正向動(dòng)力學(xué)

forward kinematics 對(duì)于處理諸如行走時(shí)手臂的擺動(dòng)或人轉(zhuǎn)身時(shí)脊柱的旋轉(zhuǎn)之類的自由運(yùn)動(dòng)是非常有效的。對(duì)于 forward kinematics ，主要關(guān)心的是給動(dòng)畫正確建立關(guān)節(jié)，下面就用 joint 工具來(lái)建立一個(gè)人體骨骼。

首先要做的是創(chuàng)建有骨骼的腿部，這需要放置腿、膝和足關(guān)節(jié)。具體操作步驟如下：

(1) 執(zhí)行 skeleton → joint tool 命令，單擊 reset tool 將所有的選項(xiàng)都設(shè)置為默認(rèn)狀態(tài)，然后執(zhí)行 auto joint limits 。

(2) 進(jìn)入側(cè)視圖，按住 x 鍵并單擊關(guān)節(jié)，將它捕捉到柵格上，如圖 13-8 所示。創(chuàng)建完所有的關(guān)節(jié)后，按 enter 鍵完成制作。

提示：

在關(guān)節(jié)創(chuàng)建過(guò)程中的任何時(shí)候，用戶可以用鼠標(biāo)中鍵拖動(dòng)以調(diào)整創(chuàng)建的最后一個(gè)關(guān)節(jié)的位置，或者用向上箭頭鍵回到其他關(guān)節(jié)。注意：如果返回少許幾個(gè)關(guān)節(jié)，并用鼠標(biāo)左鍵單擊的話，就會(huì)在關(guān)節(jié)外得到另一個(gè)關(guān)節(jié)分支。

圖 13-8 創(chuàng)建骨骼

(3) 分別給關(guān)節(jié)命名為 lleg ， lknee 和 lfoot(l 代表左的意思 ) 。現(xiàn)在沒(méi)必要考慮關(guān)節(jié)鏈中的最后一個(gè)關(guān)節(jié)，因?yàn)楝F(xiàn)在還用不上。

(4) 進(jìn)入透視圖，執(zhí)行膝或足關(guān)節(jié)并試著轉(zhuǎn)動(dòng)它，這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)它僅能繞 z 軸旋轉(zhuǎn)，且對(duì) z 旋轉(zhuǎn)還有一個(gè)限制。用 auto joint limit 設(shè)置可以創(chuàng)建一個(gè) hinge 關(guān)節(jié)，這種關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)通過(guò)父關(guān)節(jié)或者說(shuō)該關(guān)節(jié)彎曲不會(huì)超過(guò) 180 度。因此，和膝關(guān)節(jié)一起使用是最好不過(guò)了，如圖 13-9 所示。

如果還要使足繞關(guān)節(jié) x 或 y 軸旋轉(zhuǎn)，可以在 attribute editor 中進(jìn)行設(shè)置。在 joint 欄，設(shè)置 degrees of freedom 為 x 和 y ，繼續(xù)對(duì) z 軸應(yīng)用關(guān)節(jié)限制，除非在 limit information 欄關(guān)閉 rot limit z 設(shè)置。

在創(chuàng)建腿時(shí)一定要注意，創(chuàng)建的骨頭間是傾斜的，而不是一條直線。因?yàn)椋诠穷^之間的角度決定了骨頭彎曲的方式。另外，在 maya 中默認(rèn)的關(guān)節(jié)方向是由該關(guān)節(jié)與其子關(guān)節(jié)的關(guān)系決定的。是指創(chuàng)建一個(gè)關(guān)節(jié)時(shí)，局部坐標(biāo)的 x 軸沿著骨頭方向， y 軸指向彎曲方向， z 軸垂直于彎曲方向。執(zhí)行 display → components object → local rotation axes 命令，可以顯示出一個(gè)關(guān)節(jié)的局部旋轉(zhuǎn)軸，如圖 13-10 所示。

圖 13-9 旋轉(zhuǎn)骨骼 圖 13-10 局部旋轉(zhuǎn)軸

當(dāng)用默認(rèn)設(shè)置創(chuàng)建一個(gè)關(guān)節(jié)時(shí)， z 軸旋轉(zhuǎn)方向始終是指向彎曲骨頭的方向， y 軸旋轉(zhuǎn)方向就是骨頭從一邊到另一邊的旋轉(zhuǎn)方向。這樣，執(zhí)行要?jiǎng)?chuàng)建關(guān)節(jié)的窗口就非常重要了，因此應(yīng)指出要使骨頭如何彎曲，然后相應(yīng)地在正確的窗口中創(chuàng)建這些骨頭。例如，模型面向前視圖，則可以在側(cè)視圖中創(chuàng)建脊椎和腿。這樣，當(dāng)創(chuàng)建其他的骨骼時(shí)，就可以在不同的窗口觀察創(chuàng)建關(guān)節(jié)的示例。

移動(dòng)和鏡像關(guān)節(jié)

用戶可以使用 move 工具移動(dòng)創(chuàng)建的關(guān)節(jié)。如果執(zhí)行一個(gè)關(guān)節(jié)并用 move 工具移動(dòng)它，該關(guān)節(jié)層級(jí)下的關(guān)節(jié)也會(huì)一起移動(dòng)。如果執(zhí)行 move 工具，然后按 insert 鍵顯示軸心點(diǎn)控制器并移動(dòng)該軸心點(diǎn)，則只要移動(dòng)該執(zhí)行的關(guān)節(jié)即可以。當(dāng)然也可以使用 maya 的 skeleton 菜單中的其他工具來(lái)編輯創(chuàng)建的關(guān)節(jié)，通過(guò)插入、刪除、連接和斷開(kāi)關(guān)節(jié) —— 甚至重新創(chuàng)建關(guān)節(jié)。

下面用鏡像來(lái)創(chuàng)建另一條腿，因?yàn)殛P(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)與一般物體節(jié)點(diǎn)有區(qū)別，所以需要使用 mirror joint 功能對(duì)稱地復(fù)制右腿，其具體操作步驟如下。

(1) 將腿層級(jí)移動(dòng)到 (2 ， 0 ， 0) ，然后執(zhí)行 skeleton → mirror joint 命令。執(zhí)行 yz 作為設(shè)置，并單擊 mirror 。

(2) 試試同時(shí)旋轉(zhuǎn)左、右膝蓋，這兩個(gè)膝蓋會(huì)像彼此的鏡像圖像一樣旋轉(zhuǎn)，如圖 13-11 所示。

(3) 將被鏡像的關(guān)節(jié)命名為 rleg 、 rknee 和 rfoot 。

在鏡像關(guān)節(jié)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的限制信息應(yīng)該也拷貝到被鏡像的關(guān)節(jié)上，但用戶也許會(huì)發(fā)現(xiàn)它們并未被激活。如果出現(xiàn)這種情況，可以選擇 attribute editor 并激活它們 ( 在那里有這些數(shù)字信息 ) 。如果有一些 rotate 域是灰色的但關(guān)節(jié)仍可以旋轉(zhuǎn)，那么可以在 degree of freedom 框中雙擊鼠標(biāo)左鍵以解鎖。

圖 13-11 同時(shí)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)骨骼

如果發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)鏡像得不對(duì)，可以在另一個(gè)關(guān)節(jié)下把它們編成組，先鏡像它們?nèi)缓笤俳馍⑺鼈儭?

建立人體其余的骨骼

下面是增加脊椎和肩部關(guān)節(jié)層級(jí)的方法，具體操作步驟如下：

(1) 進(jìn)入側(cè)視圖，用默認(rèn)的 joint tool 選項(xiàng)設(shè)置創(chuàng)建脊椎鏈，如圖 13-12 所示。脊椎關(guān)節(jié)需要的是 ball 關(guān)節(jié)形式。在頂視圖中創(chuàng)建左肩骨骼鏈，如圖 13-13 所示 ( 記住現(xiàn)在創(chuàng)建的是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的骨骼 ) 。

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