Selbst vor dem Verknüpfen einfacher Hierarchien sollten Sie die Verknüpfungsstrategie kurz durchdenken. Die Verwendbarkeit des Modells hängt von der Wahl des Hierarchiestamms und der Platzierung der Zweige und Blattobjekte ab.
Die Strategie zum Verknüpfen von Objekten zu einer Hierarchie kann in zwei wichtigen Punkten zusammengefasst werden:
- Die Hierarchie bildet eine logische Folge vom übergeordneten zum untergeordneten Objekt.
- Übergeordnete Objekte werden weniger bewegt als ihre untergeordneten Objekte.
Wenn Sie sich an diese zwei Punkte halten, steht Ihnen für die Verknüpfung eine fast unbegrenzte Anzahl an Möglichkeiten zur Verfügung. Überlegen Sie sich zuerst, wie Sie die Hierarchie letztendlich verwenden möchten, und erstellen Sie die Hierarchie dann dementsprechend. Auf diese Weise werden Sie kaum auf Probleme stoßen.
Hierarchieverlauf von übergeordnetem zu untergeordnetem Objekt
Die Verknüpfungen im Hierarchieverlauf sollten in einer logischen Abfolge angeordnet werden und nicht sprunghaft von einem Objekt zum nächsten gehen. Wenn zwei Objekte einander berühren, sollten sie als übergeordnetes und untergeordnetes Objekt miteinander verbunden werden. Es hält Sie nichts davon ab, einen Körper in der Reihenfolge Oberschenkel->Fuß->Unterschenkel->Taille zu verknüpfen. Allerdings würden Sie eine solche Verknüpfungsstrategie später mit Sicherheit bereuen. Bei einer derartigen Verknüpfung lässt sich nur schwer herausfinden, wie Transformationen auf die einzelnen Objekte angewendet werden sollen. Eine logischere Reihenfolge wäre Fuß->Unterschenkel->Oberschenkel->Taille.
Verwenden mehrerer Hierarchien
Anstatt eine einzelne Bone-Kette von der Hüfte bis zum Zeh zu erstellen, können Sie eine Kette von der Hüfte bis zum Knöchel und eine zweite unabhängige Kette von der Ferse bis zum Zeh erstellen. Sie können die Ketten dann miteinander verknüpfen und so eine komplette Beingruppe erstellen.
Da die Bein- und Fußketten miteinander verknüpft sind, können sie als eine Kette betrachtet werden. Dank der Art und Weise, wie Sie sie animieren, wird jedoch jede dieser Ketten separat behandelt, sodass Sie maximale Kontrolle über die Teile haben.
Bei dieser Anordnung von Fuß- und Beinketten ist gewährleistet, dass der Fuß auf dem Boden bleibt, während sich das Bein beugt. Außerdem wird auf diese Weise die unabhängige Steuerung der Fußdrehung mit Drehpunktverlagerung auf die Ferse oder die Zehen ermöglicht, die dann zu einer Beugung des Knies führt.
Übergeordnete Objekte werden weniger bewegt als untergeordnete Objekte
Da alle an einem übergeordneten Objekt vorgenommenen Transformationen an die untergeordneten Objekte weitergegeben werden, müssen Sie nach der Bearbeitung des übergeordneten Objekts eventuell alle untergeordneten Objekte nachbearbeiten. Deswegen sollten Sie als Stammobjekt ein Objekt aussuchen, das voraussichtlich nur sehr selten bewegt wird. Objekte in der Nähe des Stamms sollten ebenfalls selten bewegt werden. Die Blattobjekte sollten sich am meisten bewegen.
Dies gilt vor allem dann, wenn Sie Strukturen mit Gelenken, wie zum Beispiel bei Robotern oder Maschinen, verknüpfen oder wenn Sie die Hierarchie mit inverser Kinematik verwenden möchten.
Die Ausnahme zu dieser Regel tritt dann auf, wenn Sie das Stammobjekt als Haltepunkt verwenden. Alle dem Stammobjekt untergeordneten Objekte werden in diesem Fall im gleichen Maß wie das Stammobjekt bewegt. Stellen Sie sich ein Tablett voller Objekte auf einem Fließband vor. Alle Objekte auf dem Tablett sollten untergeordnete Objekte des Tabletts sein, obwohl das Tablett mehr als alle anderen Objekte bewegt wird.
Wählen des Stamms einer Hierarchie
Welches Objekt sich am besten als Stammobjekt für die Hierarchie eignet, finden Sie heraus, indem Sie sich folgende Frage stellen:
Sollen bei der Verschiebung dieses Objekts alle anderen Objekte in der Hierarchie ebenfalls verschoben werden?
- Ist die Antwort auf diese Frage "fast immer", handelt es sich bei dem Objekt wahrscheinlich um ein übergeordnetes Objekt. Beispiele für diesen Objekttyp sind ein Rumpf, der Lampenfuß und ein Baumstamm.
- Ist die Antwort auf diese Frage "nur selten", dann handelt es sich wahrscheinlich um ein untergeordnetes Objekt. Beispiele für diesen Objekttyp sind Hände, Lampenschirme und Blätter an Bäumen. Wenn Sie z. B. die Hand einer Figur bewegen, sollte sich ihr Torso nicht mit bewegen.
Wenn Sie wissen, welche Objekte als Stammobjekt in Frage kommen, sehen Sie sich diese Objekte genauer an. Anhand folgender Kriterien können Sie feststellen, ob ein Objekt gut für Ihre Hierarchie geeignet ist:
- Das Verschieben des Objekts wirkt sich gewöhnlich entscheidend auf alle anderen Objekte in der Hierarchie aus.
- Umgekehrt gilt, dass das Verschieben anderer Objekte in der Hierarchie meistens keinen Einfluss auf das Stammobjekt hat.
- Das Stammobjekt ist selten animiert und wird vor allem dann bewegt oder gedreht, wenn die Hierarchie an der richtigen Stelle in der Szene platziert werden soll.
- Das Stammobjekt befindet sich an der Stelle des virtuellen Schwerpunkts der Hierarchie oder in dessen Nähe.
Das Objekt, das diesen Anforderungen am besten entspricht, ist das Stammobjekt. Erstellen Sie nun die Hierarchie, indem Sie alle anderen Objekte zu untergeordneten Objekten des Stammobjekts machen.
Verknüpfen von Objekten zur Verwendung der Inversen Kinematik
Bei der inversen Kinematik (IK) wird das untergeordnete Objekt als treibende Kraft für die Animation verwendet. IK ist weniger flexibel und in Bezug auf Berechnungen in hohem Maße von der Verknüpfungsstrategie abhängig.
Beim Verknüpfen von Hierarchien für die Verwendung mit inverser Kinematik müssen Sie zwei zusätzliche Prinzipien berücksichtigen:
- Die Platzierung der Verknüpfungen und Drehpunkte simulieren Gelenkplatzierungen, wie sie auch in Wirklichkeit vorkommen.
- Wählen Sie ein Objekt in der Nähe des Schwerpunkts der Struktur als den Stamm der Hierarchie. In der Realität ist der Schwerpunkt eines Objekts der Punkt, der auf Krafteinwirkungen von außen reagiert.
1 und 2 stellen beide den Stamm der Figuren dar.
Beide Strukturen sind für vorwärtsgerichtete Kinematik geeignet.
Die rechts abgebildete Struktur eignet sich am besten für die meisten Anwendungen der inversen Kinematik.
In der obigen Abbildung werden zwei Verfahren zur Verknüpfung einer Bone-Struktur aufgeführt. Beide Strukturen eignen sich zur Verwendung mit der inversen Kinematik. Die rechts abgebildete Struktur eignet sich jedoch aus folgenden Gründen besser zur Arbeit mit inverser Kinematik:
- Das Stammobjekt befindet sich in der Nähe des Objektschwerpunkts.
- Die Verknüpfungsreihenfolge kommt den Verbindungen eines realen Körpers näher.
Bei der links abgebildeten Struktur sind die Arme und der Rumpf mit dem Hals verknüpft. Bei der rechts abgebildeten Struktur sind die Arme und der Hals mit dem Rumpf verknüpft, was realistischer ist.
Verknüpfen von Objekten nach der Animation
Wenn Sie zwei Objekte miteinander verknüpfen, wird die Beziehung zwischen einem untergeordneten und einem übergeordneten Objekt von der Position, Rotation und Skalierung der beiden Objekte zum Zeitpunkt der Verknüpfung bestimmt.
Stellen Sie sich vor, Sie verknüpfen eine feststehende Kugel mit einem animierten Quader.
- Bei Frame 0 befindet sich der Quader neben der Kugel.
- Bei Frame 50 wurde der Quader um 20 Einheiten von der Kugel weg geschoben.
Ursprüngliche Animation, der Ball ist nicht verknüpft und ist feststehend, während der Quader sich bewegt.
Wenn Sie die Kugel mit dem Quader verknüpfen, wird die Kugel mit dem Quader verschoben. Der Abstand zwischen der Kugel und dem Quader ist davon abhängig, in welchem Frame die Verknüpfung erstellt wurde. Das Verknüpfen der Kugel in verschiedenen Frames hat folgende Auswirkungen:
- Verknüpfung in Frame 0: Die Kugel wird mit dem Quader verschoben.
- Verknüpfung in Frame 50: Die Kugel behält bei der Verschiebung des Quaders einen Abstand von 20 Einheiten bei.
Links: Der in Frame 0 verknüpfte Ball folgt dem Quader an der Seite.
Rechts: Der in Frame 50 verknüpfte Ball folgt dem Quader in einem Abstand von 20 Einheiten.
Aufheben von Objektverknüpfungen nach der Animation
Wenn ein untergeordnetes Objekt gelöst wird, werden seine Transformationen in Frame 0 den Transformationen des übergeordneten Objekts in dem Frame entnommen, in dem die Verknüpfung gelöst wurde.
Stellen Sie sich eine Kugel vor, die mit einem Quader verknüpft ist, der sich um das Zifferblatt einer Uhr bewegt. Der Quader startet bei 12 Uhr und wandert über 100 Frames einmal um das ganze Zifferblatt. Es entsteht das Bild eines Quaders, der sich in einem Kreis mit einer darüber verknüpften Kugel bewegt.
Ursprüngliche Animation, der Ball ist verknüpft und folgt dem animierten Quader.
Wenn Sie die Verknüpfung der Kugel mit dem Quader aufheben, folgt die Kugel den Bewegungen des Quaders nicht mehr. Die Position der Kugel wird von ihrer Position, Rotation oder Skalierung an dem Frame bestimmt, an dem die Verknüpfung gelöst wurde. Das Aufheben der Verknüpfung der Kugel in verschiedenen Frames hat folgende Auswirkungen:
- Aufheben der Verknüpfung bei Frame 0: Die Kugel stoppt bei 12 Uhr.
- Aufheben der Verknüpfung bei Frame 25: Die Kugel stoppt bei 3 Uhr.
- Aufheben der Verknüpfung bei Frame 75: Die Kugel stoppt bei 9 Uhr.
Im Uhrzeigersinn von oben, Position der unverknüpften Kugel in Frame 0, 25 und 75.