Jak zbudować smoka #1

Jak wiadomo, smoków nie ma. Prymitywna ta konstatacja wystarczy może umysłowi prostackiemu, ale nie nauce, ponieważ Wyższa Szkoła Neantyczna tym, co istnieje, wcale się nie zajmuje;

S. Lem

To nie jest tutorial, za mało wiem o modelowaniu i animacji żeby robić tutoriale, ale może taki zapis przemyśleń i rozwiązań przydatnych przy modelowaniu komuś się przyda :)

Chciałem wymodelować smoka. Ponieważ jednak modelowanie ładnych kształtów organicznych jest zdecydowanie na razie poza moimi możliwościami, wybór padł na steampunkowego mecha-smoka. Częściowo miało być to ćwiczenie z cinemy jako takiej - ze sprawdzaniem jak w praktyce działa symulowanie płótna przymocowanego do ruszających się obiektów (powierzchnia skrzydła) oraz systemu stawów który zawsze sprawiał mi problemy. Jak się okazało te elementy poszły wyjątkowo łatwo prawdziwym problemem okazała się animacja jako taka czyli stworzenie fly cyclu.

Ogólna teoria smoków

Smok jaki jest każdy widzi. Za referencje posłużył mi obrazek kaijubrainsDA, z którego zaczerpnąłem konstrukcje skrzydeł i ogólne proporcje smoka.Wiedziałem że szkielet skrzydeł chce zrobić z "twardych" elementów a błony symulować płótnem rozciągniętym między nimi. 

Zacząłem jednak tu dotykać znacznie poważniejszego tematu - stawów i metod poruszania się skrzydła. Zwłaszcza, że zabierałem się za to z wiedzą o anatomii na poziomie "kiedyś obejrzałem film z Davidem Attenborough i chyba były tam ptaki..."

Jak działa smok?

Zacznijmy od podstaw. Żeby zbudować jako tako przydatny model skrzydała potrzebne nam będą dwa rodzaje ruchów :

1. • Składanie/rozkładanie
2. • Machanie skrzydłami

Dopiero ich kombinacja da nam w miarę realistyczny ruch. Poza tym nie od dziś wiadomo że problemy należy upraszczać, łatwiej więc stworzyć dwa oddzielne mechanizmy ruchu i potem łączyć je w całość
Natura jest leniwa :). Jak raz trafiła na sprawdzający się schemat to będzie go kopiować aż do końca świata. Zero kreatywności po prostu. Jeszcze w dziedzinie ozdobników coś tam próbuje zmieniać, tu dorzuci jakieś łuski, tam pióra, gdzieniegdzie rzuci jakiś deseń. Natomiast w zasadniczej konstrukcji niewiele się to wszystko od siebie różni od czasu pierwszego pojawienia się kręgosłupa. Dlatego najprostszym sposobem zrozumienia jak działa skrzydło jest popatrzenie na własną rękę. Tutaj piękna grafika przygotowana przez ASU:

© Arizona Board of Regents / ASU Ask A Biologist. Opublikowano na licencji CC.

Z powyższego obrazka łatwo wywnioskować że modelując smoka będziemy znacznie bardziej opierać się na nietoperzach niż ptakach. Możemy zrobić jeszcze wycieczkę w kierunku pterodaktyli ale one jakoś mniej mi pasują. Chyba dlatego że ich skrzydła są jednak prostsze, zwróćcie uwagę że tylko jeden palec u nich straszliwie się wydłużył i tworzy podstawę błoniastego skrzydła. Skupmy się więc na nietoperzach. Zdecydowałem się trochę uprościć sprawę i zrobić tylko 3 wydłużone palce na których wspierać się będzie skrzydło.

Kiedy miałem już w połowie wymodelowany projekt mojego mecha-skrzydła, szukając dalszych referencji natrafiłem na naukowców z Brown University którzy budują robo-nietoperze (prawie) i testują je w tunelach aerodynamicznych.

© Breuer and Swartz labs/Brown University

Bardzo radośnie stwierdziłem że mój mechanizm jest bardzo podobny do ichniego, to oznaczało że jestem na dobrym tropie, i dało mi dodatkowego kopa pt. "Wow, wow wymyśliłem coś prawie takiego samego jak naukowcy, wow wow taka sprytność" Problemy były dwa. Po pierwsze nietoperze mają w porównaniu do innych zwierząt bardzo elastyczne kości, po drugie mają też stawy w palcach co dodatkowo daje im możliwość "zawijania" skrzydeł. Ludzie z uniwersytetu Browna jak rozumiem obeszli ten problem używając do konstrukcji elastycznych materiałów. Ja z różnych powodów (przede wszystkich z obawy przed nieogarnięciem całości) nie chciałem robić w moim modelu stawów w palcach, a użycie deformerów by symulować elastyczność wydawało mi się jeszcze gorszym rozwiązaniem - w końcu to mech, one z definicji nie są giętkie. Zdecydowałem się więc dołożyć w stosunku do robobata dodatkowy staw na końcu przedramienia symulujący wyginanie "dłoni" w gorę i w dół. Rozwiązanie okazało się całkiem niezłe.

Dodatki

Od tego momentu poszło już łatwo. "Błony" między skrzydłami to kawałki płótna przymocowane do palców odpowiednimi tagami. Tutorial tutaj. Ogon to IK chain na odpowiednią ilość stawów z włączoną dynamiką jak go zrobić możecie przeczytać tu. Uważam że wyszedł mi całkiem fajnie, musiałem tylko zmniejszyć ilość stawów i podpinać pod nie osobne obiekty żeby uzyskać wrażenie większej "mechaniczności" ruchu. Na szybko zrobiłem rig dla nóg tak prosty że nie wart w ogóle wspomnienia. Robiąc na razie mega uproszczenie wszystko wrzuciłem w obiekt "symetry" (pewno zemści się straszliwie w przyszłości jak będe chciał uzyskać niezależny ruch elementów) i byłem gotów do testowania animacji i próby stworzenia fly cyklu.

To się rusza!

Dlaczego samolot lata? to proste (uproszczenie) – powietrze opływając skrzydła wytwarza różnice ciśnień. Ta różnica powoduję powstanie siły aerodynamicznej i presto samolot odrywa się od ziemi.
To jednak nie załatwia nam sprawy różnych organicznych latadeł machających skrzydłami. Co prawda ptaki też bardzo często szybują. Nie o wymodelowanie szybującego smoka mi przecież chodziło – to by było zbyt proste :). Nie będę tutaj udawał że rozumiem fizykę która stoi za lotem takiego powiedzmy kolibra, jest tam zdecydowanie za dużo zagadnień by zrozumiał je ktoś, kto po dwóch 2 latach uciekł z mat-fizu. Na szczęście nie jest to konieczne. Zacznijmy od doskonałych instrukcji jak animować ptaki które możemy znaleźć tutaj:

DarkmaneTheWerewolf odwalił kawał dobrej roboty pokazując kolejne fazy machania skrzydłami i w zasadzie trzeba tylko z nich skorzystać. Pozwolę sobie tylko na dodanie paru słów komentarza. Latanie jest trochę podobne do pływania żabką (w końcu powietrze to tylko taki mocno rozrzedzony płyn). Ruch skrzydeł w dół jest długi i powolny jak ruch zagarniania przy pływaniu, skrzydła są mocno rozpostarte tak żeby jak najbardziej "odpychać się" od ośrodka ruchu.  Przy ruchu powrotnym (w górę) "skrzydła" łamią się by zmniejszyć opór powietrza, ruch jest też znacznie szybszy, tak jak przy wyrzucaniu ramion do przodu przy pływaniu żabką.
No tak, ale ptaki nie latają jak smoki (albo odwrotnie). Jak już ustaliliśmy smoki latają bardziej jak nietoperze a wykorzystują tutaj dodatkową sztuczkę. Ponieważ jak możemy zobaczyć na rysunku porównującym budowę ramienia, u nietoperzy skrzydła rozciągają się między palcami mają one nad nimi lepszą kontrole. Dlatego przy ruchu w górę bardziej składają palce niż łamią skrzydła w "łokciu". Ruch skrzydeł mojego smoka jest trochę ptasi ale jednak chyba bliżej mu do nietoperza. Trzeba jeszcze pamiętać że korpus porusza się w stosunku do skrzydeł z pewnym opóźnieniem.

 Tak wygląda mój pierwszy fly cycle: nie jest źle, nawet jakoś to wszystko działa nie ustrzegłem się jednak pewnych błędów i niedociągnięć. ale przynajmniej dzieki temu będe miał szanse napisać dalszą częsc tego tekstu.