.
Imagine uma esfera vinculada a uma caixa se movendo ao redor da face de um relógio. A caixa começa às 12 horas e é movida ao redor da face sobre 100 quadros. A figura mostra uma caixa se movendo em um círculo com uma esfera vinculada acima dela.
Animação original, com a bola vinculada para seguir a caixa animada.
Se você desvincular a esfera, ela para de seguir a caixa. A posição da esfera depende de sua posição, rotação ou escala no quadro em que o vínculo é removido. Desvincular a esfera em diferentes quadros tem os seguintes efeitos:
- Desvínculo no quadro 0 e a esfera permanece às 12 horas.
- Desvínculo no quadro 25 e a esfera para às 3 horas.
- Desvínculo no quadro 75 e a esfera para às 9 horas.
Em sentido horário a partir do topo, posição da esfera desvinculada no quadro 0, 25 e 75, respectivamente.