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ただし、以下のサンプル ロボットの脚の最初のバージョンは、筋肉のない骨格構造のように崩れてしまうため、あまり現実的ではありません。2 番目のバージョンではロボットの「筋肉」が追加され、3 番目のバージョンではホースが含まれます。いくつかの写真の下にあるダウンロード リンクをクリックして、対応するシーンをダウンロードします。
1. 人間の足
人間の脚をリグ設定する場合、膝が曲がるとメッシュが変形し、一方の側では頂点が互いに遠ざかり、もう一方の側では頂点が互いに近づきます。これは、メッシュの頂点をボーンにバインドするスキン モディファイアを使用することで実現されます。頂点の色は、可動ジョイントがそれらの頂点にどの程度影響するかを決定するウェイト値を表します。赤い頂点は最も硬い部分を表します。
2. 弊社ロボット脚の例
ロボットは通常、金属、プラスチック、または変形しないその他の硬くて硬い素材で作られています。下の画像は、脚の例の基礎を形成する 5 つのオブジェクトを示しています。
3. サンプルのロボット脚を組み立てる
いつものように、以下はこれを行うための 1 つの方法にすぎず、必ずしもそれがその方法であることを意味するわけではないことに注意する必要があります (実際には後で別の方法を示します)。下の図 3a は、この脚を構成するオブジェクトの (平滑化されていない) ワイヤーフレームを示しています。その下のリンクをクリックしてシーンをダウンロードするか、画像 3h の下のリンクをクリックしてスケルトンを含むシーンをダウンロードするか、今すぐに実際に何もしたくない場合は画像を見てください。
上の画像の赤い点は、オブジェクトのピボットを表します。ダウンロードできるシーンでは、それらを正しい場所に移動しました。UpperLeg のピボットは Cylinder01 のピボットとまったく同じ位置にあり、LowerLeg のピボットは Cylinder02 のピボットと同じ位置にあります。トップビューに切り替えると、すべて揃います。追加するボーンは、これらのピボット ポイントで正確に開始または終了する必要があります。
ボーンが正しく配置されていることを確認する 1 つの方法は、ピボットにスナップすることです。この方法を使用する場合は、上から見たときにすべてのピボットが揃っていることも重要です。お使いのロボットにそれらが含まれておらず、それらの位置合わせが複雑または困難すぎる場合は、以下のスナップ設定をスキップして、ボーンを描画し、それらをすべて選択して脚の中心に移動することができます (上面図)。スナップ設定を使用するには、メイン ツールバーの [スナップ] トグル ボタンを右クリックし、[ピボット] を選択し、必要に応じて他のボタンをオフにします (図 3b を参照)。次に、スナップ ボタンをもう一度 (マウスの左ボタンで) クリックして有効にします。
以下の図 3c に示すように、コマンド パレットの [作成] タブの [システム] セクションにある [ボーン] ボタンをクリックします。「IK ソルバー」として「Spline IKSolver」を選択し、「子に割り当て」を有効にします (必要に応じて別の IK ソルバーを使用することも、ソルバーをまったく使用しないこともできます)。
次に、図 1d に示す点 2、3、および 3 をクリックしてボーンを描画し、ビューポート内の任意の場所で右クリックして停止します。点 1、2、および 3 は、シリンダ 01、シリンダ 02、およびシリンダ 03 のピボット ポイントです。
以下の図 3e に示す [Spline IK Solver] ダイアログ ボックスが開いたら、[OK] をクリックするだけです。
ここで、ボーンを脚にアタッチする前に、ボーンのピボットが手足のピボット上に正しく配置されていることを確認する必要があります。追加したスプライン IK ソルバによってボーンがわずかに移動します。ボーンのピボットを移動するには、コマンド パネルの [階層] タブにある [ピボットのみに影響] ボタンをクリックし、コマンド パネルの [モーション] タブにある [有効] ボタンを無効にします。
次に、ボーンのピボットを選択し、正しい位置に移動します。必ずズームインして、リムのピボットの中心に正確に配置してください。[配置] トグル ボタンをもう一度クリックして、最初に [視点に配置] 設定を無効にすることもできます。何らかの理由で正しい位置に配置できない場合は、セットアップ全体がピボットの位置に依存するため、続行する必要はありません。
ピボットが正しい位置にあることを確認したら、Cylinder01 を選択して UpperLeg にリンクします。「シリンダー 02」を選択して「ふくらはぎ」にリンクし、「シリンダー 03」を選択して「ふくらはぎ」にリンクします。あるオブジェクトを別のオブジェクトにリンクするには、メイン ツールバーの [選択してリンク] ボタンをクリックし、リンクするオブジェクトを選択して、リンク先のオブジェクトまでドラッグします。正しく実行されると、リンク先のオブジェクトが白く点滅します。
スキン モディファイヤを使用する代わりに、同じ選択方法とリンク方法を使用してオブジェクトをボーンにリンクします。大腿部を上の骨にリンクし、下腿を下の骨にリンクします。
上記のすべてを完了するか、下のリンクを使用してボーンを含むシーンをダウンロードしたら、IK チェーンまたは任意のポイント ヘルパーを選択して移動します。膝関節は図 3g に示すように動作し、動作中にオブジェクトが変形することはありません。
4. 別の方法
この脚に進み、筋肉を追加する前に、別の方法を使用してこの脚をリグします。誰かが親切に教えてくれたように、ボーンを使用する絶対的な必要性はありません。キャラクターやロボットのリギングに特に慣れていない場合は、上で説明したボーンのアプローチを選択することをお勧めしますが、ロボットは通常、それ自体がスケルトンであり、骨は必要ありません。3D Studio Max では、任意のオブジェクトをボーンのように動作させることができ、レイヤー化されたオブジェクトの任意のセットに IK ソルバーを割り当てることもできます。また、このタイプの「スケルトン」セットアップでは、オブジェクトのピボットを正しい位置に置くことが絶対に必要です。これについては後でいくつかの写真を使って説明します。
前の例で動作させるには (前のボーン構造を削除するか、以前にダウンロードしたシーンを使用します)、次のようにオブジェクトを相互にリンクします。
シリンダー 03 -> ふくらはぎ ふくらはぎ -> シリンダー 02
シリンダー02 -> 太もも
太もも -> シリンダー 01
図 4a に示すように、メイン ツールバーの [回路図 (開く)] ボタンを押して、階層が正しいことを確認します。
あとは、IK ソルバーをこの階層に追加して、ロボットの脚のように機能させるだけです。お気に入りの IK ソルバーを使用できますが、この例では履歴に依存しないソルバーを使用します。シリンダー 03 を選択し、アニメーション メニューの IK ソルバー セクションから HI ソルバーを選択して、シリンダー 01 を選択します。ソルバーが Cylinder01 ではなく UpperLeg にリンクされないようにするには、[名前で選択] オプションを使用します。これは基本的に、メニューから HI ソルバーを選択した後にキーボードの H キーを押し、代わりにリストから Cylinder01 を選択する必要があることを意味します。ビューポート内でクリックすることです。
前のタスクを正しく実行した場合、結果は図 4b のようになり、IK チェーンが選択されているはずです。IK チェーンを移動すると、脚が機能するはずです。この脚をアニメーション化するタスクを簡単にするには、IK チェーンをポイント ヘルパーにリンクする必要があります。
ポイント ヘルパーは、以下の図 4b に示すように、コマンド パレットの [作成] タブの [ヘルパー] セクションにある [ポイント] ボタンをクリックし、ビューポート内の任意の場所をクリックすることで作成できます。その場合は足の裏のどこかに置くことをお勧めします。前に説明したのと同じ選択方法とリンク方法を使用して IK チェーンをポイント ヘルパーにリンクし、ポイント ヘルパーを移動して脚をアニメートできるようにします。
ロボットのジオメトリが複雑で、個々のオブジェクトをアニメーション化するとコンピューターの速度が大幅に低下する場合は、オブジェクトをボーンとして表示するように 3D Studio Max を構成できます。前の手順の脚の例を使用する場合は、シリンダー 01、02、03、太もも、ふくらはぎを選択し、キャラクター メニューからボーン ツールを選択する必要があります。以下に示すように、[ボーン ツール]ダイアログで[ボーン オン]オプションを有効にします。
次に、コマンド パレットの [表示] タブを開き、下にスクロールして、[リンクの表示] セクションで [リンクの表示] オプションと [リンク置換オブジェクト] オプションを有効にします。
結果は図 4E に示すように表示されます。
あるいは、「リンク表示」セクションのすぐ上の「表示プロパティ」セクションで「リンクの表示」オプションのみを有効にし、「ボックスとして表示」オプションを有効にすることもできます。結果は図 4F に示すようになります。
5. 筋肉
前にも述べたように、上の例で使用されている脚はあまり現実的ではなく、ある程度の力を与えながら自動的に動かすにはいくつかの筋肉が必要です。メカニズムを自分で作成することもできますが、現代の現実世界のロボットで使用されている 3 つの主な方法のいずれかを使用することもできます。
電気モーター
上の例の脚の場合、これは簡単な方法です。下の写真 I に示すように、膝関節のサイズを大きくして修正するだけで、モーターを内部に収めることが可能になります。また、先ほど説明した方法のいずれかを使用できるため、ロボットのリギングも簡単です。
図 1. 電気モーターで駆動される産業用ロボット アーム。
油圧・空圧・磁気ピストン
ロボットに動力を供給するもう 1 つの一般的な方法はピストンです。ピストン (下の写真 II を参照) は基本的に、チューブの中に入る金属棒で構成されています。加圧空気またはオイルをピストンに送り込んで金属ロッドを押し出します。これは通常、ロボットが動いているときにあなたがここにいる音です。リアルにしたい場合は、ロボットの内部または上部のコンプレッサーにつながるホースを接続する必要があります。これらの油圧または空気圧ピストンは、電気モーターよりもはるかに強力です。小さなピストンは磁気を利用して金属棒を引っ張ったり押したりすることができます。後者はホースではなくワイヤーを接続します。
写真 2. クレーンは油圧ピストンによって駆動されます。
図 5a と 5b は、2 番目の脚の例を示しています。これは、Piston_PA および Piston_PB と呼ばれる 2 つのシリンダーからなるピストンで構成されます。追加の 2 つのシリンダー (P_Axis_A および P_Axis_B) がピストン コンポーネントの軸を形成します。
以下の図 5c でわかるように、2 つのボーンと IKSplineSolver を使用して脚を組み立てました。画像下のリンクをクリックするとシーンをダウンロードできます。
まず、ピストンのパーツを次のように脚に取り付けます。
P_Axis_A -> 太もも P_Axis_B -> ふくらはぎ
ピストン_PA -> P_軸_A
ピストン_PB -> P_軸_B
脚の階層は図 5d とまったく同じになるはずです。
たとえば下部補助具 (Point3) を使用して膝を曲げると、下の図 5e に示すように、ピストンの 2 つの部分が適切に整列せず、「破損」します。
(脚を移動した場合は、「元に戻す」(Ctrl-Z) を押して元の位置に戻します。
金属棒がチューブ内に確実に留まるようにするには、制約 (この場合は Look At 制約) を使用する必要があります。このチュートリアルの前の部分と同様に、ピストン パーツのピボットの位置はピストン パーツを機能させるために重要です。P_Axis_A と Piston_PA のピボットはまったく同じ位置にあり、P_Axis_B と Piston_PB のピボットもまったく同じです。これは、ダウンロード可能なシーンで、同じ軸上にピボットを持つパーツを選択し、[ピボットのみに影響] ボタンを有効にし (図 3f を参照)、位置合わせツール (前面、[上]、[左]) を使用することによって実行しました。ビュー）。
ピストンの各部分に 1 つずつ、2 つの Look Look T コンストレイントを追加する必要があります。以下の図 5f に示すように、Piston_PA を選択し、Animation メニューの Constraints セクションから View を選択します。
キーボードの H キーを押して、P_Axis_B を選択し、[選択] ボタンをクリックします。Piston_PA の方向が変わりました。元の方向を指していることを確認するには、以下の図 5g に示すように、コマンド パレットの [モーション] タブの [パラメータ] セクションで [初期オフセットを維持] オプションを有効にします。(ビュー制約を追加すると、[パラメーター] セクションが自動的に開きます。
残りのピストンに対してこの手順を繰り返します。つまり、Piston_PB を選択し、Animation メニューから View Constraints を選択し、ターゲットとして P_Axis_A を選択します (H ボタンを使用して選択します)。また、「初期オフセットを維持」オプションを再度有効にします。そこで私たちがやったのは、ピストンの一部がシャフトの他の部分を「見える」ようにすることです。方向は青い線で示されます。補助 Point03 を選択して再度移動すると、下の図 5h に示すように、金属バットがチューブ内にきれいにスライドするのがわかります。
現実的にするには、パイプまたはホースを油圧または空気圧ピストンに接続する必要があり、脚が動いたときにピストンが動いたり曲がったりすることを確認する必要があります。これを行うには多くの方法がありますが、比較的簡単なのは、延長された生のホースを使用することです。ホース プリミティブを使用する利点は、ホース プリミティブをインストールする必要がなく、ボーンも IK も必要ないことです。代わりに、ホースに加えて 2 つのシリンダーを追加し、ホースがそれらのシリンダーで開始および終了するようにします。
以下の図 5i では、2 つのシリンダーを配置した場所がわかります。左側のシリンダーは UpperLeg にリンクされ、もう 1 つは Piston_PA にリンクされています。これらのシリンダーは、電線のコネクターなどのホースの入り口ポイントを表します。円柱よりも複雑なものを使用したい場合もありますが、それが単一のオブジェクトであることを確認してください。
次に、以下の図 5j に示すように、コマンド パレットの [作成] タブで [プリミティブの拡張] を選択してホースを作成し、 [ホース] ボタンをクリックして、任意のビューポートにホースを描画します。サイズ、位置、形状を気にする必要はありません。
コマンド パレットの[修正]タブで、[オブジェクト パースペクティブにバインド]を有効にします。[上部オブジェクトを選択] ボタンをクリックし、左側の円柱をクリックします。[下部オブジェクトを選択] ボタンをクリックし、右の円柱をクリックします (またはキーボードの H キーを使用します)。
ホースの接続に使用している円柱の向きと、ホースの作成元のビューポートに応じて、一方または両方の円柱のピボットを回転する必要がある場合があります。したがって、必要に応じて、円柱を選択し、[ピボットのみに影響] ボタン (図 3f) を有効にして、ピボットを回転します。ピボットを回転させるとホースも一緒に曲がるので、正しい角度になっているかが簡単にわかります。
ホースがシリンダーと適切に位置合わせされたら、ホースをもう一度クリックし、[修正] タブを下にスクロールして、5l の下の図に示すように [弾性セクションの有効化] オプションを無効にします。また、「ホース形状」セクションの「直径:」値をシリンダーよりも小さい値に減らします。
ご覧のとおり、ホースが長すぎるため、脚にしっかりと掛ける必要があります。これを行うには、張力値を下げます (図 5k を参照)。下の最後の画像では、両方のシリンダーに 25 を使用しました。アシストを使用して再び脚を動かすと、ホースが所定の位置に留まり、必要に応じて曲がることもあることがわかります。いずれかの画像をクリックすると、最終的なアニメーションが表示されます。
このチュートリアルを楽しんでいただき、3D Studio Max のモデリング スキルに貢献していただければ幸いです。
元のリンク: 3ds max 上級チュートリアル: スケルタル アニメーションを使用してロボット モデルを作成する (mvrlink.com)