3ds max高級(jí)教程：創(chuàng)建帶有骨骼動(dòng)畫的機(jī)器人模型

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然而，下面我們示例機(jī)器人腿的第一個(gè)版本不是很現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樗鼤?huì)像沒有肌肉的骨骼結(jié)構(gòu)一樣坍塌。在第二個(gè)版本中，我們將添加一些機(jī)器人“肌肉”，第三個(gè)版本將包括軟管。點(diǎn)擊部分圖片下方的下載鏈接，下載相應(yīng)場景。

當(dāng)裝配人的腿時(shí)，當(dāng)膝蓋彎曲時(shí)，網(wǎng)格會(huì)變形，將頂點(diǎn)在一側(cè)彼此推開，在另一側(cè)相互靠近。這是通過使用將網(wǎng)格的頂點(diǎn)綁定到骨骼的皮膚修改器來實(shí)現(xiàn)的。頂點(diǎn)的顏色表示權(quán)重值，該值決定了移動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)這些頂點(diǎn)的影響程度。紅色頂點(diǎn)代表最剛性的部分。

機(jī)器人通常由金屬、塑料或其他一些不會(huì)變形的堅(jiān)硬和剛性材料制成。下圖顯示了構(gòu)成示例腿基礎(chǔ)的五個(gè)對(duì)象。

像往常一樣，我必須注意，以下內(nèi)容只是執(zhí)行此操作的一種方式，這并不一定意味著它是方法（我們稍后實(shí)際上會(huì)展示另一種方式）。下面的圖3a顯示了構(gòu)成這條腿的物體的（未平滑）線框。單擊它下面的鏈接下載場景，或者通過單擊圖片 3h 下面的鏈接下載包括骨骼在內(nèi)的場景，或者如果您現(xiàn)在不想實(shí)際做任何這些，只需觀看圖片。

上圖中的紅點(diǎn)表示對(duì)象的樞軸。在您可以下載的場景中，我已經(jīng)將它們移動(dòng)到了正確的位置。UpperLeg的樞軸與Cylinder01的樞軸位于完全相同的位置，LowerLeg的樞軸與Cylinder02的樞軸位于同一位置。切換到頂視圖時(shí)，它們都對(duì)齊。您添加的骨骼必須準(zhǔn)確地在這些樞軸點(diǎn)開始或結(jié)束。

確保骨骼正確定位的一種方法是捕捉樞軸。使用此方法時(shí)，從頂部查看時(shí)，所有樞軸對(duì)齊也很重要。如果您的機(jī)器人中它們不是，并且對(duì)齊它們太復(fù)雜或太困難，您可以跳過以下捕捉設(shè)置，只需繪制骨骼，將它們?nèi)窟x中并將它們移動(dòng)到腿的中心（頂視圖）。要使用捕捉設(shè)置，請(qǐng)右鍵單擊主工具欄上的捕捉切換按鈕，然后選擇樞軸并在必要時(shí)清除其他按鈕（見圖 3b）?，F(xiàn)在點(diǎn)擊 捕捉 再次切換按鈕（用鼠標(biāo)左鍵）啟用它。

單擊命令面板的“創(chuàng)建”選項(xiàng)卡上“系統(tǒng)”部分中的“骨骼”按鈕，如下圖所示 3c。選擇“樣條線IKSolver”作為“IK 求解器”并啟用“分配給子級(jí)”（如果您愿意，可以使用其他 IK 規(guī)劃求解器，也可以根本不使用任何規(guī)劃求解）。

現(xiàn)在，通過單擊圖 1d 中顯示的點(diǎn) 2、3 和 3 繪制骨骼，然后右鍵單擊視口中的任意位置以停止。點(diǎn) 1、2 和 3 是柱面 01、柱面 02 和柱面 03 的樞軸點(diǎn)。

當(dāng)下面圖 3e 所示的樣條曲線 IK 求解器對(duì)話框打開時(shí)，只需單擊“確定”。

現(xiàn)在，在將骨骼連接到腿部之前，您應(yīng)該確保骨骼的樞軸正確定位在四肢的樞軸上，我們添加的樣條曲線 IK 求解器會(huì)稍微移動(dòng)它們。要移動(dòng)骨骼的樞軸，請(qǐng)單擊命令面板的“層次結(jié)構(gòu)”選項(xiàng)卡上的“僅影響樞軸”按鈕，然后禁用命令面板的“運(yùn)動(dòng)”選項(xiàng)卡上的“已啟用”按鈕。

然后選擇骨骼的樞軸并將其移動(dòng)到正確的位置。確保放大并將其準(zhǔn)確地放置在四肢樞軸的中心。您可能還希望首先通過再次單擊“對(duì)齊”切換按鈕來禁用對(duì)齊到****設(shè)置。如果由于某種原因您無法將它們放在正確的位置，則無需繼續(xù)，因?yàn)檎麄€(gè)設(shè)置取決于樞軸的位置。

當(dāng)您確定樞軸位置正確時(shí)，選擇 Cylinder01 并將其鏈接到 UpperLeg。選擇“圓柱 02”并將其鏈接到“小腿”，并選擇“圓柱 03”并將其鏈接到“小腿”。要將一個(gè)對(duì)象鏈接到另一個(gè)對(duì)象，請(qǐng)單擊主工具欄上的“選擇并鏈接”按鈕，選擇要鏈接的對(duì)象，然后拖動(dòng)到要鏈接到的對(duì)象。如果操作正確，您鏈接到的對(duì)象將閃爍一次白色。

我們將使用相同的選擇和鏈接方法將對(duì)象鏈接到骨骼，而不是使用 Skin 修改器。將大腿鏈接到上骨骼，并將小腿鏈接到下骨骼。

完成上述所有操作或使用下面的鏈接下載包括骨骼在內(nèi)的場景后，選擇 IK 鏈或任何點(diǎn)助手并移動(dòng)它。膝關(guān)節(jié)現(xiàn)在應(yīng)如圖3g所示操作，在運(yùn)動(dòng)過程中沒有任何物體變形。

在我們繼續(xù)這條腿并增加一些肌肉之前，我們將使用另一種方法來裝配這條腿。正如有人善意地向我指出的那樣，沒有絕對(duì)需要使用骨頭.如果你特別不熟悉索具角色或機(jī)器人，你可能想選擇上面討論的骨骼方法，但機(jī)器人通常本身就是一個(gè)骨架，不需要骨骼。3D Studio Max 允許任何對(duì)象像骨骼一樣工作，還允許您將 IK 求解器分配給任何分層對(duì)象集。同樣在這種類型的“骨骼”設(shè)置中，絕對(duì)必須將物體的樞軸置于正確的位置。稍后我們將用一些圖片來說明這一點(diǎn)。

若要使其與前面的示例一起使用（刪除前面的骨骼結(jié)構(gòu)或使用之前下載的場景），并將對(duì)象相互鏈接，如下所示：

氣缸03 -> 小腿 小腿->缸02

氣缸02 -> 大腿

大腿->氣缸01

按主工具欄上的示意圖（打開）按鈕，檢查層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是否正確，如圖 4a 所示。

現(xiàn)在，您需要做的就是向此層次結(jié)構(gòu)添加一個(gè) IK 求解器，使其像機(jī)器人腿一樣工作。您可以使用您喜歡的 IK 求解器，但在本例中，我們將使用獨(dú)立于歷史記錄的求解器。選擇“柱面 03”，從“動(dòng)畫”菜單的“IK 求解器”部分中選擇“HI 求解器”，然后選擇“柱面 01”。要防止將求解器鏈接到 UpperLeg 而不是 Cylinder01，請(qǐng)使用“按名稱選擇”選項(xiàng)，這基本上意味著您應(yīng)該在從菜單中選擇 HI 規(guī)劃求解器后按鍵盤上的 H 鍵，然后從列表中選擇 Cylinder01，而不是在視口中單擊它。

如果您正確執(zhí)行了前面的任務(wù)，則結(jié)果應(yīng)如圖 4b 所示，選擇了 IK 鏈。如果您移動(dòng)IK鏈條，則腿應(yīng)該可以工作。為了使此支腿的動(dòng)畫任務(wù)更加方便，您應(yīng)該將 IK 鏈鏈接到點(diǎn)助手。

可以通過單擊命令面板上“創(chuàng)建”選項(xiàng)卡的“幫助程序”部分中的“點(diǎn)”按鈕，然后單擊視口中的某處來創(chuàng)建點(diǎn)幫助程序，如下面的圖 4b 所示。在這種情況下，我建議你把它放在腿底部的某個(gè)地方。使用前面討論的相同選擇和鏈接方法將 IK 鏈鏈接到點(diǎn)幫助程序，以便可以通過移動(dòng)點(diǎn)幫助程序來對(duì)腿進(jìn)行動(dòng)畫處理。

如果您的機(jī)器人具有復(fù)雜的幾何體，并且對(duì)單個(gè)對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫處理會(huì)大大減慢計(jì)算機(jī)的速度，則可以將 3D Studio Max 配置為將對(duì)象顯示為骨骼。使用前面步驟中的示例腿時(shí)，您應(yīng)該選擇圓柱01、02、03、大腿和小腿，然后從“字符”菜單中選擇骨骼工具。在“骨骼工具”對(duì)話框中啟用“骨骼打開”選項(xiàng)，如下所示。

接下來，打開命令面板上的“顯示”選項(xiàng)卡，向下滾動(dòng)，然后在“鏈接顯示”部分中啟用“顯示鏈接”選項(xiàng)和“鏈接替換對(duì)象”選項(xiàng)。

結(jié)果應(yīng)如下圖所示圖4e。

或者，您可以僅啟用“顯示鏈接”選項(xiàng)，并在“鏈接顯示”部分的正上方啟用“顯示屬性”部分中的“顯示為框”選項(xiàng)。結(jié)果應(yīng)如下圖所示圖4f。

正如我之前提到的，上面示例中使用的腿不是很現(xiàn)實(shí);它需要一些肌肉來使其自動(dòng)移動(dòng)，同時(shí)賦予它一些力量。您可以自行制定機(jī)制，但也可以使用現(xiàn)代現(xiàn)實(shí)世界機(jī)器人中使用的三種主要方法之一：

電動(dòng)機(jī)

對(duì)于上面的示例腿，這將是簡單的出路，因?yàn)槟爸恍枰痹黾酉リP(guān)節(jié)的尺寸并將其修改為如下所示的照片 I 所示，因此電動(dòng)機(jī)可以安裝在里面變得可行。此外，裝配機(jī)器人很容易，因?yàn)槟梢允褂梦覀冎坝懻摰姆椒ㄖ弧?/p>

圖一. 由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)械臂。

液壓/氣動(dòng)/磁性活塞

為機(jī)器人提供動(dòng)力的另一種常用方法是活塞?；钊ㄒ娤旅娴恼掌琁I）基本上由一根進(jìn)入管內(nèi)的金屬棒組成。加壓空氣或油被泵入活塞以推出金屬棒。這通常是機(jī)器人移動(dòng)時(shí)你在這里的聲音。如果你想使它們逼真，你應(yīng)該在上面安裝一根軟管，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人內(nèi)部或上方的壓縮機(jī)。這些液壓或氣動(dòng)活塞比電動(dòng)機(jī)強(qiáng)大得多。較小的活塞可以使用磁力來拉動(dòng)或推動(dòng)金屬棒。后者將連接電線，而不是軟管。

照片二.起重機(jī)由液壓活塞提供動(dòng)力。

圖 5a 和 5b 顯示了我們的第二個(gè)示例腿。它包括一個(gè)由兩個(gè)氣缸組成的活塞，稱為Piston_PA和Piston_PB。兩個(gè)額外的氣缸（P_Axis_A和P_Axis_B）形成活塞部件的軸線。

正如你在下面的圖 5c 中看到的，我們已經(jīng)用兩塊骨頭和一個(gè) IKSplineSolver 裝配了腿。您可以通過單擊圖片下方的鏈接下載場景。

首先，我們將活塞的部件連接到腿上，如下所示：

P_Axis_A -> 大腿 P_Axis_B -> 小腿

Piston_PA -> P_Axis_A

Piston_PB -> P_Axis_B

腿的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)在應(yīng)該與圖 5d 完全相同。

如果我們彎曲膝蓋，例如使用下輔助器（Point3），活塞的兩個(gè)部分將無法正確對(duì)齊，并且會(huì)“斷裂”，如下圖所示5e。

（如果移動(dòng)了支腿，請(qǐng)按使用撤消 （Ctrl-Z） 將其移回其原始位置。

為了確保金屬棒留在管內(nèi)，我們需要使用約束，在本例中為 Look At 約束。與本教程前面的部分一樣，活塞部件樞軸的位置對(duì)于使其工作至關(guān)重要。P_Axis_A和Piston_PA的樞軸完全在同一位置，P_Axis_B和Piston_PB的樞軸也完全相同。我們已經(jīng)在可下載的場景中完成了此操作，方法是選擇在同一軸上具有樞軸的部分，啟用“僅影響樞軸”按鈕（請(qǐng)參閱圖 3f）并使用對(duì)齊工具（在“前”、“上”和“左”視圖上）。

我們需要添加兩個(gè) Look Look T 約束，一個(gè)用于活塞的每個(gè)部分。選擇Piston_PA，然后從動(dòng)畫菜單的約束部分中選擇查看，如下圖 5f 所示。

按鍵盤上的 H 鍵，選擇P_Axis_B，然后單擊“選擇”按鈕。Piston_PA現(xiàn)在改變了方向。要確保它指向原始方向，請(qǐng)啟用命令面板“運(yùn)動(dòng)”選項(xiàng)卡上“參數(shù)”部分的“保持初始偏移”選項(xiàng)，如下圖所示 5g。（添加“查看”約束時(shí)，參數(shù)部分會(huì)自動(dòng)打開。

對(duì)活塞的其他部分重復(fù)此步驟，換句話說：選擇Piston_PB，從動(dòng)畫菜單中選擇查看約束，選擇P_Axis_A作為目標(biāo)（使用 H 按鈕選取它）。同時(shí)再次啟用“保留初始偏移”選項(xiàng)。所以我們所做的是讓活塞的一部分“看”另一部分的軸。方向用藍(lán)線表示。如果選擇輔助器Point03并再次移動(dòng)它，您將看到金屬球棒整齊地滑入管中，如下圖所示5h。

為了使它更逼真，我們需要將管道或軟管連接到液壓或氣動(dòng)活塞上，并且我們需要確保它在腿移動(dòng)時(shí)移動(dòng)和/或彎曲。有很多方法可以做到這一點(diǎn)，但相對(duì)容易的是使用擴(kuò)展的原始軟管。使用軟管原語的優(yōu)點(diǎn)是您不需要安裝它;沒有骨頭，也沒有IK。相反，除了軟管之外，我們還將添加兩個(gè)額外的氣缸，并讓軟管在這些氣缸處開始和結(jié)束。

在下面的圖5i中，您可以看到我們放置兩個(gè)氣缸的位置。左邊的圓柱體鏈接到UpperLeg，另一個(gè)鏈接到Piston_PA。這些氣缸代表軟管的入口點(diǎn)，例如電線的連接器。您可能希望使用比圓柱體更復(fù)雜的東西，但請(qǐng)確保它是一個(gè)單獨(dú)的對(duì)象。

接下來，通過在命令面板的“創(chuàng)建”選項(xiàng)卡上選擇“擴(kuò)展基元”，單擊“軟管”按鈕，然后在任何視口中繪制軟管來創(chuàng)建軟管，如下圖所示 5j。不要擔(dān)心它的大小、位置或形狀。

在命令面板的修改選項(xiàng)卡上，啟用綁定到對(duì)象****。單擊“選取頂部對(duì)象”按鈕，然后單擊左側(cè)圓柱體。單擊“拾取底部對(duì)象”按鈕，然后單擊右側(cè)圓柱體（或使用鍵盤上的 H 鍵）。

根據(jù)我們用于連接軟管的氣缸的方向以及您創(chuàng)建軟管的視口，您可能需要旋轉(zhuǎn)一個(gè)或兩個(gè)氣缸的樞軸。因此，如有必要，請(qǐng)選擇圓柱體，啟用“僅影響樞軸”按鈕（圖片 3f），然后旋轉(zhuǎn)樞軸。當(dāng)您旋轉(zhuǎn)樞軸時(shí)，軟管會(huì)隨之彎曲，因此您可以輕松看到它何時(shí)處于正確的角度。

當(dāng)軟管與氣缸正確對(duì)齊后，再次單擊軟管，在“修改”選項(xiàng)卡上向下滾動(dòng)，然后禁用“彈性截面啟用”選項(xiàng)，如下圖所示5l。同時(shí)將“軟管形狀”部分中的“直徑：”值減小到小于圓柱體的值。

如您所見，軟管太長，需要更緊地掛在腿上。您可以通過減小張力值來執(zhí)行此操作（見圖 5k）。在下面的最終圖像中，我們對(duì)兩個(gè)氣缸都使用了 25。如果您再次使用輔助器移動(dòng)腿，您會(huì)注意到軟管將保持在原位，甚至在必要時(shí)彎曲。單擊其中一個(gè)圖像以查看最終動(dòng)畫。

我希望您喜歡本教程，并且它對(duì)您的 3D Studio Max 建模技能有所貢獻(xiàn)。

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