Симуляция невесомости с помощью программы Cascadeur



    Ранее мы исследовали, каким образом кошка разворачивается во время падения, чтобы приземлиться на лапы. Мы учли закон тяготения и провели наш эксперимент с ожидаемым исходом.

    Но что будет, если полностью отключить гравитацию? Представьте: космонавт находится в невесомости, а поблизости нет предметов, от которых он мог бы оттолкнуться. Сможет ли он развернуться в нужную ему сторону, используя лишь движения собственных конечностей? Давайте посмотрим, как справятся с этой задачей физические инструменты Cascadeur.

    Допустим, космонавт хочет развернуться на 180 градусов, чтобы увидеть, что находится у него за спиной. Если бы он стоял ногами на земле, то такое движение не составило бы труда. Но в космосе движения его верхней и нижней частей тела начинают компенсировать друг друга: он поворачивает грудь в одну сторону, а вот его ноги тут же поворачиваются в другую сторону — и в результате ему не удается развернуться.



    Похожую ситуацию можно воспроизвести и на Земле, если попытаться повернуться на обычном офисном кресле, не отталкиваясь ногами, или же на специальном гимнастическом диске.



    Cascadeur — это программа для создания physics-based анимации. Риги персонажей состоят из множества твердых тел, каждое из которых имеет массу и тензор инерции. За счет этого программа рассчитывает физическое поведение персонажей.



    Чтобы проверить, как в невесомости работают различные движения, сперва мы создали анимации этих движений, а затем применили к ним физические инструменты, установив нулевое значение гравитации.



    Важным моментом в условиях невесомости является то, что скорость центра масс никак не может измениться без приложения силы извне. Если центр масс персонажа был изначально неподвижен, то, вне зависимости от совершаемых движений, он все равно останется в том же самом месте в пространстве. Персонаж может лишь вращаться вокруг своего центра масс.



    На оригинальной анимации (пример слева) персонаж оглядывается за спину, сильно разворачивая верхнюю часть корпуса. Однако в реальных условиях невесомости такое движение было бы невозможно.

    После применения физических инструментов (пример справа) движение выглядит несколько иначе: персонаж уже не может развернуться так далеко, а его ноги начинают вращаться, компенсируя движение верхней части корпуса. При этом позы персонажа в каждом кадре остаются точно такими же, как и в оригинальной анимации!

    Однако вы можете развернуться в любом нужном направлении только за счет собственных движений даже в условиях невесомости. Это доказывает видео с реальными космонавтами!



    Мы взяли это видео в качестве референса и сделали быстрый набросок анимации, стараясь повторить позы космонавта.



    К сожалению, когда мы применили физические инструменты к этой анимации, результат оказался не слишком хороший. Наш космонавт никак не мог сделать первый разворот — с живота на спину.



    Мы решили, что дело тут в недостаточно активной работе рук, и сделали несколько анимаций, в которых усилили это движение. Это не особенно помогло — персонаж лишь слегка поворачивался на бок. Чтобы перевернуться на 180 градусов, ему понадобилось бы куда больше времени и усилий.

    Тогда мы стали изучать, какие движения персонажа влияют на его вращение и как именно они это делают. Оказалось, что для разворота с живота на спину нам необходимо усилить движения ног, а не рук!

    И вот анимация, в которой верхняя часть персонажа остается совершенно неподвижной, а ноги при этом подтягиваются к животу и описывают окружность.



    После применения физических инструментов центр масс остается на месте, верхняя часть тела компенсирует движения ног, а весь персонаж начинает вращаться целиком. Эта анимация стала выглядеть вот так:



    Таким образом мы развернули персонажа на 180 градусов — с живота на спину — при помощи двух круговых движений ногами, не задействуя движения рук!

    После того как наш персонаж развернулся на спину, ему оставалось сделать поворот по другой оси, чтобы принять вертикальное положение. Для этой цели хорошо сработает вращение конечностей вдоль тела.



    Таким образом, объединяя принципы этих движений, можно развернуться в невесомости в любую нужную сторону без внешнего воздействия!



    Вы можете самостоятельно в этом убедиться, посетив МКС или установив бесплатную бета версию Cascadeur.

    Узнать о Cascadeur больше:

    Вложенность нейросетей инструмента автопозинга в Cascadeur
    Почему 12 принципов Диснея недостаточно
    Cascadeur: будущее игровой анимации

    Средняя зарплата в IT

    120 000 ₽/мес.
    Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 3 348 анкет, за 1-ое пол. 2021 года Узнать свою зарплату
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 8

      0
      Что бы повернуться в невесомости, надо сонуться в подкову и постараться поверуться не разгибаясь, а потом вопрямится. ;-)
        0
        Сделайте гравитацию и скиньте кошку.
        0

        Я правильно понимаю, что при моделировании сопротивление среды (воздуха) не учитывалось? Или такие трюки возможны только в среде?

          0
          Конечно только в среде.
          Хотя… Если включить электродвигатель в невесомости, ротор и статор будут вращаться в противоположных направлениях. Если потом вращение остановить (заклинить ротор), то ротор и статор остановятся в новых угловых положениях. Применительно к человеку, он может развернуть ноги по часовой, а голову против часовой и в таком положении остаться. Но он не может в невесомости развернуться на 180 градусов целиком.
            0
            Ну вот и надо применять принцип электродвигателя к человеческому телу. Например: начинаем совершать круговые движения руками. Раз руки совершают вращательное движение — значит, с ними связан момент импульса, а по закону сохранения момента импульса, остальная часть тела будет вращаться в противоположную сторону. Приняв нужное положение, останавливаем вращение.
            0
            Снять с себя штаны и крутить их по нужным осям. Штаны есть всегда (ну или почти всегда, а статор и ротор в штанах надо ещё поискать)
            0
            Руку дернуть в право сильно. Нет?

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое