3DSMAX Tutorial 10c: Animación mediante Path Constraint

En el mundo de la animación 3D todo lo que se mueve, rota o escala, es decir, todo lo que es posible de “animar” siempre está manejado por un controlador. En el caso de 3DSMAX, un controlador es un plugin que controla el almacenamiento y la interpolación de todos los valores animados, es decir, gestiona todas las tareas de animación. En el programa tenemos tres tipos de controladores predeterminados y estos son los siguientes:

– Posición: Position XYZ.
– Rotación: XYZ Euler.
– Escala: Escala Bézier.

Además de los controladores de animación standard, también disponemos de un tipo especial de controladores llamados Restrictores o Constraints los cuales son precisamente “restrictores de movimiento” que nos facilitan bastante el proceso de animación, ya que gracias a estos se puede restringir y/o controlar la posición, rotación y escala de un objeto. Dependiendo del tipo de animación que deseemos realizar dependerá la cantidad de objetos que necesitemos para aplicar un constraint.

En este tutorial veremos animación de objetos mediante el constraint especial llamado Path Constraint ya que al igual que en el caso de Anipath de AutoCAD, este controlador nos permitirá animar cámaras enlazándolas a uno o más recorridos llamados PATH, los cuales pueden ser abiertos o cerrados ya que en el caso de la Arquitectura, la animación base son las cámaras las cuales se utilizan para enfocar o mostrar el exterior e interior de un proyecto o edificación. Si bien este constraint es el más indicado para animar cámaras y/o los objetivos de estas, también es útil para realizar algunas animaciones 3D las cuales también serán vistas en este apunte.

Para la correcta realización de este tutorial, en la página de descargas de los archivos de tutoriales 3D está el archivo base llamado 3dsmax_animacion_pathconstraints.rar.

Constraints o Restrictores de animación

Como ya dijimos en un principio, un Constraint es un controlador o restrictor de animación y en el caso de 3DSMAX, tenemos varios tipos de estos los cuales se utilizan para diferentes tipos de animaciones. Estos pueden encontrarse en el menú Animation >> Constraints de la parte superior de 3DSMAX:

En total tenemos siete tipos de constraints los cuales son:

1) Attachment Constraint: Asocia la posición de un objeto a la cara de otro.
2) Surface Constraint: Limita la posición de una superficie 2D a la superficie de otro elemento 3D.
3) Path constraint: Limita el movimiento de un objeto a lo largo de un recorrido.
4) Position constraint: Limita la posición de un objeto a la posición de otro.
5) Link Constraint: Genera uno o más vinculos entre el objeto que tiene la restricción y otros.
6) LookAt constraint: Limita la orientación de un objeto a la posición de otro.
7) Orientation constraint: Limita la rotación de un objeto a la rotación de otro.

Dependiendo de qué es lo que queremos animar dependerá el o los constraints que aplicaremos. Para este tutorial ocuparemos específicamente el Constraint llamado Path Constraint, ya que es el que más se utiliza en el área de la Arquitectura, aunque también veremos otros casos puntuales de animación. El resto de los Constrains serán enseñados en un siguiente tutorial.

Path Constraint

Como ya definimos anteriormente, Path Constraint es un restrictor que limita el movimiento de un objeto a lo largo de un Path o recorrido que definamos previamente, creando los cuadros de animación necesarios para efectuar la animación. Este recorrido puede ser cualquier forma lineal 2D como por ejemplo círculos, elipses, líneas rectas, curvas, splines, etc. sean estas abiertas o cerradas, siempre y cuando estén unificados sus vértices. Estos recorridos podrán ser creados fácilmente mediante las herramientas de líneas o Splines.

Ejemplos de diferentes tipos de recorridos o Paths.

Para entender el funcionamiento cabal de la herramienta desarrollaremos tres ejercicios base:

a) Animación de un avión mediante un recorrido normal.
b) Animación de un tren en una vía continua (muchos elementos en el mismo recorrido).
c) Animación de un proyecto de vivienda mediante cámaras.

a) Animación de recorrido normal

Para este caso abriremos el primero de los archivos base llamado 3dsmax_animacion_pathconstraint01.max, el cual nos muestra un avión con su respectivo “aeropuerto” y el recorrido base el cual animaremos mediante Path Constraint. Al abrir el archivo, se nos muestra lo siguiente:

Como notamos en el archivo, tenemos una cámara que apunta hacia nuestro avión la cual nos mostrará todo el proceso de animación aunque en principio no enfoca a este. En este caso, la dejaremos tal cual debido a que ya está animada y porque lo que nos interesa realmente es animar el avión mismo. También notaremos que este está vinculado a un Dummy ya que la idea es que la restricción se aplique a este y no al avión mismo, tal como se especificó en el tutorial de Jerarquías. Para aplicar el Path Constraint realizaremos lo siguiente: seleccionamos el Dummy del avión e iremos a Animation >> Constraints y elegiremos Path Constraint. Notaremos que al aplicarlo, veremos una línea segmentada similar a cuando vinculamos los objetos. En este caso, elegiremos el recorrido definido en la pista de aterrizaje y realizamos Click para terminar de asignar el restrictor.

Al terminar la operación notaremos que el avión y el Dummy se conectan con el inicio del recorrido y aparentemente el avión está listo para “volar”. También notaremos que se han creado cuadros clave en 0 y en 1000 y con ello, ya podremos ver la animación. Pero, si presionamos play para reproducirla, notaremos que al elevarse y al doblar la curva el avión no vuela de forma realista puesto que no “sigue” el patrón del recorrido, tal como se aprecia en la secuencia siguiente:

Recorrido del avión en la vista Top.

Recorrido del avión en la vista Front.

Para resolver esto debemos conocer a fondo el panel de animación, el cual es similar al panel para modificar los objetos 3D pero que como su nombre lo indica, está pensado para editar los parámetros de las animaciones.

El panel de animación o Motion Panel

Cuando realizamos cualquier animación de un objeto mediante la aplicación de un Constraint, inmediatamente podremos acceder al Panel de Animación o Motion. Este se encuentra por defecto en el área derecha de la interfaz junto al resto de los comandos ya que de hecho, es el cuarto de los paneles principales:

Ubicación del panel de animación o Motion Panel en la interfaz de 3DSMAX.

Además de las persianas Assign Controller y PRS Parameters, podemos acceder a los paneles más importantes de este: Position List y Path Parameters. Position List nos mostrará todos los Constraints que se han aplicado en el objeto y en el caso de nuestro Dummy, claramente podremos ver Path Constraint con una flecha que indica que este está activo:

Como vemos en la imagen, podemos dejar el Path Constraint ya aplicado mediante el botón Set Active (establecer como activo). Si queremos terminar el vínculo, dejar los objetos en la posición original y por ende, eliminar el Path Constraint, lo seleccionamos y presionamos Delete. La opción Cut nos permitirá cortar la restricción y aplicarla en otro momento. Weight establece el nivel de dependencia del vínculo o el “peso” de este entre los objetos, y por defecto siempre será 100 (por ciento), lo que implica la conexión total del objeto al recorrido o Path. Si disminuimos este valor el vínculo del objeto al recorrido será menor y si el peso es 0, el objeto no se vinculará al recorrido y por lo tanto no se animará.

Animación del avión en el cuadro 120, con Weight 50.

Animación del avión en el cuadro 120 con Weight 0, donde el objeto no se anima y por lo tanto, queda en su posición inicial.

Al aplicar el Path Constraint y tener el Dummy del avión seleccionado, notaremos lo siguiente en el panel Path Parameters:

En este panel podremos editar los parámetros referentes al recorrido mismo. Notamos los botones Add Path y Delete Path. Lo interesante de estos botones es que Add Path nos permitirá agregar más recorridos al ya existente e incluso distribuir los pesos en estos, lo cual nos creará un recorrido promedio el cual dependerá de los pesos que establecemos aunque si agregamos un Path, el peso por defecto será de 50. Si en un recorrido colocamos un peso de 100 y el otro en 0, el objeto se vinculará al del recorrido con el peso total. Podremos borrar uno o más recorridos seleccionándolo primeramente en el panel y luego presionando Delete Path.

En el ejemplo, el avión se ha vinculado a dos recorridos lineales rectos mediante Add Path: un recorrido A y otro B los cuales poseen un peso o weight de 50, y la animación final es una recta que a la vez es la bisectriz entre las líneas anguladas que forman cada recorrido.

Path Options nos muestra varias opciones relevantes para mejorar la animación del objeto en nuestro recorrido. Por ejemplo, % Along Path (porcentaje de recorrido) nos permitirá definir la distancia de nuestro recorrido expresada en porcentaje, ya que si dejamos el regulador de tiempo en cualquier cuadro veremos el porcentaje del recorrido total en ese mismo cuadro. Podemos hacer una prueba sencilla simplemente colocándonos en la mitad de la animación (en el ejercicio es el cuadro 500) donde notamos que el valor de % Along Path será de 50 lo cual representa el 50% del recorrido total. Mediante esta opción podremos modificar este valor para adelantar o retrasar la posición del objeto en el recorrido mismo y por ende, alentar o apurar la animación entre un rango de cuadros. Si queremos cambiar este valor en cualquier tramo de un recorrido, debemos activar Auto Key y luego colocar el nuevo porcentaje para apreciar el efecto.

En el ejemplo, se ha establecido un 1% en % Along Path, donde notamos que el avión parte más adelante en el cuadro 0 al iniciar la animación.

Más abajo encontramos las opciones Follow y Bank. Follow nos permitirá seguir el recorrido mediante el punto de pivote del objeto y en el caso de nuestro ejercicio, permitirá que el avión vuele de forma realista si simplemente activamos la casilla.

Al activarla notaremos que si bien el avión vuela, este queda invertido respecto al recorrido. Podremos resolver el problema simplemente presionando la casilla Flip (voltear) que se encuentra en la opción llamada Axis, donde además notamos que el eje está marcado en X. Podemos ir cambiando el eje para apreciar el resultado, ya que esta opción nos permitirá orientar el objeto en todos los ejes para asegurarnos que quede siguiendo al recorrido de forma correcta, como se aprecia en las imágenes siguientes:

Avión con Axis en el eje Y activado, sin Flip.

Avión con Axis en el eje Z activado, sin Flip.

Avión con Axis en el eje X activado, con Flip encendido.

Otras funciones del panel Path Parameters son las siguientes:

Bank: esta interesante opción permitirá al objeto poder ladearse al enfrentar las curvas, lo cual en el caso de nuestro ejercicio activaremos para generar un viraje realista. Podremos aumentar el ángulo de giro al aumentar el valor de Bank Amount. La opción Smoothness nos permitirá controlar la rapidez con la que cambia el ángulo de balanceo a medida que el objeto se mueve a través de la curva en el recorrido. Valores pequeños harán que el objeto responda mejor a los cambios sutiles en la curva, mientras que los valores más grandes suavizarán las sacudidas.

El avión del ejercicio sin Bank  activado.

El avión del ejercicio con Bank activado, donde apreciamos el efecto de este en las curvas.

Allow Upside Down: esta opción nos permitirá invertir el objeto. Esto puede utilizarse en caso que un objeto se voltee cuando realiza un giro en un recorrido vertical ya que al activar esta opción se evita esto.

Constant Velocity: al encenderlo, mantiene la velocidad constante del objeto durante todo el trayecto. Cuando la opción está apagada, la velocidad del objeto dependerá de la distancia entre todos los vértices del recorrido o Path. Por lo tanto, si queremos una animación más realista, lo ideal sería apagar esta opción o modificar los valores de % Along Path donde se quiera modificar la velocidad.

Loop: repite la animación al terminar el recorrido.

Relative: esta opción iniciará la animación no en el recorrido mismo, sino que tomará en cuenta la posición inicial del objeto antes de ser vinculado y el recorrido estará basado en esa posición, aunque igualmente se vincula al Path.

Vínculo al recorrido con la opción Relative desactivada (normal).

Vínculo al recorrido con la opción Relative activada.

Habiendo conocido ya las funciones del panel Path Parameters, procederemos a preparar la animación final de nuestro avión. En el caso del ejercicio, el panel nos deberá quedar con la siguiente configuración:

Ahora todo es cosa de reproducir la animación para ver el resultado final de nuestro ejercicio. El renderizado final de la animación se puede ver en el siguiente vídeo:

b) Animación con varios elementos en un mismo recorrido

Para este segundo ejercicio ocuparemos la misma lógica usada con el avión, pero en este caso vincularemos varios objetos en un mismo recorrido. Para ello, animaremos el tren del ejercicio de jerarquías aunque en este caso se le ha agregado un vagón más y se han dejado los puntos de pivote de los vagones y la locomotora en el centro de cada Dummy. La idea es animar todo el conjunto a través de un recorrido ovalado el cual representará a las vías de nuestro tren. Si abrimos el archivo llamado 3dsmax_animacion_pathconstraint02.max veremos lo siguiente:

Como notamos en el archivo, este es el tren del ejercicio de jerarquías con pequeños cambios y sus respectivas vías en forma de óvalo. Esta vez tenemos dos cámaras que nos ayudarán con el proceso de renderizado: una que irá en el tren mismo (ya vinculada) y otra que nos enfoca la visión general de todo el conjunto, es decir, el tren mismo y todas las vías. Al igual que en el caso del avión, aplicaremos Path constraint de la siguiente forma: seleccionamos el Dummy de la locomotora e iremos a Animation >> Constraints y elegiremos Path Constraint. Notaremos que al aplicarlo, veremos una línea similar a cuando vinculamos los objetos. En este caso, elegiremos el recorrido definido en el centro de las vías y realizamos Click para terminar de asignar el restrictor.

Una vez realizado esto, iremos al Panel de animación y en Path Parameters activaremos la opción Follow y luego Flip. Si presionamos play para ver la animación, notaremos que la locomotora se anima sin mayor problema y por ende, ya podremos animar el resto de los vagones. Sin embargo, si aplicamos Path Constraint en el siguiente vagón nos ocurre lo siguiente:

Como notamos en la secuencia, el tender queda en la misma posición que la locomotora lo cual hará que al animarlo ambos sigan el mismo patrón lo que resultará en una animación irreal, ya que ambos modelos quedan traslapados. El truco para resolver esto está simplemente en tomar el Dummy del tender, ir al Panel de animación y en Path Parameters, modificar el valor de % Along Path. Establecemos el valor -2,33 y luego presionamos enter para ver el resultado:

Como vemos, el vagón se ha colocado justo detrás de la locomotora y con ello al reproducir la animación se nos muestra de forma más real y convincente. Finalizamos la configuración del tender yendo a Path Parameters y activando la opción Follow y luego Flip. Ahora todo es cuestión de vincular el siguiente vagón (el de pasajeros de color Cyan) y establecer el siguiente valor de % Along Path: -4,51.

Notaremos que el vagón de pasajeros queda más bajo que la locomotora y el tender pero eso tiene una solución fácil, ya que este último está en la altura correcta y por ende, lo que debemos hacer es bajar la locomotora y el tender sin tener que mover el Dummy de la jerarquía que tiene aplicado el Constraint. Para hacer esto, bastará tomar la base del tender y de la locomotora y, usando Select and Move, dejar la altura en Z=20,03 (esta es la altura de la base del vagón de pasajeros). Al ser la base del tender y de la locomotora el padre de la jerarquía de ambos objetos, al modificar su altura esto hace que ambos se muevan por completo y por ende, se resuelva el problema. Este proceso puede visualizarse en la secuencia siguiente:

Una vez corregido el problema de las alturas en el tren, seleccionamos el Dummy del vagón de pasajeros y en Path Parameters activamos Follow y Flip. El resultado debe ser el siguiente:

Ahora todo es cuestión de realizar el mismo proceso en el resto de los vagones de pasajeros y en estos casos, los valores de % Along Path son los siguientes:

Vagón 2 (Verde): -6,74.
Vagón 3 (Rosado): -8,97.
Vagón 4 (Naranjo): -11,2.

Activaremos Follow y Flip en el resto de los vagones y si lo hacemos bien, el resultado sería el siguiente:

Ahora todo es cosa de reproducir la animación para ver el resultado final de nuestro ejercicio. El renderizado final de la animación de todo el conjunto se puede ver en el siguiente vídeo:

Y el resultado de toda la animación desde la perspectiva del tren mismo se puede ver en este otro vídeo:

c) Animación de cámaras mediante Path Constraint

En este último ejercicio aplicaremos la misma lógica de los anteriores, pero esta vez animaremos cámaras ya que el archivo es un pequeño proyecto de Arquitectura y por ende, utilizaremos las cámaras como patrón de animación. Si abrimos el archivo llamado 3dsmax_animacion_pathconstraint03.max veremos lo siguiente:

Como se aprecia en la imagen, el archivo corresponde a una casa de dos pisos la cual posee sus correspondientes muros perimetrales y entrada, en un terreno plano y rodeada de varios recorridos o Path. La idea es mostrarlo mediante la animación de cámaras usando los cuatro movimientos de cámara básicos que se suelen utilizar para mostrar un proyecto de Arquitectura. Estos son los siguientes:

1 – La cámara se moverá por el recorrido o path, mientras que el target (objetivo) se mantendrá fijo en un punto y apuntará hacia el o los objetos enfocados. Esto se conoce como giro o recorrido de cámara.

2 – La cámara permanece fija en un punto y sólo el target u objetivo se moverá a través del recorrido o path. Esto se conoce como recorrido panorámico o paneo.

3 – Tanto la cámara como el objetivo se moverán por el mismo recorrido o path. Esto se conoce como cámara libresubjetiva o de primera persona.

4- La cámara y el objetivo se mueven por diferentes recorridos o paths. Esto se conoce como travelling.

Si analizamos el archivo notaremos que también hay varias cámaras las cuales se nombran según cada tipo de movimiento a animar ya que a diferencia de AutoCAD, en 3DSMAX sí tenemos que crear las cámaras ya que deberemos aplicar a cada una un Path Constraint, el cual nos servirá tanto para la cámara misma como también para el Target de esta puesto que ambos son objetos independientes. Una ventaja en particular de 3DSMAX es que podremos ver todas nuestras cámaras en la misma escena y animarlas todas sin mayor problema, ya que aplicaremos el Constaint a cada objeto en particular y no necesitaremos Dummys ni ayudantes extras. Comenzaremos creando el recorrido de cámara seleccionando la cámara llamada Camara Recorrido, aplicamos Path Constraint en ella y finalmente seleccionamos el recorrido circular llamado Recorrido de cámara. El resultado es el siguiente:

Como notamos, la cámara se vincula al recorrido y por ende ya podremos testear la animación mediante Play. En este caso, no debemos modificar el panel de animación ya que el target queda fijo y por ende, sólo se moverá la cámara.

Vista desde la cámara vinculada al recorrido mediante Path Constraint, en el cuadro 195.

Si reproducimos o renderizamos la animación, el resultado es el siguiente:

Un aspecto interesante de cualquier Path es que podremos modificarlo a nuestro gusto aún cuando se haya aplicado Path Constraint lo cual nos permitirá alargar, acortar, modificar o cambiar el punto de inicio (usando Make First) el recorrido según lo necesitemos y por ello, tendrá efecto sobre la animación final. En el caso de ser una forma circular o no ser dibujada mediante líneas (Circle, Rectangle, Star, etc.), podremos aplicar el modificador Edit Spline para editarla.

Edición de Path mediante aumento de radio y mediante el modificador Edit Spline, y su efecto en la vista de cámara del recorrido.

Ahora haremos el recorrido de tipo Panorámico. Para ello, animaremos la cámara llamada Cámara Panorámica, pero en este caso sólo animaremos el Target de esta. Por ello, lo seleccionamos y aplicamos Path Constraint en el recorrido curvo llamado Recorrido panorámico. El resultado es el siguiente:

Como notamos, el target se vincula al recorrido y por ende ya podremos testear la animación mediante Play. En este caso, no debemos modificar el panel de animación ya que la cámara queda fija y por ende, sólo se moverá el target el cual sigue de manera automática al recorrido. Si reproducimos o renderizamos la animación, el resultado es el siguiente:

El siguiente recorrido que realizaremos será el de tipo subjetivo. Para ello, seleccionamos la cámara llamada Cámara subjetiva ya que esta es de tipo Free o libre (es decir, sin target), lo que implica que siempre apuntará hacia adelante. Aplicamos el Path Constraint y la vinculamos al recorrido llamado Recorrido subjetivo. El resultado es el siguiente:

Como notamos, la cámara se vincula al recorrido y por ende, ya podremos testear la animación mediante Play. En este caso, sí debemos activar Follow en Path Parameters para que la cámara siga al recorrido y se nos muestre la perspectiva de primera persona. Sin embargo, notaremos que esta se invierte hacia la izquierda así que solucionaremos esto cambiando en Axis el eje X a Y:

Si reproducimos o renderizamos la animación, el resultado es el siguiente:

Ahora sólo nos queda realizar el Travelling de cámara, y para eso debemos hacer dos Path Constraints: en el primero seleccionamos la cámara llamada Camara travelling y la vinculamos al recorrido llamado Recorrido Travelling cámara. Luego realizaremos el segundo seleccionando el Target de la cámara y lo vinculamos al recorrido llamado Recorrido Travelling target. el resultado es el siguiente:

Vinculando la cámara al primer recorrido.

Vinculando el target de la cámara al segundo recorrido.

Como notamos, la cámara se vincula al primer recorrido y el target de esta al segundo, y por ende ya podremos testear la animación mediante Play. En este caso, no debemos modificar el panel de animación ya que la cámara y su target se desplazan por distintos recorridos y por ende, lo siguen automáticamente. Si reproducimos o renderizamos la animación, el resultado es el siguiente:

Como hemos visto en todos los ejercicios anteriores, Uno de los Restrictores más importantes usados en la animación en 3DSMAX es Path Constraint ya que su uso no solamente se enfoca a la Arquitectura y la animación de cámaras, sino que también se utiliza en el ámbito de la animación 3D. Este nos permitirá mostrar a cabalidad un proyecto, modelo o espacio ya que además de generar la animación respectiva podremos modificar los vértices de nuestros Path para subir de pisos o niveles, o alentar el recorrido para dar énfasis en ciertos espacios o aspectos.

Este es el fin de este tutorial.

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