Rigging 3D là gì

Phim hoạt hình 3D là một loại phim hoạt hình đang được ưa chuộng nhất hiện nay, không chỉ riêng trẻ em mà con cho người lớn, trên thế giới hiện nay đã có rất nhiều phim hoạt hình 3D thành công trong lĩnh vực điện ảnh và đạt được những doanh thu phòng vé kỉ lục. Đã bao giờ bạn nghĩ mình có thể tạo ra một video phim hoạt hình 3d cho riêng mình hay không? Hãy cùng EventusProduction – đơn vị chuyên cung cấp dịch vụ làm video animation – motion graphic – phim hoạt hình 2d, 3d – Tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé.

Rigging 3D là gì

Phim hoạt hình 3d là gì?

Phim hoạt hình 3D là một thể loại của video animation, được thiết kế với không gian ba chiều tạo cho người xem cảm giác giống như thật, ứng dụng 3D trong phim hoạt hình giúp người xem trải nghiệm chân thực hơn rất nhiều, giống như trực tiếp có mặt trong những cảnh quay. Ở trong không gian đó sự chuyển động, hình ảnh, âm thanh không ngừng của các nhân vật trong phim luôn thu hút lôi cuốn người xem ngay từ những giây đầu tiên.

8 Bước cơ bản làm phim hoạt hình 3D cho người mới bắt đầu

Bước 1: Story board

Rigging 3D là gì

  • Storyboard là kịch bản của phim hoạt hình 3d, được trình bày dưới dạng bản vẽ, đây là giai đoạn phát triển từ ý tưởng tạo thành một câu chuyện (story) và cũng là bước quan trọng nhất trong thiết kế đồ họa cho phim hoạt hình 3d. Từ câu chuyện được tạo thành ấy, họa sĩ sẽ thiết kế thành các bản vẽ để xem xét mạch câu chuyện như thế nào (storyboard). Sau khi hoàn tất, các storyboard này sẽ được lồng ghép lại thành một bộ phim hoạt hình 3d dạng thô (rough editing) để xem sự hợp lý của bộ phim.

Bước 2: Dựng Layout

Rigging 3D là gì

  • Layout là quá trình tạo hình các vật thể đơn giản, tiếp theo bạn sẽ thiết lập camera để làm một đoạn phim và trình bày ý tưởng sao cho mọi người trong team dựng phim có thể hình dung và biết được triển khai như thế nào. Đây là giai đoạn khá quan trọng nếu không thực hiện tốt sẽ ảnh hưởng đến các giai đoạn tiếp theo.

Bước 3: Modeling

  • Bước này sẽ tạo chuyển động cho các nhân vật hoạt hình, các animator phải dựng lại các nhân vật này trong không gian 3 chiều trên máy tính dựa vào bản phác thảo, công việc này gọi là modelling. Họa sĩ modelling cần phải nhìn bản phác thảo và tưởng tượng ra được nhân vật đó ở trong thực tế như thế nào để có thể tạo khối một cách chính xác.

Bước 4: Texturing

  • Sau khi đã tạo hình được các nhân vật, bạn cần phải làm Texturing là chọn màu sắc và chất liệu để tô điểm cho nhân vật trở nên sống động hơn. Bước này đòi hỏi người làm phải sáng tạo, bạn phải hình dung được nhân vật tính cách ra sao, thích hợp với quần áo, trang sức, đầu tóc,… sao cho thích hợp với tính cách của nhân vật. Cố gắng tạo nhân vật hay chất liệu gần giống với màu thực tế để người xem dễ hình dung nhất.

Bước 5: Rigging

Rigging 3D là gì

  • Sau khi đã tạo được nhân vật với các dáng khác nhau, ta bắt đầu thực hiện rigging tạo hình ảnh 3d cho nhân vật và tạo chuyển động, diễn xuất như người (bước này còn được gọi là tạo xương cho nhân vật). Sau khi tạo xương xong, các animator sẽ gắn các nút chuyển động vào các khớp xương để dễ dàng điều khiển nhân vật theo ý họ mong muốn.

Bước 6: Animation

  • Sau khi đã hoàn tất hình dáng, màu sắc, kích thước cho nhân vật ta cần thực hiện đến animation, bước này giúp nhân vật có thể di chuyển sống động hơn, chân thực hơn.

Bước 7: VFX

  • VFX là bước mà chúng ta phải tạo thêm các hiệu ứng hình ảnh, âm thanh vào trong video 3d của mình. Các VFX atists sẽ sử dụng kĩ năng được phát triển bởi nhóm đồ hoạ áp dụng vào các cảnh của phim như nước, khói bụi, các vụ nổ,…

Bước 8: Linghting và rendering

  • Linghting và rendering là bước cuối cùng khi chúng ta đã thực hiện đúng kĩ thuật và thứ tự của các bước trên. Ánh sáng và màu sắc là 2 yếu tố vô cùng quan trọng trong nhiêp ảnh và không thể thiếu để tạo nên một thước phim 3d hoàn chỉnh. Người chịu trách nhiệm về ánh sáng cần xác định tính chất, màu sắc, cường độ của ánh sáng và cách ánh sáng chiếu vào vật thể ở chất liệu khác nhau. Ở bước này, các cảnh sẽ được điểm thêm ánh sáng (lighting) để thêm sinh động và xuất ra video cuối cùng.

Kết:

Qua bài chia sẻ các bước làm phim hoạt hình 3d cơ bản cho người mới bắt đầu, bạn đã có thể tự xây dựng cho mình được một bộ phim hoạt hình 3d. Tuy nhiên để có một bộ phim hoạt hình 3d chất lượng và sống động bạn cần thực hành nhiều và biết được các kiến thức nâng cao của các bước kể trên, biết cách tưởng tượng và sáng tạo nhân vật một cách khéo léo, khắc họa nhân vật một cách hợp lí, kết hợp giữa âm thanh và chuyển động hài hòa.

Có thể bạn quan tâm:

Nguồn: Trung Dũng – EventusProduction

eventusproduction 20/09/2020

Hoạt ảnh chỉ là một mô tả về những thay đổi dọc theo dòng thời gian. Đối với một đối tượng 3D, chủ yếu có ba cách để biến đổi lưới tam giác của nó để tạo hoạt ảnh:

(1) Hoạt ảnh thông qua các phép biến đổi affine , thường là cứng nhắc . Với các phép biến đổi cứng nhắc, chúng ta có thể di chuyển hoặc xoay một nhân vật. Với một biến đổi affine chung chung hơn, chúng ta cũng có thể chia tỷ lệ ký tự lên hoặc xuống. Xem ví dụ bên dưới.

(2) Hoạt hình qua các bộ xương , gắn liền với nhân vật. Các biến đổi cứng nhắc (đôi khi có cả tỷ lệ) được áp dụng cho mỗi chi. Chúng tôi sẽ giới thiệu khái niệm lột da ở phần sau, chìa khóa để hiểu cách thức hoạt động của phương pháp này.

(3) Hoạt ảnh thông qua biến đổi lưới, nghĩa là, di chuyển từng đỉnh của lưới riêng biệt và lưu giữ vị trí mới của nó hoặc bằng cách mô tả sự thay đổi của nó thông qua các chức năng đặc biệt. Trong phần mềm tạo mô hình 3D như Maya, bạn có thể tạo các hình dạng này bằng cách sử dụng một thứ gọi là Blend Shapes . Kiểm tra hướng dẫn này: Cách tạo hoạt ảnh cho một nhân vật bằng Blend Shapes . Tại Metail, chúng tôi biến hình đại diện của mình dựa trên một mô hình tham số mà chúng tôi đào tạo từ cơ sở dữ liệu gồm hàng nghìn bức ảnh quét người thực, vì vậy hình thái của chúng tôi được mô tả dưới dạng eigenvectors.

Một tệp hoạt ảnh chỉ đơn giản là lưu trữ các biến đổi khác nhau cho một vài khung hình chính . Bạn có thể coi keyframe như một bức ảnh chụp nhanh về thời gian. Ví dụ, tại thời điểm 0, tôi đang đứng và tại thời điểm 1 giây, tôi bắt đầu quỳ xuống. Hai giây sau, tôi có thể hoàn toàn ngồi xuống. Khi hoạt ảnh phát, chúng ta chỉ cần nội suy các phép biến đổi để tìm ra vị trí của mọi thứ giữa các khung hình chính đó.

Trong bài đăng trên blog này, chúng tôi sẽ tập trung vào hoạt hình xương. Để làm được điều đó, chúng tôi sẽ xem xét khái niệm về phép biến đổi không gian, và sau đó giới thiệu skinning, công cụ chính để biến đổi một lưới có khung.

Biến đổi không gian

Trong một bài đăng trên blog khác , chúng tôi đã xem xét ngắn gọn cách kết xuất hoạt động và đăng một con số để tóm tắt tất cả các biến đổi không gian được áp dụng cho một đối tượng 3D trước khi nó được hiển thị trên màn hình. Đây là hình tương tự, với một bước bổ sung để tính toán các phép biến đổi khớp trong cái mà chúng ta có thể gọi là không gian khớp :

Một phép biến đổi trong 3D thường được biểu diễn bằng một ma trận 4 × 4, chỉ chứa tỷ lệ, xoay và dịch, cho đến khi đạt đến không gian clip . Không gian clip đại diện cho những gì máy ảnh nhìn thấy, vì vậy ma trận biến đổi của nó cũng chứa một phép biến đổi phối cảnh. Kết quả được chuẩn hóa thành một khối đơn vị. Nếu bạn chuyển đổi trục ngang (x) và trục dọc (y) của khối lập phương đơn vị đó thành tọa độ pixel, bạn sẽ hạ cánh trong không gian màn hình , về cơ bản đó là những gì bạn thấy trên màn hình.

Ví dụ, chúng ta hãy tưởng tượng một họa sĩ hoạt hình đang làm việc cho bộ phim Antman tiếp theo. Bạn có thể nghĩ về người hoạt họa như một người múa rối:

  • di chuyển các chi của Antman để đưa anh ta vào một tư thế nhất định, trong không gian chung;
  • lặp lại quá trình đó cho một số khung hình chính của hoạt ảnh, có thể là đi bộ hoặc bay;
  • nếu Antman bây giờ cần trở nên nhỏ bé, chúng ta chỉ có thể áp dụng một phép chuyển đổi tỷ lệ trong không gian mô hình để giảm kích thước của nhân vật hoạt hình;
  • để cuối cùng đặt Antman lên trên bánh nướng nhỏ trong một cảnh bếp, trong không gian thế giới.

Tạo bộ xương

Bộ xương thường được tạo ra bởi một nghệ sĩ trong một quá trình được gọi là gian lận . Một giàn khoan chỉ là một loạt các khớp nối được sử dụng để mô tả hoạt ảnh. Bạn có thể coi khớp là một điểm neo đặt xung quanh điểm uốn hoặc xoắn trên cơ thể, ví dụ như khuỷu tay. Bởi vì hệ thống mô tả một hệ thống phân cấp của các khớp thông qua các kết nối của chúng, nên một khớp kế thừa các biến đổi của cha mẹ chúng. Vì vậy, nếu bạn vặn đùi sang phải, bàn chân của bạn sẽ hướng sang phải.

Một giàn hoặc khung xương rất cơ bản chỉ chứa các vị trí khớp và hệ thống phân cấp của chúng, nhưng bạn cũng có thể có định hướng, điều này có thể hữu ích để thể hiện sự xoắn của các chi dọc theo trục chính xác. Thông thường, chúng tôi sử dụng thuật ngữ xương thay thế cho thuật ngữ khớp . Đó là bởi vì, như chúng ta sẽ thấy trong phần lột da, chúng ta sẽ chỉ cần một ma trận duy nhất cho mỗi khớp hoặc xương để tính toán vị trí đỉnh cuối cùng. Nhưng trong phần mềm mô hình 3D, thông thường xương không chỉ là một ma trận biến đổi, mà là cấu trúc kết nối hai khớp. Vì vậy, nếu bạn có một khớp ở vai và một khớp khác ở khuỷu tay, thì xương vai là phần kết nối vai với khuỷu tay. Do đó, bạn có thể mô tả xương về vị trí bắt đầu, chiều dài và khả năng xoay.

Một giàn khoan tốt là gì?

Không có một cách duy nhất để cố định một đối tượng. Hình minh họa dưới đây cho thấy các giàn có thể có cho một quả cầu.

Đây là tất cả các giàn "tốt", tùy thuộc vào loại hoạt ảnh mà chúng tôi đang nhắm mục tiêu. Ví dụ, nếu chúng ta muốn tạo hoạt ảnh của một blog đang di chuyển về phía trước, có thể sử dụng bất kỳ thiết bị nào trong hai giàn đầu tiên. Cái thứ hai tách cơ thể theo trái và phải, vì vậy, đốm màu đầu tiên có thể di chuyển một bên của cơ thể và sau đó là bên kia. Giàn thứ ba trông giống như bộ xương của một người. Điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể tạo hoạt ảnh của một người được nhắm mục tiêu đến hình cầu đó. Nếu chúng ta có một hoạt ảnh đi bộ, nó sẽ giống như một người đang ở bên trong đốm màu và cố gắng tiến về phía trước.

Chú ý rằng các khớp không cần phải ở bên trong cơ thể. Ví dụ cuối cùng ở trên có thể được sử dụng để mô hình một đốm màu chuyển động trông giống như một con sao biển. Các khớp có thể là những suy nghĩ như những sợi dây kéo lưới từ bên ngoài.

Tranh cân

Cho đến thời điểm này, không có gì sẽ di chuyển trên màn hình. Hệ thống này được sử dụng để xác định khái niệm về cách chúng ta muốn mọi thứ được tạo hình hoặc hoạt hình sau này. Nhưng để đối tượng thực sự thay đổi, nghệ sĩ cần vẽ mỗi đỉnh của lưới với một trọng lượng . Trọng lượng là một số từ 0 đến 1 liên quan đến một khớp cụ thể. Bạn có thể có nhiều hơn 1 trọng số cho mỗi đỉnh và tổng của tất cả chúng phải bằng một. Những gì mỗi trọng lượng đang nói là bao nhiêu mỗi khớp đóng góp hoặc ảnh hưởng đến mỗi đỉnh. Đối với ví dụ về hình cầu trước, chúng ta có thể vẽ hình cầu theo nhiều cách khác nhau:

Trong 2 ví dụ đầu tiên, nếu bạn kéo khớp liên kết với vùng màu đỏ, chỉ vùng màu đỏ đó sẽ di chuyển. Nếu bạn kéo cả hai khớp theo hướng ngược nhau, quả cầu của bạn sẽ căng ra như bột nhào.

Sơn trọng lượng thường được biểu diễn dưới dạng bản đồ nhiệt trong phần mềm mô hình 3D. Khi bạn chọn một khớp ở chế độ sơn trọng lượng, bạn sẽ thấy màu đỏ các đỉnh có 1 là trọng lượng cho khớp đó và màu xanh lam nơi có trọng lượng bằng 0. Dưới đây, bạn có thể xem ví dụ về cánh tay của một trong các hình đại diện của chúng tôi:

Trong ví dụ, tôi đã chọn khớp vai. Vì toàn bộ màu đỏ, cánh tay trên chỉ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi đối với khớp này. Tuy nhiên, nách xuất hiện màu xanh do không chỉ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của khớp vai mà còn do sự biến đổi của khớp cổ. Lưu ý rằng nếu tôi uốn cong vai, cẳng tay cũng sẽ di chuyển, mặc dù nó có màu xanh lam (trọng lượng bằng 0). Điều này là do khớp khuỷu tay thừa hưởng các biến đổi từ khớp vai, như đã giải thích trước đó. Các đỉnh của cẳng tay chỉ cần liên kết với khớp khuỷu tay (xương cẳng tay).

Lột da

Skinning, còn được gọi là pha trộn đỉnh, bao bọc, hoặc biến dạng khung xương-không gian con, là quá trình biến đổi các vị trí đỉnh lưới theo giàn mà chúng ta đã tạo trước đó. Phương trình lột da phổ biến nhất là sự pha trộn tuyến tính được mô tả dưới đây:

Mỗi đỉnh của lưới được chuyển thành không gian chung, thông qua ma trận liên kết. Sau đó, bạn áp dụng phép biến đổi khớp cho thời điểm cụ thể đó. Điều đó sẽ chuyển đổi trở lại không gian mô hình. Bạn áp dụng trọng lượng cho khớp đó và tính tổng hoạt động tương tự cho tất cả các khớp ảnh hưởng đến đỉnh đã cho đó. (Tôi đang sử dụng cùng một danh pháp như trong Kết xuất thời gian thực [1])

Đây là một ví dụ về uốn và xoắn của cánh tay mà tôi đã trình bày trước đó:

Tạo tác lột da

Phương trình pha trộn tuyến tính không quan tâm đến việc bảo toàn thể tích. Nó chỉ đơn giản là nội suy các vị trí đỉnh mới dựa trên một tổng có trọng số. Điều đó có nghĩa là nếu bạn uốn cong vai quá nhiều, vùng gần khớp có thể bị phồng lên :

Tương tự, nếu bạn vặn vai quá nhiều, bạn sẽ tạo ra thứ mà nó thường được gọi là hiện vật bọc kẹo :

Có những lựa chọn thay thế cho sự pha trộn đỉnh tuyến tính để giải quyết những vấn đề đó. Kiểm tra khóa học SIGGRAPH 2014, Skinning: Biến dạng hình dạng thời gian thực . Một trong những lựa chọn thay thế là sử dụng quaternion kép. Đây là minh họa từ khóa học SIGGRAPH đó:

Sửa chữa đồ tạo tác bằng các khớp nối phụ

Một cách tiếp cận phổ biến khác để giải quyết các hiện vật lột da là bằng cách thêm các khớp bổ sung, vì vậy chúng tôi có thể chia các vòng quay giữa các khớp. Ví dụ, nếu chúng ta muốn xoay cẳng tay 180 độ, chúng ta có thể thêm một khớp nối giữa khuỷu tay và cổ tay, và tách phần xoắn giữa hai khớp. Khớp khuỷu tay có thể xoay 90 độ, và giữa cẳng tay có thể xoay 90 độ nữa, vì vậy khi chạm tới bàn tay, chúng ta đã vặn 180 độ rồi. Xem hình minh họa bên dưới:

Bạn phải cẩn thận với những khớp phụ này. Cái mà tôi đã mô tả ở trên chỉ được sử dụng để vặn. Chúng ta có thể uốn cong cánh tay của mình từ khuỷu tay, nhưng không phải từ giữa cẳng tay. Nếu bạn sử dụng chúng để uốn cong, bạn có thể tạo ra những cánh tay trông giống như cánh tay cao su. Xem bên dưới:

Tài nguyên

Ngoài phần mềm tạo mô hình 3D như Maya (của Autodesk) hoặc Blender (Mã nguồn mở), tôi khuyên bạn nên xem qua mixamo của Adobe - đó là một dịch vụ web cho phép bạn tải lên một lưới (hình người), sau đó nó sẽ tự động thiết bị cho bạn . Có một số bộ xương để bạn lựa chọn và phần mềm sẽ tự động tách lưới cho bạn (tức là chỉ định trọng lượng phù hợp). Bạn cũng có thể thử nhiều hoạt ảnh được tham số hóa từ cùng một trang web.

Phương trình lột da khá đơn giản nên không phức tạp khi bạn tự thực hiện. Tôi đã tạo một Trình xem mô hình dựa trên WebGL cho phép bạn xem các khung hình chính trong hoạt ảnh. Tôi đã tiếp tục phát triển nó ở đây tại Metail để chúng tôi có thể làm những việc như hình dung tất cả các trọng lượng lột da đồng thời, thay vì sử dụng bản đồ nhiệt cho mỗi khớp. Đầu ra trông như thế này,

Điều này rất quan trọng đối với chúng tôi để chúng tôi có thể thấy ranh giới của các vùng da khác nhau kết thúc ở đâu đối với bất kỳ hình dạng cơ thể tùy ý nào mà chúng tôi tạo ra. Chúng tôi cũng có thể sử dụng nó để so sánh trực quan các giải pháp lột da tự động khác với của chúng tôi. Bạn có thể xem bên dưới so sánh trực quan giải pháp gian lận tự động Mixamo của Adobe (trái) với kết quả của chúng tôi (phải), sử dụng cùng một bản quét 3D làm đầu vào:

Tóm lược

Hoạt ảnh khung xương chỉ là một bước chuyển đổi không gian bổ sung trong quy trình kết xuất của bạn. Về mặt toán học, nó chỉ là nhiều phép nhân ma trận hơn để di chuyển từ không gian này sang không gian khác. Trong hoạt ảnh, các ma trận này sẽ thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, việc tạo ra các hình ảnh động tốt bao gồm một quá trình nghệ thuật không nhất thiết phải tương ứng với giải phẫu người thật. Ví dụ: để ngăn chặn những thứ như hiện vật bọc kẹo, chúng tôi có thể tạo thêm các khớp nối trong khung xương của chúng tôi để phân phối xoắn.

Tại Metail, chúng tôi tạo hình đại diện 3D với các hình dạng cơ thể tùy ý, được biến đổi dựa trên mô hình toán học sử dụng số đo băng của người dùng làm đầu vào. Hình đại diện kết quả có một bộ xương có thể được tạo ra. Hình đại diện được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp lột da được thảo luận ở đây.

Người giới thiệu

[1] Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, Naty Hoffman. Kết xuất thời gian thực, phiên bản thứ ba . AK Peters, 2008.

Được xuất bản lần đầu tại https://tech.metail.com vào ngày 17 tháng 6 năm 2019.