I could almost go there
Just to live in a dream...

Так поет Нора Джонс. И текут мысли во что-то ускользающее, как Миссиссипи в ночную прерию, плавно... И вдоль берегов остановившегося времени летит мустанг, который не на колесах, а на копытах, медленно сокращая мышцы на тонких ногах. Два-Три-Раз...Полет... Два-Три-Раз...Полет... Если бы не ватное время, то, пожалуй, это очень быстрый аллюр, показательный, стройный, ритмичный. Слышите? Да... Не цепляет... Правильно - это только типичная ошибка при постановке задачи. А задачка - проанимировать бег рысака. Вот и померещилось неведомо что под Нору Джонс. Романтику нужно формализовать, как бы этого ни не хотелось. Приступим.

Тайминг. Интересное слово. В ста случаях из ста аниматор сделает ошибку именно по этой позиции. Хотя бы потому, что хочется подчеркнуть красоту движения, и неоправданно завышается необходимое время на определенное движение. Получается красиво - замедленно, но... чисто умозрительно и неправильно. Что же такое тайминг? Не давая классических определений, можно предположить, что это нечто, связанное с ритмом движения, любого: шаги командора, вращение балерины, бег иноходца, удары прибоя, колыхание коньяка в бокале, вздохи подруги, шуршание дензнаков, даже течение самого времени, да мало ли движения вокруг, все, что живет - шевелится. А если и не шевелится, то... прикидывается. Следующее предположение: чем точнее тайминг, тем реальнее имитация. Вероятно, с этим можно спорить, ведь даже Motion Capture не даст полного оживления персонажа. Но "дыхание души" - это уже следующий этап! А до этого придется кому-то выполнить кропотливую работу, когда этот кто-то въедливый с секундомером и блокнотом сто раз заставляет потную лошадь бегать и бегать по рингу. Уже стройная наездница, поначалу прямо и насмешливо взирающая на "этого чудака", глядит довольно злобно, да и сама вспотела. А он все замеряет, хотя уже час как перестала "звенеть музыка в саду", и не дождешься ни букета, ни внезапного взгляда из-под "золота ресниц". Отбросить бы эту рутину (если не считать наездницу) и вникнуть в записи, чтобы поинтересоваться процессом и сделать правильные выводы для вычисления тайминга движения. Ну-ка:

- Аллюр, как движение, можно подразделить на шаг, рысь и галоп.

- Шаг - это четырехтактное движение. Это значит, что при шаге подкованной лошади, можно услышать четыре характерных удара по следующей схеме - переднее правое копыто, заднее левое копыто, переднее левое копыто, заднее правое копыто. Визуально это выглядит так, будто задняя нога подбивает переднюю по одной стороне, затем по другой. Цикл шага составляет примерно 1 секунду. Длина размеренного шага (между передними или задними ногами) около 1 метра. Таким образом за цикл зверюшка может переместиться на длину в 2 шага, то есть на 2 метра. Это составляет скорость перемещения 7,2 км/час. Можно добавить, что шаг может быть Собранным, Свободным и Прибавленным.

Рис.1. Свободный шаг лошади.

- Рысь тоже может быть Собранной, Свободной и Прибавленной. Рысь - это аллюр со скоростью от 30 до 50 км.час (Считается, что в Америке, в ихних, блин, прериях, лошади резвее, чем наши Буденновские). При этом явно выделяется два удара - одновременно бьют левое переднее и правое заднее копыто... пауза (первый такт), затем правое переднее вместе с левым задним... снова пауза (второй такт). Паузы есть после каждого удара - это фаза зависания или подвисания, поскольку лошадка бежит. То есть цикл движения составляется из двух тактов. Предположим, что лошадь наша отечественная и лениво так движется Свободной рысью, не напрягаясь, со скоростью в 36 км/час (10 м/сек). Цикл примерно 0,7 сек. За это время лошадь переместится на 7 метров. Таким образом перемещение за каждый такт составит 3,5 м, а длина такта 0,35 сек. За это время лошадь ставит пару копыт на землю, опираясь на них, переносит свой центр тяжести и перемещает корпус на некоторое расстояние, отрывает ноги от земли и летит, откинув копыта, до следующего касания. Максимально анатомически возможный шаг лошади при рыси составляет 1,5 метра. Значит можно расчитать время контакта каждого копыта с землей: Tg = 1.5м * 0.7сек / 7м = 0.15 сек. Легко вычислить, что фаза зависания составит Tf = 0.7сек/2 - 0.15сек = 0,2 сек. За время полета корпус пройдет расстояние в 2 м. Кстати говоря, иноходцы резвее обычных рысаков, у них при прочих одинаковых качествах длина шага чуть больше по банальной причине - отсутствует перехлест задней и передней ног. А вот рысаков с таким перехлестом бракуют или переучивают, плохая привычка ведет к падениям.

Рис.2. Аллюр Собранной рысью.

- Галоп - это "затактное" по музыкальной терминологии четырехфазное движение. Причем явно выделяются 3 удара копыт и пауза. Галоп по скорости движения подразделяется на Манежный, Кентер, Полевой и Карьер. 60 км.час в Карьере - это нормально. Началом цикла галопа считается удар перед фазой подвисания одним из передних копыт, что соответствует Галопу с левой или правой ноги. На Рис.3. цикл галопа начинается с левой передней ноги, это удар 1. После фазы подвисания следует удар 2 правым задним копытом. Затем сдвоенный удар 3 левым задним и правым передним копытами. Это объясняет странный ритм в начале этого текста "Два-Три-Раз...Полет".

Рис.3. Галоп с левой ноги

- Самое время вспомнить о задаче и построить работу согласно расчетам по описанию свободной рыси. Моделей лошадей в интернете сколько угодно, насобирать можно не одно ранчо, так что экспериментировать можно свободно. В Maya импортирована полигональная модель, построен скелет, для удобства "рулением" на него навешены управляющие элементы в виде окружностей разного диаметра, которые ограничивают по типу Point и Orient движение суставов в режиме Прямой кинематики FK и управляют гномонами инверсной кинематики IK. Кроме того на гномоны IK наложены ограничения PoleVector выдвинутыми управляющими локаторами для корректировки положения "коленей и локтей" лошадки. После скиннинга произведена анимация аллюра рысью в соответствии с расчетами по пункту "Рысь". Движение передних ног начинается с плеча, шея задействуется на мгновение позже и, напрягаясь, утягивается в противоположную от выбрасывающейся ноги сторону и вперед, обуславливая характерное кивающее движение головой. Особенно это заметно при шаге и галопе. Но чем собранней рысь и быстрее, тем движение менее заметно. Плечи и тазовые сочленения должны иметь возможность перемещаться и по вертикали, это должно быть видно при опоре ноги на землю, когда корпус, немного проседая, рассинхронизируется с этими областями тела. Чтобы сымитировать нечто подобное в скелетоне были предусмотрены кости вроде ключичных, относительно которых могли вращаться плечи, создавая вертикальные перемещения. Таз же просто вращался, но в сочетании с проседанием позвоночника, достигался похожий эффект. При свободной рыси лошадь должна выглядеть мягче, свободнее, ее массы движутся более инерционно. А вот при Пассаже (вид собранной рыси) лошадь избыточно напряжена и жестка, почти прямолинейно летит, едва касаясь земли копытами. Результаты эксперимента можно посмотреть здесь. А тут вот даже со всадником. Благодарю Андрея Тарновского (DFS) за консультации, сайт http://www.horse.ru, http://splusha.iskranet.ru/Vsyachina/anim/animashki.htm за специальную информацию и рисунки.

Литература.

1. Гарольд Уайтэкер, Джон Халас "Тайминг в анимации" перевод Ф. Хитрук.

2006-09-11

Больше похоже на мелкие советы, но никак не на полноценный урок.