Cascadeur：为什么12项迪士尼原则还不够

要了解Cascadeur的工作原理，我们需要查看动画的历史以及创建动画的方法。在这篇文章中，叶夫根Khapugin，在领先的动画制作Banzai.Games，将试图解释如何超越迪斯尼的基本原则可以帮助创建逼真的动画，以及如何使用卡斯凯迪尔的物理工具。

有时，当我们看电影或玩游戏时，我们会发现看起来不自然的场景。通常我们无法解释它们的问题。例如，我们可能看不到连接到演员的电缆，但是我们认为他没有按照他的应有方式运动。怀疑并没有欺骗我们。我们的大脑很容易识别不现实的运动。换句话说，我们总是注意到动画在物理上是不正确的。

现代动画可能非常复杂，其创建要花费大量时间，并且需要使用真实的参考并捕获运动。然而，我们一次又一次地遇到这样的场面。为什么这样？

幕后发生了什么

奇怪的是，原因之一可能是迪士尼动画的众所周知的12条原则。他们工作得很好，并很好地解释了如何创建动画。但是他们对现实主义一无所知。这些原则出现在1930年代，而动画师一直依赖它们。

2002年，索尼动画主管杰里米·坎托（Jeremy Cantor）用他自己的12条原则补充了12条迪士尼原则。它们有助于提高动画质量，引入应用于角色的力的概念。力可以是内部的，例如重量或肌肉运动，也可以是外部的，例如重力或与空气，水或其他角色的相互作用。

但是，动画师必须手动施加这些力，以便它们使您可以使动画更具表现力，但不那么可信。不可以，真正逼真的动画应该考虑施加到角色的实际物理力以及这些力来自何处。在这里，运动捕捉可以提供帮助-这是在现实中完成的，这意味着运动必须真实。

但是，a，动作捕捉的可能性也不是无限的。要以简单的场景骑乘马，您需要租用大面积的土地，支付食物和马匹护理，清洁等费用。

尽管这匹马本身至少是真实的，但所有这些。如果我们需要一条龙或一个超级英雄，那么用捕食者来帮助就不太可能了。

物理上正确的动画

每年，都会出现越来越多的工具用于逼真的渲染，创建模拟和着色器。而且，很奇怪的是，只有趋势不适用于动画。

当Banzai.Games和Cascadeur的创始人Eugene Dyabin开发出第一个Shadow Fight原型时，他感到非常惊讶的是，所有知名动画程序都缺少重心-这对于创建逼真的杂技来说是绝对必要的。事实证明，动画师现在依靠视频参考来手动创建逼真的动作。

我们的系列格斗游戏Shadow Fight非常重视动画。事实证明该项目非常成功，值得一提的是积极的打击效果动画。我们不能仅使用参考和运动捕捉来制作这样的动画。为此，我们创建了Cascadeur-一种用于创建物理上正确的动画的系统。

卡斯卡德尔它已经开发了将近十年，在这段时间内我们发现，要创建一个逼真的运动，就足以正确计算其主要参数：质心，惯性矩和支点力。

重心

重心是角色最重要的要点之一。它确定角色是否可以在给定位置保持平衡。

让我们看一下心爱的真人快打（Mortal Kombat）中的一个例子。Kitana打的拳头看起来很奇怪也不自然。考虑到她的姿势以及重心的移动方式，她将不得不向前摔倒。

这就是类似运动的实际外观。这个人在罢工期间转了一点弯，但与Kitana不同，他没有尝试打任何人，因此保持了平衡。

一个场景中可能有多个重心。例如，当这个女孩丢下手套时，他们开始相互远离，但他们的共同质心仍然保留。

重心是非常惰性的点。它不能减速或快速加速，它的轨迹必须始终保持平稳，尽管身体各个部位的轨迹可能非常尖锐。

弹道学

另一个重要点：角色在空中时，其质心的轨迹应始终为抛物线。无论角色在空中执行什么动作，他都必须沿着弹道移动。

在Cascadeur中，有一个用于创建此类轨迹的工具。动画师创建一条曲线，设置开始和结束姿势，并在必要时添加一个中间动画就足够了。曲线的高度可以手动调整，它确定角色在空中的时间。

一旦一切准备就绪，Cascadeur将计算轨迹，并且只能将其附加到角色的质心。结果，我们得到了一条合理的，物理上正确的跳跃路径。

角动量

角动量确定角色在给定位置的旋转。它取决于惯性矩和角色的旋转速度。

在下图中，惯性矩以两个灰色圆圈的形式表示。这些圆圈的半径由角色的姿势决定。姿势越打开，惯性矩越大。

箭头代表角动量。惯性矩越大，角色旋转的速度越慢，因为箭头需要更多的时间来描述一个完整的圆圈。相反，圆圈越小，旋转速度越快。

例如，这位滑冰者将双腿放到一边时旋转的速度比组装身体时要慢。

像质心一样，角动量是非常惰性的量。它不能突然出现或消失，而必须平滑变化。当没有支点时，它也保持飞行状态。直到飞行结束，旋转开始时的能量才应改变。

由于所有这些细微差别，跳跃中逼真的旋转几乎不可能手动进行动画处理：中间帧中的转弯应该如此精确。但是Cascadeur有一个用于此的工具。

他需要的只是一个粗糙的动画：初始和最终姿势，以及可能的某些中间位置。我们的算法计算出旋转的确切值并校正所有帧中角色的位置。

力在支点

枢轴点在角色移动中也起着重要作用，因此物理工具必须考虑到它们。当支点上的力和角色的质心上的力位于同一条线上时，它们不会影响旋转。如果不是这样，则角色开始旋转。

Cascadeur能够可视化这些力，并在计算角色的动作时将它们考虑在内。

例如，我们希望角色以特定姿势降落在支柱上。我们的程序将考虑枢轴点，独立计算所有必要的旋转，以使角色落在我们需要的确切位置上并且不会掉落。

除了物理定律之外，在创建战斗动画时，我们还使用另外两个原理。我们称其为分离与补偿，它们成功地补充了物理定律。

分离

分离是能量在一个地方累积并转移到另一个地方。设置强大的动画效果时，此原理适用。例如，在这里，角色用剑将其跳跃的所有能量转移到打击中。

另一个例子：这个跆拳道选手。他扭曲得很厉害，然后他的身体几乎停止了，只有腿在继续运动。结果，所有旋转能量都传递到腿上。

补偿

补偿是角色身体的一个或多个部分沿与总体运动方向相反的方向运动。这对于保持平衡并平滑质心的轨迹是必要的。

看一下这种连ail。在罢工期间，角色将连fl高举过头。但是连ail很重，可以拉回去，导致失去平衡。

为了补偿这种运动，角色将身体向前移动并稍微转弯。他们共同的质心先上后下，但角色本人的质心总是向前移动，以补偿这种运动。

结论

动画的逼真度经常被小的细节破坏：质心不按预期运动，或者角动量在错误的时间加速。这些小东西一起变得引人注目，破坏了整体印象。

12项原则是动画的良好基础，但仅当需要逼真的动作时，仅凭它们还不够。我们认为这些原则应以我们的物理工具加以补充。他们可以处理现实主义问题，让动画师专注于艺术成分。

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Banzai Games Senior Unity Developer. .