2018年3月

Tips

modoで関節の位置にあるロケータでアップベクターを制御する方法

前回に引き続きIK制御に関連したリグの作り方です。IKで制御されている関節の位置にコントローラーを配置して、そのコントローラーを回転してアップベクターを制御するリグの作り方を書いてみます。

 

このリグは好き好きあると思いますが、IKの「モディファイヤ依存ループ」を回避する方法として紹介してみたいと思います。基本的には「IKゴールの移動範囲を制限する方法」と同じで、IK制御に関連しない階層を使用するのがポイントです。

作成手順です。

  1. IKとアップベクターが設定されてたシーンファイルを準備します。
  2. ロケータを3個追加します。
    追加したロケータはそれぞれ、スケルトンの位置、アップベクター位置、IKゴール位置に配置します。アイテムの配置はドロップアクションの「位置を一致」を使用すると便利です。
  3. ロケータに親子関係を設定します。
    アップベクターに配置したロケータを、IKゴールに配置したロケータにペアレントします。IKゴールに配置したロケータを、IKゴールにペアレントします。
    アイテムのペアレントはドロップアクションの「同位置でペアレント」を使用すると便利です。
  4. スケルトンの「ワールド位置」を、スケルトンの位置に配置したロケータにリンクします。
    チャンネルビューポートから「ワールド位置」をスケマティックに追加して、ロケータの「ワールド位置」にリンクします。これにより異なる階層にあるロケータが、スケルトンにペアレントしたように動作します。
  5. 同様にアップベクターの位置に配置したロケータの「ワールド位置」を、アップベクターにリンクします。
    本来はスケルトンの位置のロケータに、アップベクターを直接ペアレントできればスマートなのですが、「モディファイヤ依存ループ」が発生してしまいます。このため異なる階層にあるロケータの「ワールド位置」をアップベクターにリンクすることで「モディファイヤ依存ループ」を回避しています。
  6. スケルトンの位置のロケータの回転Yを、IKゴール位置のロケータにリンクします。
    これでスケルトンの位置にあるロケータを回転させることで、アップベクターの位置を変更することができるようになります。

このあたりのリグの組み方がわかると、IKの「モディファイヤ依存ループ」に苦しまずに済むかも知れません。

Tips

modoでIKゴールの移動範囲を制限する方法

前回modoのIKについて書いたので、ついでにIKに関連したリグの組み方の例として、IKゴールの移動範囲を腕や脚の長さより遠くに移動しないように制限する方法を書いてみます。

 

LightWave のIKには「ゴールを接着 (Keep Goal In Reach)」という機能があり、IKチェーン(IKによって制御されているスケルトン)の長さより遠くにIKゴールが移動しない設定がありました。この設定をmodoで再現したものです。

作り方は単純でDistance Constraint を使用してアイテムの移動範囲を制限します。

作成手順です。

  1. IKの始点と同位置にロケータを作成して、ロケータの子のスケルトンにIKを適用します。
    これはFBIKのアップベクターの作成手順で使用する階層構造と同じです。
  2. Distance Constraint を作成します。
    Distance Constraint はその名の通り、距離でコンスレイントするモディファイヤです。
  3. ロケータを作成して、IKゴールの位置に移動します。
    ロケータをビューポートでドラッグアンドドロップ(長押し)すると、ドロップアクションメニューが表示されるので「位置を一致」を選択すると簡単に同じ位置にアイテムを移動できます。
  4. IKゴールをロケータの子にし、ロケータの「ワールド位置」をスケマティックに追加します。
  5. Distance Constraint を設定します。
    IKチェーンの親のロケータと、IKゴールの親のロケータの「ワールド位置」を Distance Constraint の「起点」と「終点」にリンクします。Distance Constraint のプロパティでクランプを「最大」、距離をIKチェーンの長さに設定します。画像ではIKチェーンの長さを計るために、測定モディファイヤの Measure Distance を使用しています。
  6. 最後にMeasure Distanceの「位置出力」を、IKゴールの親のロケータにリンクします。
    IKを制御するときはIKゴールを直接編集するのではなく、ロケータを編集することでIKチェーンの長さより遠くに移動しない状態になります。親アイテムを移動したときもIKゴールが一緒に引っぱられて動きます。
    注意点としては、見た目は制限されていてもトランスフォームの値は生きていることです。IKゴールを遠くまで移動してしまうと、IKチェーンの親アイテムを移動したときに、なかなかゴールに到達しない感じになります。

IKに関連したリグを組もうとすると発生しやすい問題が「モディファイヤ依存ループ」です。IKはIKゴールの位置を使用してスケルトンの位置や角度を計算するため、IKチェーン内のスケルトンの位置や角度を使用してIKゴールを操作しようとすると処理がループしてしまい計算不能になります。

IKに関連したリグを作るときは、IKチェーンと関係ない階層のアイテムを使用するとうまく行くと思います。

CG 日記

modo 11 リプリケータのパフォーマンス向上


modo 11からReplicatorのパフォーマンスが改善されました。Cboxのサンプルファイルを見てて気がつきましたが、modo 10に比べて2倍以上早くなってました。
このシーンはキャラクターがパーティクルで533体複製されているのですが、シーンをリアルタイム再生したとき平均して 25FPS くらいでてます。modo 10だと画面を引いたときに 9FPS しかでなかったので、だいぶ高速化されている気がします。

バージョンアップのたびに少しづつパフォーマンスが改善されてるので、12シリーズもパフォーマンス向上を期待したいですね。

Tips

modoのインバースキネマティクス

modoのIKについて書いてみたいと思います。
modoには「Dual Joint Planar IK」と「Full Body IK」2種類のIKがあります。それぞれメリットとデメリットがあり、アニメーション用途で安定したIKが必要な場合は「Dual Joint Planar IK」がいいかもしれないという話です。

 

IK とは?

3DCGでアニメーションを作成する場合、ざっくり「FK」と「IK」2種類の制御方法に分かれます。

IKは元々工業用のロボットアーム制御用に開発された技術で、人間の腕のように複数の関節で構成されている階層構造を効率的に制御するための機能です。
ロボットの関節角度を決めるとき、階層構造の親から順に計算する方法を FK (フォワードキネマティクス) 、子の位置から親の関節角度を計算する方法を IK (インバースキネマティクス) といいます。

例えば腕が何かをつかむ場合に、「上腕」「前腕」「手のひら」を個別に回転して姿勢を決める方法が FK です。

 

複数の関節位置を「IKゴール」と「アップベクター(ポールベクター)」を使用して姿勢を決める方法が IK です。「IKゴール」は手の到達位置、「アップベクター」は肘の方向を指定するのに使用します。

FK は関節を個別に回転する必要があるので、関節数が多い場合にアイテムを一つ一つ回転する必要があります。IK は「IKゴール」と「アップベクター」2アイテムで全ての関節を制御できます。

一見FKよりIKの方が便利なように見えますが、それぞれアニメーションの内容によって向き不向きがあります。例えば走るアニメーションの場合、手の振りはFKが使いやすく、脚の動きはIKが向いています。そのため多くのIKはFKとブレンドしたり、切り替えることができるようになっています。

 

さて、ここから本題です。
modoには「Dual Joint Planar IK」と「Full Body IK」2種類のIKがあり、それぞれメリットデメリットがあります。

 

Dual Joint Planar IK

シンプルなIKモディファイヤです。IKで制御可能な関節数が2つに限定されています。

  • 使用できる関節数に制限あり(2関節)
  • アップベクター対応

IKで制御される関節の位置は、IKの始点となる関節位置、IKゴール、アップベクターの3点からなる仮想平面上を移動するように動作します。このためIKの始点、IKゴール、アップベクターのいずれかが完全に重なった(平面が形成できない)場合は、IKは計算することができなくなります。

3DソフトのIKは、だいたいこんな動作になってると思います。

 

Full Body IK

IKinemaというライブラリを組み込んだフルボディーIKシステムです。
Full Body IKはその名の通り、手を引っぱると自動で体全体が自然な姿勢を保ってくれる、聞くだけなら夢のようなIKシステムです。またモーションキャプチャデータを体格の異なるスケルトンにリターゲッティングするのに使用されます。
Dual Joint Planar IK のように関節数に制限はありませんがアップベクターをサポートしていません。

  • 使用できる関節数に制限なし
  • アップベクター非対応
  • モーションのリターゲット

画像ではアップベクターの設定にmodo標準の「方向コンストレイント」を使用しています。IKの始点の関節と全く同じ位置にロケータを作成し、IKを設定するスケルトンをロケータの子の階層におきます。ロケータからIKゴールに方向コンストレイントを設定します。方向コンストレイントの「上方ベクトル (アップベクター)」を設定することで、IKのアップベクターのような動作を設定しています。

 

Full Body IKは不安定?

Full Body IKは高機能で便利そうですが、modoではアップベクターをサポートしていないためリグを構築したりする場合に不安定になるという問題があるようです。

スケルトンの位置にいくつか制限があり、スケルトンが完全に直線的に配置されてる場合に不安定になります。
一般的に直線的に関節が配置されてる場合は、Dual Joint Planar IKを含めIKが正しく動作しないか不安定になります。IKを使用する場合は少し関節を曲げるのがIKのお作法ですが、Full Body IK ではIK制御下にない親の位置も影響するような気がします。IKが上手く動かないときは、スケルトンの位置をずらすと上手く動くようになるかも知れません。

上の画像のように方向コンストレイントを設定する方法はmodo 601のチュートリアルビデオ 「Fireboy」で紹介されていたもので、後にMattさんやMODO JAPAN GROUPさんがビデオで紹介しています。
親が回転するからそれっぽく動いてるだけで、Full Body IK がアップベクターとして計算に使用してるわけではないので、この疑似アップベクターではIKが不安定になるのではないかと思われます。

Full Body IK を安定させる方法として、「精度」を 2 から 3 に上げるといくらか改善することがあります。

 

Full Body IK が不安定という問題は Foundry フォーラムで繰り返し話題になっていて、以下のスレッドでは Sergio さんが Full Body IK についてコメントしています。
https://community.foundry.com/discuss/topic/122645/fbik-leg-rig-is-acting-super-strange

これが私がFBIKソルバを多く使うことができない理由の1つです。
それは気の利いたアップベクターが欠けている!! 誰かがそれを取り上げる前に、Mattの回避策は必ずしも機能しません。

FBIKはやんちゃで、 Planar IKは途方もなく制限されています。
使用可能なIKソルバーを取得するまで、Modoでキャラクターを作成することは苦痛を伴うことになるでしょう。(それは自分のコースのスレッドで述べていますが、これは本当に対処する必要があります。)

Mattの回避策でも作業するのは非常に難しく、アップベクターの位置を常に調整しなければならない。

そのような脚は古い方法が良いと思う。複数のPlanar IKチェーンを重ねる。 1つは脚、2つは足用です。

Sergio Mucino さんは Maya、Modo、Softimage、3ds maxを使用するTD/Riggerの方で、映画「アイアンマン3」や「デッドプール」に参加されてます。有料チュートリアル「キャラクターリギングコース」をリリースしている方でmodoに精通していると思われます。

Sergio さんが難しいと言ってる以上、Full Body IKを使用して安定したアップベクターの設定方法を見つけるのは難しいように思います。

 

 

まとめ

Full Body IK がアニメーションで動作が安定しないなと思った場合には、「Dual Joint Planar IK」を試すといいかもしれません。
アニメーションの作成方法は様々です。アップベクターが不安定でもキーをたくさん打て制御するのが苦にならなければ Full Body IK で問題ないと思います。3ds MaxのBipedはアップベクターもなく「鎖骨」「上腕」「前腕」「手のひら」全部まとめて1つのキーフレームで管理する変わったシステムだったりするので、気にしなければ気にならない問題かもしれません。

 

ちなみにフルボディーIKの特長である「手を引っぱると自動で体全体が自然な姿勢」というのは、手付けのアニメーションでは使われることが少ないようです。フルボディーIKらしいIKを使ったことないので具体的なことは書けませんが、決めたポーズが勝手に動いてしまうのでアニメーターには不評なようです。

Mayaには MotionBuilder 由来の HumanIK  というフルボディーIK機能を搭載していますが、個人サイトや小規模なアプリ開発を除くと、フル3Dの映画やゲームのモーション制作に使われているという事例を見かけることが少ない気がします。

ゲームのようにインタラクティブにアニメーションが変化するものや、アニメーションのリターゲッティング、モーションキャプチャのデータ補正には有用な技術だと思います。

LightWaveもVer 9まではIKが弱くアニメーションでガクガク震えることがありましたが、まさかmodoでもIKに悩まされるとは思いませんでした。

Tips

modoでカメラ ブレンド リグの作り方

トランスフォーム コンストレイントを使用して、複数のアイテムの位置や回転をブレンドするリグの作り方について書いてみたいと思います。

3DCGは意外とカメラの制御が難しかったりします。例えば商品説明のように決められたカメラ位置の間を滑らかに移動したい場合や、宇宙探査機のスイングバイのように異なる運動曲線間をスムーズに繋げるのに苦労することがあります。
複数アイテムのマトリクスをシーケンシャルにブレンドすることで、下の画像のようなカメラブレンド アセンブリを作ることができます。

画像ではカメラ直接使用していますが、カメラをペアレントしたロケータをブレンドした方がいいと思います。
アセンブリの中身です。

左から右に解説します。

  1. グループロケータにユーザーチャンネル「Mixer」を追加しています。チャンネルタイプは「パーセンテージ」、マトリクスのブレンド制御用のチャンネルです。
  2. 同じくグループロケータにユーザーチャンネル「Pos_x」「Rot_x」を追加します。チャンネルタイプは「行列」で、位置と回転用のマトリクスチャンネルです。
    グループロケータ「Item_x」が複数存在するのは、Transform Constraint の仕様に対処するためです。Position Constraint の「Weight.」チャンネルを見るとわかりますが、Transform Constraintは入力されたアイテム名でチャンネルを管理します。このため1つのグループロケータに複数のマトリクス チャンネルを追加して管理しようとしても同じチャンネルとみなされて上手く動きません。
    これらのユーザーチャンネルは「アセンブリ入力」としてチャンネル公開します。
  3. Position Constraint と Rotation Constraint ノードを追加します。
    Constraint ノードの「入力」にマトリクスチャンネルをリンクすると「Weight.アイテム名」チャンネルが追加されます。「入力」には複数のマトリクスをリンクすることができ、各「Weight.」の値でコンストレイントの強さをブレンドすることができます。
  4. Channel Relationship を追加します。
    「Mixer」チャンネルの値を Channel Relationship を経由して「Weight.」チャンネルを制御します。
    制御方法は単純です。「Mixer」が100%のとき「Weight.Item_1」が100%、それ以外の「Weight.」は0%になるようにすれば、Weightを制御できます。同様に「Mixer」が200%のとき「Weight.Item_2」が100%、それ以外の「Weight.」は0%になるようにするため、Relationshipのグラフはリニアな山型に設定します。各ノードで100%ずつシフトしてる感じです。
  5. 最後にConstraint ノードの「出力」を、グループロケータのユーザーチャンネル「Out_Ppos」「Out_Rot」を経由して「アセンブリ出力」します。

Constraint ノードの「Weight.」が全て0とき全て0を出力するようで、 「Mixer」が 0のときアイテムが突然ワールド原点に移動するような挙動になります。

結構単純なアセンブリですが、モーションミキサー作ってるみたいで面白いですね。
今回は位置と回転だけのブレンドですが、Scale Constraintを使えばスケールも対応する事ができます。好みに応じてカスタマイズすると面白いと思います。

CG News

Naughty Dog のコンセプトアーティストがmodoのチュートリアルを販売

Naughty Dog のコンセプトアーティストがmodoのチュートリアルを販売してるみたいです。
作者は環境デザインが専門で、Uncharted 4、Last of Us、Uncharted 3 などのタイトルに参加してるそうです。
https://gumroad.com/eytanzana

 

高度なテクニック

私が毎日使っているテクニックの範囲を解説した5時間以上のチュートリアルです。
私のベースとなる3Dレンダリングから始めて完成した絵を作成するための思考プロセスを紹介します。Modoの基本モデリング、Modoの照明とテクスチャリング、Photoshopの3Dベースでのペイント。

Modoファイル、レイヤー付きのPSDファイル、ブラシ、プロセスイメージ、および他の素晴らしいビデオへのリンクが付属しています。

基本的なModoの知識は推奨されているが必須ではありません。Modoや他の偉大なチュートリアルを無料紹介。

Tips

modoのマトリクスチャンネル

チャンネルタイプの続きで、modoのマトリクス(行列)チャンネルについて書いてみます。
普通に3Dソフト使ってたときはマトリクスって何?という感じでよくわかってませんでした。今も正確なとことろは全くわかってませんが、リグを構築するにはマトリクスチャンネルの使い方を知っておくと便利です。

 

マトリクスチャンネルとは

マトリクスチャンネルはアイテムの「位置XYZ」「回転XYZ」「スケールXYZ」が全部セットで格納されてるようなチャンネルです。

もう少し詳しく書くと、マトリクスは3Dの座標変換になくてはならないもので、これがなければ親子関係も何もはじまらないくらい3Dの根源的な物っぽいです。
一般的に3DCGでは「位置XYZ」「回転XYZ」「スケールXYZ」と便利関数がセットになった、4×4の行列を使用するそうです。正しく理解したい人は座標変換に詳しい人に聞いてください。

 

何ができるの?

リグ作ってるとアイテムの回転や位置が欲しいことが多々あります。そんなときマトリクスチャンネルを使用して「位置」「回転」「スケール」を取り出すことができます。逆に「位置」「回転」「スケール」を行列にすることもできます。
コンストレイント系モディファイヤはマトリクスチャンネルを使用してるので、マトリクスの分解と再構築方法を知ると様々なリグに応用できると思います。

modoには便利なノードが用意されてるので、マトリクスが何かという難しいことを知らなくてもリグを作ることができます。よく使う便利なノードについて書いておきます。

 

Matrix Vecto

マトリクスから位置を取り出すことができます。回転行列をリンクすると正規化された方向ベクトルを取得できます。

 

Matrix To Euler

マトリクスから角度を取り出すことができます。
オイラーは「回転順序」によって回転結果が変わるので注意が必要です。数学的にそういう物らしいので、出力した角度がなんか違うなと思ったら「回転順序」を変えてみるといいかもしれません。

 

Matrix Construct

「位置」「スケール」をマトリクスにすることができます。

 

Matrix From Euler

角度を回転行列にすることができます。

 

座標変換の知識があれば「ワールド回転からローカル角度を計算する方法」のように3D空間で必要な様々な値を取り出したり便利に使えるみたいです。
マトリクスチャンネルは「ワールド位置」「ワールド回転」「ローカル」など色々ありますが、チャンネルにどんな値が入ってるかは「マトリクスの計算順」が参考になると思います。

次はマトリクスチャンネルを使って、アイテムやカメラの位置をシーケンシャルにブレンドするマトリクスミキサー的なリグについて書いてみます。