3ds max高级教程：创建带有骨骼动画的机器人模型

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然而，下面我们示例机器人腿的第一个版本不是很现实，因为它会像没有肌肉的骨骼结构一样坍塌。在第二个版本中，我们将添加一些机器人“肌肉”，第三个版本将包括软管。点击部分图片下方的下载链接，下载相应场景。

1. 一条人的腿

当装配人的腿时，当膝盖弯曲时，网格会变形，将顶点在一侧彼此推开，在另一侧相互靠近。这是通过使用将网格的顶点绑定到骨骼的皮肤修改器来实现的。顶点的颜色表示权重值，该值决定了移动关节对这些顶点的影响程度。红色顶点代表最刚性的部分。

2. 我们的机器人腿示例

机器人通常由金属、塑料或其他一些不会变形的坚硬和刚性材料制成。下图显示了构成示例腿基础的五个对象。

3. 装配我们的示例机器人腿

像往常一样，我必须注意，以下内容只是执行此操作的一种方式，这并不一定意味着它是方法（我们稍后实际上会展示另一种方式）。下面的图3a显示了构成这条腿的物体的（未平滑）线框。单击它下面的链接下载场景，或者通过单击图片 3h 下面的链接下载包括骨骼在内的场景，或者如果您现在不想实际做任何这些，只需观看图片。

上图中的红点表示对象的枢轴。在您可以下载的场景中，我已经将它们移动到了正确的位置。UpperLeg的枢轴与Cylinder01的枢轴位于完全相同的位置，LowerLeg的枢轴与Cylinder02的枢轴位于同一位置。切换到顶视图时，它们都对齐。您添加的骨骼必须准确地在这些枢轴点开始或结束。

确保骨骼正确定位的一种方法是捕捉枢轴。使用此方法时，从顶部查看时，所有枢轴对齐也很重要。如果您的机器人中它们不是，并且对齐它们太复杂或太困难，您可以跳过以下捕捉设置，只需绘制骨骼，将它们全部选中并将它们移动到腿的中心（顶视图）。要使用捕捉设置，请右键单击主工具栏上的捕捉切换按钮，然后选择枢轴并在必要时清除其他按钮（见图 3b）。现在点击捕捉再次切换按钮（用鼠标左键）启用它。

单击命令面板的“创建”选项卡上“系统”部分中的“骨骼”按钮，如下图所示 3c。选择“样条线IKSolver”作为“IK 求解器”并启用“分配给子级”（如果您愿意，可以使用其他 IK 规划求解器，也可以根本不使用任何规划求解）。

现在，通过单击图 1d 中显示的点 2、3 和 3 绘制骨骼，然后右键单击视口中的任意位置以停止。点 1、2 和 3 是柱面 01、柱面 02 和柱面 03 的枢轴点。

当下面图 3e 所示的样条曲线 IK 求解器对话框打开时，只需单击“确定”。

现在，在将骨骼连接到腿部之前，您应该确保骨骼的枢轴正确定位在四肢的枢轴上，我们添加的样条曲线 IK 求解器会稍微移动它们。要移动骨骼的枢轴，请单击命令面板的“层次结构”选项卡上的“仅影响枢轴”按钮，然后禁用命令面板的“运动”选项卡上的“已启用”按钮。

然后选择骨骼的枢轴并将其移动到正确的位置。确保放大并将其准确地放置在四肢枢轴的中心。您可能还希望首先通过再次单击“对齐”切换按钮来禁用对齐到透视设置。如果由于某种原因您无法将它们放在正确的位置，则无需继续，因为整个设置取决于枢轴的位置。

当您确定枢轴位置正确时，选择 Cylinder01 并将其链接到 UpperLeg。选择“圆柱 02”并将其链接到“小腿”，并选择“圆柱 03”并将其链接到“小腿”。要将一个对象链接到另一个对象，请单击主工具栏上的“选择并链接”按钮，选择要链接的对象，然后拖动到要链接到的对象。如果操作正确，您链接到的对象将闪烁一次白色。

我们将使用相同的选择和链接方法将对象链接到骨骼，而不是使用 Skin 修改器。将大腿链接到上骨骼，并将小腿链接到下骨骼。

完成上述所有操作或使用下面的链接下载包括骨骼在内的场景后，选择 IK 链或任何点助手并移动它。膝关节现在应如图3g所示操作，在运动过程中没有任何物体变形。

4. 另一种方法

在我们继续这条腿并增加一些肌肉之前，我们将使用另一种方法来装配这条腿。正如有人善意地向我指出的那样，没有绝对需要使用骨头.如果你特别不熟悉索具角色或机器人，你可能想选择上面讨论的骨骼方法，但机器人通常本身就是一个骨架，不需要骨骼。3D Studio Max 允许任何对象像骨骼一样工作，还允许您将 IK 求解器分配给任何分层对象集。同样在这种类型的“骨骼”设置中，绝对必须将物体的枢轴置于正确的位置。稍后我们将用一些图片来说明这一点。

若要使其与前面的示例一起使用（删除前面的骨骼结构或使用之前下载的场景），并将对象相互链接，如下所示：

气缸03 -> 小腿小腿->缸02

气缸02 -> 大腿

大腿->气缸01

按主工具栏上的示意图（打开）按钮，检查层次结构现在是否正确，如图 4a 所示。

现在，您需要做的就是向此层次结构添加一个 IK 求解器，使其像机器人腿一样工作。您可以使用您喜欢的 IK 求解器，但在本例中，我们将使用独立于历史记录的求解器。选择“柱面 03”，从“动画”菜单的“IK 求解器”部分中选择“HI 求解器”，然后选择“柱面 01”。要防止将求解器链接到 UpperLeg 而不是 Cylinder01，请使用“按名称选择”选项，这基本上意味着您应该在从菜单中选择 HI 规划求解器后按键盘上的 H 键，然后从列表中选择 Cylinder01，而不是在视口中单击它。

如果您正确执行了前面的任务，则结果应如图 4b 所示，选择了 IK 链。如果您移动IK链条，则腿应该可以工作。为了使此支腿的动画任务更加方便，您应该将 IK 链链接到点助手。

可以通过单击命令面板上“创建”选项卡的“帮助程序”部分中的“点”按钮，然后单击视口中的某处来创建点帮助程序，如下面的图 4b 所示。在这种情况下，我建议你把它放在腿底部的某个地方。使用前面讨论的相同选择和链接方法将 IK 链链接到点帮助程序，以便可以通过移动点帮助程序来对腿进行动画处理。

如果您的机器人具有复杂的几何体，并且对单个对象进行动画处理会大大减慢计算机的速度，则可以将 3D Studio Max 配置为将对象显示为骨骼。使用前面步骤中的示例腿时，您应该选择圆柱01、02、03、大腿和小腿，然后从“字符”菜单中选择骨骼工具。在“骨骼工具”对话框中启用“骨骼打开”选项，如下所示。

接下来，打开命令面板上的“显示”选项卡，向下滚动，然后在“链接显示”部分中启用“显示链接”选项和“链接替换对象”选项。

结果应如下图所示图4e。

或者，您可以仅启用“显示链接”选项，并在“链接显示”部分的正上方启用“显示属性”部分中的“显示为框”选项。结果应如下图所示图4f。

5. 肌肉

正如我之前提到的，上面示例中使用的腿不是很现实;它需要一些肌肉来使其自动移动，同时赋予它一些力量。您可以自行制定机制，但也可以使用现代现实世界机器人中使用的三种主要方法之一：

电动机

对于上面的示例腿，这将是简单的出路，因为您“只需要”增加膝关节的尺寸并将其修改为如下所示的照片 I 所示，因此电动机可以安装在里面变得可行。此外，装配机器人很容易，因为您可以使用我们之前讨论的方法之一。

图一. 由电动机驱动的工业机械臂。

液压/气动/磁性活塞

为机器人提供动力的另一种常用方法是活塞。活塞（见下面的照片II）基本上由一根进入管内的金属棒组成。加压空气或油被泵入活塞以推出金属棒。这通常是机器人移动时你在这里的声音。如果你想使它们逼真，你应该在上面安装一根软管，这会导致机器人内部或上方的压缩机。这些液压或气动活塞比电动机强大得多。较小的活塞可以使用磁力来拉动或推动金属棒。后者将连接电线，而不是软管。

照片二.起重机由液压活塞提供动力。

图 5a 和 5b 显示了我们的第二个示例腿。它包括一个由两个气缸组成的活塞，称为Piston_PA和Piston_PB。两个额外的气缸（P_Axis_A和P_Axis_B）形成活塞部件的轴线。

正如你在下面的图 5c 中看到的，我们已经用两块骨头和一个 IKSplineSolver 装配了腿。您可以通过单击图片下方的链接下载场景。

首先，我们将活塞的部件连接到腿上，如下所示：

P_Axis_A -> 大腿 P_Axis_B -> 小腿

Piston_PA -> P_Axis_A

Piston_PB -> P_Axis_B

腿的层次结构现在应该与图 5d 完全相同。

如果我们弯曲膝盖，例如使用下辅助器（Point3），活塞的两个部分将无法正确对齐，并且会“断裂”，如下图所示5e。

（如果移动了支腿，请按使用撤消（Ctrl-Z）将其移回其原始位置。

为了确保金属棒留在管内，我们需要使用约束，在本例中为 Look At 约束。与本教程前面的部分一样，活塞部件枢轴的位置对于使其工作至关重要。P_Axis_A和Piston_PA的枢轴完全在同一位置，P_Axis_B和Piston_PB的枢轴也完全相同。我们已经在可下载的场景中完成了此操作，方法是选择在同一轴上具有枢轴的部分，启用“仅影响枢轴”按钮（请参阅图 3f）并使用对齐工具（在“前”、“上”和“左”视图上）。

我们需要添加两个 Look Look T 约束，一个用于活塞的每个部分。选择Piston_PA，然后从动画菜单的约束部分中选择查看，如下图 5f 所示。

按键盘上的 H 键，选择P_Axis_B，然后单击“选择”按钮。Piston_PA现在改变了方向。要确保它指向原始方向，请启用命令面板“运动”选项卡上“参数”部分的“保持初始偏移”选项，如下图所示 5g。（添加“查看”约束时，参数部分会自动打开。

对活塞的其他部分重复此步骤，换句话说：选择Piston_PB，从动画菜单中选择查看约束，选择P_Axis_A作为目标（使用 H 按钮选取它）。同时再次启用“保留初始偏移”选项。所以我们所做的是让活塞的一部分“看”另一部分的轴。方向用蓝线表示。如果选择辅助器Point03并再次移动它，您将看到金属球棒整齐地滑入管中，如下图所示5h。

为了使它更逼真，我们需要将管道或软管连接到液压或气动活塞上，并且我们需要确保它在腿移动时移动和/或弯曲。有很多方法可以做到这一点，但相对容易的是使用扩展的原始软管。使用软管原语的优点是您不需要安装它;没有骨头，也没有IK。相反，除了软管之外，我们还将添加两个额外的气缸，并让软管在这些气缸处开始和结束。

在下面的图5i中，您可以看到我们放置两个气缸的位置。左边的圆柱体链接到UpperLeg，另一个链接到Piston_PA。这些气缸代表软管的入口点，例如电线的连接器。您可能希望使用比圆柱体更复杂的东西，但请确保它是一个单独的对象。