3ds max高級教程：創(chuàng )建帶有骨骼動(dòng)畫(huà)的機器人模型

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然而，下面我們示例機器人腿的第一個(gè)版本不是很現實(shí)，因為它會(huì )像沒(méi)有肌肉的骨骼結構一樣坍塌。在第二個(gè)版本中，我們將添加一些機器人“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，下載相應場(chǎng)景。

當裝配人的腿時(shí)，當膝蓋彎曲時(shí)，網(wǎng)格會(huì )變形，將頂點(diǎn)在一側彼此推開(kāi)，在另一側相互靠近。這是通過(guò)使用將網(wǎng)格的頂點(diǎn)綁定到骨骼的皮膚修改器來(lái)實(shí)現的。頂點(diǎn)的顏色表示權重值，該值決定了移動(dòng)關(guān)節對這些頂點(diǎn)的影響程度。紅色頂點(diǎn)代表最剛性的部分。

機器人通常由金屬、塑料或其他一些不會(huì )變形的堅硬和剛性材料制成。下圖顯示了構成示例腿基礎的五個(gè)對象。

像往常一樣，我必須注意，以下內容只是執行此操作的一種方式，這并不一定意味著(zhù)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顯示了構成這條腿的物體的（未平滑）線(xiàn)框。單擊它下面的鏈接下載場(chǎng)景，或者通過(guò)單擊圖片 3h 下面的鏈接下載包括骨骼在內的場(chǎng)景，或者如果您現在不想實(shí)際做任何這些，只需觀(guān)看圖片。

上圖中的紅點(diǎn)表示對象的樞軸。在您可以下載的場(chǎng)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)，它們都對齊。您添加的骨骼必須準確地在這些樞軸點(diǎn)開(kāi)始或結束。

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)，所有樞軸對齊也很重要。如果您的機器人中它們不是，并且對齊它們太復雜或太困難，您可以跳過(guò)以下捕捉設置，只需繪制骨骼，將它們全部選中并將它們移動(dòng)到腿的中心（頂視圖）。要使用捕捉設置，請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(jiàn)圖 3b）?，F在點(diǎn)擊 捕捉 再次切換按鈕（用鼠標左鍵）啟用它。

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

現在，通過(guò)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)。

當下面圖 3e 所示的樣條曲線(xiàn) IK 求解器對話(huà)框打開(kāi)時(shí)，只需單擊“確定”。

現在，在將骨骼連接到腿部之前，您應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(xiàn) IK 求解器會(huì )稍微移動(dòng)它們。要移動(dòng)骨骼的樞軸，請單擊命令面板的“層次結構”選項卡上的“僅影響樞軸”按鈕，然后禁用命令面板的“運動(dòng)”選項卡上的“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。確保放大并將其準確地放置在四肢樞軸的中心。您可能還希望首先通過(guò)再次單擊“對齊”切換按鈕來(lái)禁用對齊到****設置。如果由于某種原因您無(wú)法將它們放在正確的位置，則無(wú)需繼續，因為整個(gè)設置取決于樞軸的位置。

當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)對象鏈接到另一個(gè)對象，請單擊主工具欄上的“選擇并鏈接”按鈕，選擇要鏈接的對象，然后拖動(dòng)到要鏈接到的對象。如果操作正確，您鏈接到的對象將閃爍一次白色。

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的場(chǎng)景后，選擇 IK 鏈或任何點(diǎn)助手并移動(dòng)它。膝關(guān)節現在應如圖3g所示操作，在運動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有任何物體變形。

在我們繼續這條腿并增加一些肌肉之前，我們將使用另一種方法來(lái)裝配這條腿。正如有人善意地向我指出的那樣，沒(méi)有絕對需要使用骨頭.如果你特別不熟悉索具角色或機器人，你可能想選擇上面討論的骨骼方法，但機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象集。同樣在這種類(lèi)型的“骨骼”設置中，絕對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(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。

若要使其與前面的示例一起使用（刪除前面的骨骼結構或使用之前下載的場(chǎng)景），并將對象相互鏈接，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(kāi)）按鈕，檢查層次結構現在是否正確，如圖 4a 所示。

現在，您需要做的就是向此層次結構添加一個(gè) IK 求解器，使其像機器人腿一樣工作。您可以使用您喜歡的 IK 求解器，但在本例中，我們將使用獨立于歷史記錄的求解器。選擇“柱面 03”，從“動(dòng)畫(huà)”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，請使用“按名稱(chēng)選擇”選項，這基本上意味著(zhù)您應該在從菜單中選擇 HI 規劃求解器后按鍵盤(pán)上的 H 鍵，然后從列表中選擇 Cylinder01，而不是在視口中單擊它。

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

可以通過(guò)單擊命令面板上“創(chuàng )建”選項卡的“幫助程序”部分中的“點(diǎn)”按鈕，然后單擊視口中的某處來(lái)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(guò)移動(dòng)點(diǎn)幫助程序來(lái)對腿進(jìn)行動(dòng)畫(huà)處理。

如果您的機器人具有復雜的幾何體，并且對單個(gè)對象進(jìn)行動(dòng)畫(huà)處理會(huì )大大減慢計算機的速度，則可以將 3D Studio Max 配置為將對象顯示為骨骼。使用前面步驟中的示例腿時(shí)，您應該選擇圓柱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”對話(huà)框中啟用“骨骼打開(kāi)”選項，如下所示。

接下來(lái)，打開(kāi)命令面板上的“顯示”選項卡，向下滾動(dòng)，然后在“鏈接顯示”部分中啟用“顯示鏈接”選項和“鏈接替換對象”選項。

結果應如下圖所示圖4e。

或者，您可以?xún)H啟用“顯示鏈接”選項，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。結果應如下圖所示圖4f。

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

電動(dòng)機

對于上面的示例腿，這將是簡(jiǎn)單的出路，因為您“只需要”增加膝關(guān)節的尺寸并將其修改為如下所示的照片 I 所示，因此電動(dòng)機可以安裝在里面變得可行。此外，裝配機器人很容易，因為您可以使用我們之前討論的方法之一。

圖一. 由電動(dòng)機驅動(dòng)的工業(yè)機械臂。

液壓/氣動(dòng)/磁性活塞

為機器人提供動(dòng)力的另一種常用方法是活塞?；钊ㄒ?jiàn)下面的照片II）基本上由一根進(jìn)入管內的金屬棒組成。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，你應該在上面安裝一根軟管，這會(huì )導致機器人內部或上方的壓縮機。這些液壓或氣動(dòng)活塞比電動(dòng)機強大得多。較小的活塞可以使用磁力來(lái)拉動(dòng)或推動(dòng)金屬棒。后者將連接電線(xiàn)，而不是軟管。

照片二.起重機由液壓活塞提供動(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(chēng)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(xiàn)。

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(guò)單擊圖片下方的鏈接下載場(chǎng)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

腿的層次結構現在應該與圖 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(wú)法正確對齊，并且會(huì )“斷裂”，如下圖所示5e。

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

為了確保金屬棒留在管內，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(chǎng)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（請參閱圖 3f）并使用對齊工具（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(huà)菜單的約束部分中選擇查看，如下圖 5f 所示。

按鍵盤(pán)上的 H 鍵，選擇P_Axis_B，然后單擊“選擇”按鈕。Piston_PA現在改變了方向。要確保它指向原始方向，請啟用命令面板“運動(dòng)”選項卡上“參數”部分的“保持初始偏移”選項，如下圖所示 5g。（添加“查看”約束時(shí)，參數部分會(huì )自動(dòng)打開(kāi)。

對活塞的其他部分重復此步驟，換句話(huà)說(shuō)：選擇Piston_PB，從動(dòng)畫(huà)菜單中選擇查看約束，選擇P_Axis_A作為目標（使用 H 按鈕選取它）。同時(shí)再次啟用“保留初始偏移”選項。所以我們所做的是讓活塞的一部分“看”另一部分的軸。方向用藍線(xiàn)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)，但相對容易的是使用擴展的原始軟管。使用軟管原語(yǔ)的優(yōu)點(diǎn)是您不需要安裝它;沒(méi)有骨頭，也沒(méi)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(kāi)始和結束。

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(xiàn)的連接器。您可能希望使用比圓柱體更復雜的東西，但請確保它是一個(gè)單獨的對象。

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

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

根據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，您可能需要旋轉一個(gè)或兩個(gè)氣缸的樞軸。因此，如有必要，請選擇圓柱體，啟用“僅影響樞軸”按鈕（圖片 3f），然后旋轉樞軸。當您旋轉樞軸時(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。

當軟管與氣缸正確對齊后，再次單擊軟管，在“修改”選項卡上向下滾動(dòng)，然后禁用“彈性截面啟用”選項，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(jiàn)，軟管太長(cháng)，需要更緊地掛在腿上。您可以通過(guò)減小張力值來(lái)執行此操作（見(jiàn)圖 5k）。在下面的最終圖像中，我們對兩個(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(huà)。

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

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