Pola Sił (Space Warps) Pola sił, to obiekty które pomagają symulować pewne zjawiska nie dające się przedstawić zwykłymi metodami. Pola sił można podzielić na dwie grupy: - działające na cząsteczki - działające na obiekty siatkowe Wszystkie dostępne pola można znaleźć w zakładce Create/Space Warps. Pierwsza grupa obiektów są Forces (1). rys 1. Zakładka Space Warps /Forces Pierwsze z pól sił to Push (2). Pole to działa na systemy cząsteczek opisane w poprzednim rozdziale. Efekt oddziaływania pola jest różny, w zależności od zastosowanego systemu cząsteczek. Działanie tego pola polega na ustalaniu pewnej stałej siły działającej zgodnie z kierunkiem ruchu cząsteczek, lub w kierunku przeciwnym. Szerokość działania siły jest nieskończona, prostopadła do kierunku. Można ograniczyć jej zasięg poprzez parametr Range. Pole to posiada następujące parametry: Sekcja Timing: - On Time/Off Time - numer klatki w której pole rozpocznie i zakończy swoje działanie. Sekcja Strenght Control : - Basic Force ustala siłę oddziaływania pola na obiekt. - Newtons/Pounds definiuje jednostkę siły. Jeden P 4.5 N - Feedeback on jeżeli opcja jest włączona zróżnicowanie działania siły zależy od szybkości cząstek zdefiniowanej w oknie Target Speed, na które wywierany jest wpływ pola. Jeżeli opcja jest wyłączona, siła oddziaływania pola pozostaje niezmienna bez względu na prędkość cząstek na które oddziałuje pole. - Reversible jeżeli opcja jest włączona, działanie siły zostanie odwrócone w przypadku gdy szybkość cząstek przewyższy parametr Target Speed. Dostępny tylko przy włączonej opcji Feedback. - Target Speed określa maksymalną szybkość w jednostkach/klatkę jaką osiąga obiekt zanim aktywuje się efekt Feedback. Dostępny tylko przy włączonej opcji Feedback. - Gain reguluje szybkość wzrostu działania siły w stosunku do cząstek osiągających wartość parametru Target Speed. Jeżeli wartość ustawiona jest na 100 korekta działania siły jest natychmiastowa.
rys 2. Roleta Push Force. Sekcja Periodic Variation wprowadza zakłócenia do działania siły, poprzez oddziaływanie na wartości zdefiniowane w sekcji Basic Force. - Enable udostępnia parametry tej sekcji. - Period 1 ilość klatek przez które zakłócenia osiągną pełny cykl. Np. dla 20 pełny cykl będzie trwał 20 klatek. - Amplitude 1- określa siłę zakłóceń w procentach. - Phase 1 ustala przesunięcie dla zakłócenia - Period 2 wprowadza dodatkowe zakłócenia w celu zwiększenia szumu. - Amplitude 2 określa siłę zakłóceń dodatkowych - Phase 2 określa przesunięcie dla zakłóceń dodatkowych. Sekcja Particle Effect Range pozwala na ograniczenie działania siły, do pewnego zasięgu zdefiniowanego w oknie Range. - Enable włącza możliwość zdefiniowania zasięgu dla działania efektu Push
- Range definiuje zasięg działania efektu Push. Sekcja Display Icon pozwala na zdefiniowanie rozmiaru ikony pola sił. Kolejnym polem sił jest Gravity (Grawitacja) (3). Jak się można łatwo domyśleć pole to pomaga w symulowaniu grawitacji. Podobnie jak Push działa ono na cząsteczki. rys 3. Parametry pola Gravity. Pole to ma niewiele parametrów. Cala roleta dzieli się na dwie sekcje: force i display. Sekcja Force pozawala na zdefiniowanie siły działania pola na obiekty. Dostępne parametry: - Strenght określa siłę z jaką obiekty są zciągane do dołu - Decay zwiększanie tego parametru powoduje wygasanie siły grawitacji w zależności od odległości obiektów od ikony pola. - Planar efekt przyciągania działa prostopadle do ikony pola siły (efekt działania pokazuje strzałka) - Spherical efekt grawitacji jest sferyczny. Nadaje się do tworzenia fontanny lub planet. Sekcja Display pozwala określić rozmiar ikony pola sił. - Range Indicators jeżeli ta opcja jest zaznaczona, oraz wartość Decay > 0, wtedy opcja ta pokazuje w którym miejscu wartośc siły będzie równa połowie siły maxymalnej. - Icon Size określa rozmiar ikony pola. Kolejnym polem sił jest pole Wind (wiatr) (4). Pole to pozwala na symulowanie wiatru w scenie. Pole to działa tak jak powyższe pola na cząsteczki, ale może też oddziaływać na obiekty siatkowe np. przy użyciu modyfikatora Flex. Pole Wind posiada następujące parametry: Sekcja Force pozwala na zdefiniowanie z jaka siłą pole oddziałuje na obiekty: - Strenght - określa siłę oddziaływania pola na obiekty - Decay - zwiększanie tego parametru powoduje wygasanie siły wiatru w zależności od odległości obiektów od ikony pola. - Planar - wektor działania siły jest prostopadły do ikony pola (kierunek działania wskazuje strzałka) - Spherical siła działa w sposób sferyczny.
rys 4. Roleta pola Wind. Sekcja Wind pozwala na wprowadzenie zmian w parametrach zdefiniowanych w sekcji Force: - Turbulence wprowadza efekt turbulencji cząsteczek. Im większa wartość tym silniejsze turbulencje. - Frequency jeżeli wartość ustalona jest na większą od 0, powoduje okresowe zmiany turbulencji. Sekcja Display posiada takie same parametry jak w przypadku pola Gravity. Następnym polem sił jest pole PathFolow (5). Pole to przypisuje ruch cząstek do toru zdefiniowanego za pomocą splaina. Przykładem może być efekt torando. rys 5. Ikona Pola PathFolow
Pole to posiada dużo różnych parametrów pozwalających na dość dokładne zdefiniowanie zachowania obiektu przypisanego do tego pola. Pole to oddziałuje tylko z emiterami cząsteczek. Opcje jakie udostępnia nam to pole opisane są poniżej. Sekcja Curent Path (6) pozwala na wskazanie obiektu, który stanie się torem ruchu dla cząsteczek. Torami ruchu mogą być tylko obiekty typu Shape. rys 6. Panel pola Path Follow Sekcja Current Path : - Pick Shape Object wciśnięcie tego przycisku pozwala na wskazanie ścieżki ruchu dla cząsteczek - Object wyświetli nazwę obiektu który będzie ścieżką ruchu dla cząsteczek - Unlimited Range włączenie tej opcji spowoduje że cząsteczki będą przyciągane do ścieżki ruchu niezależnie od odległości od początku ścieżki ruchu. Jeżeli opcja jest włączona efekt przyciągania do ścieżki ruchu można ograniczyć poprzez parametr Range. Sekcja Motion Timing: - Start Frame - określa numer klatki w której zaczyna się efekt działania pola - Travel Time określa ile klatek ma zając cząsteczką przebycie całej drogi - Variation wprowadza zakłócenia do parametru Travel Time. - Last Frame określa numer klatki w którym cząsteczki przestają być pod wpływem działania pola. Sekcja Particle Motion odpowiada za zachowanie cząsteczek w obrębie działania pola siły. - Along Offset Splines odległość pomiędzy emiterem cząsteczek, a ścieżka ruchu wpływa na efekt ruchu cząsteczek.. Jeżeli pierwszy wierzchołek ścieżki ruchu znajduje się w miejscu, w którym cząsteczki wydobywają się z emitera, wówczas poruszaja się one po ścieżce. Jeżeli emiter będzie przesuwany względem pierwszego wierzchołka, ruch cząsteczek ulegnie rozproszeniu. - Along Parallel Splines - w tym przypadku umieszczenie emitera względem ścieżki nie ma wpływu na ruch czasteczek. - Constant Speed zaznaczenie tego parametru powoduje ruch ze stałą prędkością. - Stream Taper parametr pozwala na zwężenie strumienia czasteczek. - Variation wprowadza zakłócenia do parametru Stream Taper
- Converge jeżeli parametr Stream Taper jest większy od zera, zaznaczenie tej opcji powoduje stworzenie łańcucha zwężającego się od parametru ustalonego w Stream Taper - Diverge opcja ta wprowadza efekt odwrotny od Converge - Both opcja dzieli łańcuch cząsteczek, w ten sposób, że część poddana jest efektowi Cionverage a pozostałe efektowi Diverage. - Stream Swirl wprowadza ilość obrotów cząsteczek po ścieżce ruchu. - Variation wprowadza zakłócenia parametru Stream Swirl rys 7. Panel pola Path Fallow - Clockwise cząsteczki wirują zgodnie z ruchem wskazówek zegara - Counterclockwise cząsteczki wirują przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, - Bidirectional strumień jest podzielony. Cząsteczki wirują w obu kierunkach. Kolejnym polem sił jest pole Pbomb (8). Pole to oddziałuje na systemy cząsteczek, tworząc fale uderzeniowa działajacą na cząsteczki. Pole to nadaje się do wykorzystania z systemem PArray(pokrycie obiektu siatkowego cząstkami, tworzenie symulacji wybuchu). Bardzo podobne działanie ma pole Bomb, jednak wywiera ono wpływ na obiekty siatkowe. Pole PBomb posiada następujące parametry.:
rys 8. Ikona pola PBomb. Pole PBomb posiada następujące parametry (9).: rys 9. Panel pola PBomb. Sekcja Blast Symmetry pozawala na zdefiniowanie kształtu efektu wybuchu: - Spherical wybuch nastąpi we wszystkich kierunkach od ikony pola. - Cylindrical wybuch bedzie sie kierował we wszystkie strony od centralnej osi walca. - Planar siła będzie działała w górę I w dół, prostopadle do ikony pola. - Chaos wprowadza nieporządek w ruchu wyrzucancyh cząsteczek. Sekcja Explosion Parameters pozwala określić parametry wybuchu.
- Start Times określa w której klatce animacji zaczyna działać siła - Duration określa ilość klatek działania siły, począwszy od klatki określonej w Start Time - Strenght określa siłę oddziaływania pola na cząsteczki. Im większa wartość parametru, tym większa prędkość z jaką cząstki są poruszane. - Unlimited Range zaznaczenie tego parametru powoduje nieskończone w zasięgu działanie sily - Linear wartość działania siły maleje liniowo od parametru określonego w Range do 0 - Exponential wartość działania siły maleje wykładniczo od parametru określonego w Range do 0. Sekcja Dispay Icon pozwala na określenie rozmiaru ikony obiektu. Zadanie 1. Przy pomocy pola sił Gravity oraz poprawić efekt fontanny z poprzednich zajęć. Do fontanny wykonanej na poprzednich zajęciach należy dodać pole grawitacyjne, tak aby cząsteczki opadały na ziemię. W tym celu pod fontanną tworzymy ikonę pola Gravity (10) rys 10. Scena z utworzoną fontanną, emiterem cząstek oraz polem siły grawitacyjnej umieszczonej pod fontanną. Wektor działania siły skierowany jest do dołu. Aby pole posiadało wpływ na cząsteczki, należy przypiąć emiter do pola za pomocą narzędzia Bind to Space Warp. W tym celu uaktywniamy narzędzie a następnie najeżdżamy na ikonę pola Gravity, przyciskamy prawy klawisz myszki, i przenosimy kursor (z wciśniętym klawiszem), na emiter cząsteczek. Jeżeli emiter został prawidłowo podpięty, zaświeci się na biało. Następnie ustalamy parametry siły grawitacyjnej, tak aby cząsteczki opadały na ziemie, po wyemitowaniu.
Zadanie 2. Przy pomocy pola Path Follow zbudować model trąby powietrznej. Przy wykonaniu tego zadania posłużymy się emiterem cząsteczek związanym z polem sił Path Fallow oraz obiektem shape, który będzie naszym torem ruchu. Prawdziwy model tornada należałoby zbudować z kilku spiral, i kilkunastu podpiętych do nich emiterów, jednak ze względu na dość ograniczone moce obliczeniowe komputerów ograniczymy się do jednej spirali i jednego emitera. W oknie widokowym tworzymy kształt spirali Helix (11) rys 11. Shape Helix tor ruchu dla cząsteczek. Naszej spirali nadajemy następujące parametry: - Radius 1 10 - Radius 2 40 - Heigh 100 - Turns 30 - Bias 0.15 Parametr Bias spowoduje dodanie szumu do kształtu spirali przez co uzyska ona kształt bardziej zbliżony do trąby powietrznej.
Następnie Tworzymy emiter cząstek Spray, tak aby początek spirali znajdował się w miejscu emisji cząsteczek. Ponieważ trąba powietrzna się porusza należy połączyć emiter i spirale za pomocą narzędzia Link, aby w przypadku poruszania spirali emiter podążał za nią. W tym celu, po aktywacji narzędzia link najeżdżamy kursorem na emiter, przyciskamy prawy klawisz myszki, a następnie przenosimy kursor na spirale i klawisz puszczamy. Jeżeli obiekty zostaną połączone, spirala przez chwilę zrobi się biała. Aby sprawdzić czy obiekty zostały połączone wystarczy przesunąć spirale w scenie. Jeżeli połączenie zostało wykonane prawidłowo emiter będzie się przesuwał razem ze spiralą. Następnie tworzymy pole siły Path Follow i jako tor ruchu wybieramy spirale, a narzędziem Bind to Space Warp łączymy emiter z polem. Nie ma znaczenia w którym miejscu stworzymy ikonę pola (12). rys 12. Widok sceny po stworzeniu wszystkich elementów. Po wykonaniu powyższych czynności pozostało tylko dobranie odpowiednich parametrów. Dla Emitera: - Viewport Count 1000 - Render Count 5000 - Drop Size 0,1 - Speed 10 - Veriation 10 - Tetrahedron = ON - Start Frame 0 - Life 100 - Const = ON - Rozmiar emitera 6x6. Dla Pola sił: - Start Frame 0 - Travel Time 100 - Variation 10 - Last Frame 100 - Along Offset Spline =ON
- Stream Swirl 50 Pozostale parametry pozna probowaostają niezmienione. Oczywiście można zmieniać parametry aby sprawdzić jakie efekty można osiągnąć. Po wykonaniu powyższych czynności animacje należy wyrenderować w celu obejrzenia efektu. http://ics.p.lodz.pl/~rbednar/tornado.avi Zadanie 3 Do animacji deszczu dodać pole wiatr, powodujące zawirowania w padających kroplach. Aby wykonać to ćwiczenie do sceny, która robiliśmy na poprzednich zajęciach należy dodać pole Wind (13), tak aby oddziaływało ono na emiter cząstek imitujących deszcz. ` rys 13. Scena z utworzonym polem Wind Po utworzeniu pola należy je połączyć narzędziem Bind to Space Warp do emitera, tak jak w poprzednich ćwiczeniach. Należy teraz odpowiednio dobrać parametry, dla pola sił: - Strenght 0,22 - Decay 0,01 - Pole typu planar - Turbulence 2.0 - Frequency 0.0 - Scale 1.0 - Icon Size 40. Po wykonaniu powyższych czynności należy wyrenderować animacje. http://ics.p.lodz.pl/~rbednar/wind.avi
Kolejną grupa należąca do pół sił są pola typu Geometric/Deformable (14). rys 14. Pola typu Geometric/Deformable Pierwszym z pól jest Wave (15). Pole to służy do deformacji obiektów siatkowych. rys 15. Ikona pola Wave. Dostępne parametry (16) pozwalają na zdefiniowanie siły zniekształcenia. rys 16. Parametry pola Wave
Sekcja Wave ustala rozmiar zniekształcenia obiektu: - Amplitude 1 definiuje wielkość amplitudy fali zniekształcenia względem osi X - Amplitude 2 - definiuje wielkość amplitudy fali zniekształcenia względem osi Y - Wave Lenght ustala długość fali - Phase definiuje przesunięcie fail względem wartości początkowych - Decay definiuje zanikanie działania siły wraz ze wzrostem odległości od środka ikony pola. Sekcja Display pozwala na definiowanie podziału siatki oraz na dobranie odpowiedniej liczny segmentów. - Sides parametr definiuje ilość segmentów wzdłuż osi X - Segments - parametr definiuje ilość segmentów wzdłuż osi Y - Divisions parametr definiuje rozmiar siatki ikony pola. Zad 4. Przy pomocy pola Wave wykonać animacje powierzchni wody (morza) W tym celu w oknie widokowym tworzymy obiekt Plane, a następnie ikonę pola Wave (17)..rys 17. Scena z obiektami : Plane i Wave. Następnie za pomocą znanego już narzedzia Bind to Space Warp przyłączamy Plane do pola siły, a następnie definiujemy odpowiednie parametry: - Ampitude1 15 - Amplitude 2 17 - Wave Lenght 70 - Sides 10 - Segments 30 - Divisions 15 Oraz dla Plana należy zagęścić siatkę w celu lepszego efektu wprowadzenia efektu fali. - Lenght 230 - Width 230 - Lenght Segm 30 - Width Segm 30
- Scale 2.0 - Density 2.0 Można zauważyć że Plan zdeformuje się zgodnie z ustawionymi parametrami (18). rys 18. Zdeformowany Plane. Aby wykonać animacje ruchomej fali musimy posłużyć się parametrem Phase. W celu wykonania animacji, wciskamy przycisk Animate, a następnie w klatce 0 ustawiamy wartość parametru Phase na 0. Następnie przesuwamy suwak czasowy do klatki ostatniej i zmieniamy wartość parametru na wartość większą od 0. Dla wartości dużo większych od zera animacja będzie bardzo szybka, dla wartości dość małych animacja będzie wolna. Kolejnym polem jest pole Bomb (19). Jak już wcześniej wspomniałem pole to oddziałuje na deformowalne obiekty siatkowe. Pole to posiada następujace parametry (20) : rys 19. Ikona pola Bomb,
rys 20. Parametry pola Bomb. Sekcja Explosion pozwala na zdefiniowanie parametrów eksplozji obiektu: - Strength parametr określa siłę eksplozji obiektu. Większe wartości sprawia że części obiektu odlecą dalej. - Spin parametr określa rotacje części obiektu po eksplozji - Falloff pozwala na zdefiniowanie obszaru od ikony pola (w jednostkach) w którym działanie siły nie wywiera skutków. - Falloff On włącza możliwość zdefiniowania obszaru wolnego od działania siły. Sekcja Fragment Size pozwala na określenie ilość obiektów typu Face na jeden fragment obiektu. Liczba ta będzie generowana losowo z zakresu wskazanego przez parametry Min i Max. - Min minimalna liczba obiektów typu Face - Max maksymalna liczba obiektów typu Face. Sekcja General posiada parametry pomagające zdefiniować zachowanie fragmentów obiektu po ekslpozji - Gravitu parametr określa siłę grawitacji z jaka obiekty będą spadać po wybuchu. - Chaos wprowadza przypadkowość w ruchu fragmentów - Detonation określa numer klatki w której następuje wybuch obiektu. - Seed losowa zmiana parametrów (parametr ten występował w systemach cząstek)
Zadanie 5. Korzystając z pola sil Bomb wykonać animacje wybuchu planety. Aby wykonać to ćwiczenie, w oknie widokowym tworzymy sferę o dowolnych rozmiarach i dość gęstej siatce (np. 64 segmenty). Na sferę można nałożyć teksturę standardowa, dostępną w 3D Studio. Poza sfera musimy stworzyć ikonę pola siły (21), a następnie przypiąć sferę do pola, za pomocą narzędzia Bind to Space Warp. rys 21. Scena z utworzonymi obiektami : Sfera oraz pole sił Bomb. Po utworzeniu obiektów należy odpowiednio zdefiniować parametry pola sił. Poniżej podaje przykładowe ustawienia. - Strength 0.5 - Spin 10 - Min 1 - Max 3 - Gravity 1.0 - Chaos 10 - Detonations 20 - Seed 0. Po wykonaniu powyższych czynności należy wykonać rendering animacji. Resztę pół proponuję przerobić w ramach ćwiczeń domowych.