Глава 1. Часть 1-3

Стефани Рис. Анимация персонажей в 3d Studio Max
(продолжение, начало см. http://vsesovety.info/node/312)

  Типы телосложения
  Мускулатура в зависимости от ее объема может определять форму тела. Если бы каждый выглядел как Мистер или Мисс Америка, нам не приходилось бы задумываться о количестве мускулов и жира в его трехмерной модели — все они были бы одинаковы и похожи. Поскольку, однако, тела большинства людей далеки от совершенства (прекрасно, если вы — исключение!), необходимо запомнить четыре основных типа телосложения.
  Нормальное телосложение
  Этот тип телосложения характеризуется достаточно равномерным распределением подкожного жирового слоя, придающего телу гладкость и упругость. Мышцы имеют правильные пропорции, однако они не выступают и выражены не столь сильно, как в телах мускульного типа (см. рис. 1.29).
  
  
  Рисунок 1.29
  Мускульный тип телосложения
  
  Тела этого типа подобны телу Арнольда Шварценеггера, их мускулатура развита сильнее нормы. Отличительные черты этого типа — увеличенная верхняя часть тела, большие бедра, толстая шея и чрезмерно выступающие мышцы спины. Обычно люди с телом такого типа не могут даже плотно прижать руки к бокам, этому мешают бугры мышц. Запомните, что люди с телами мускульного типа не могут стоять или двигаться подобно людям нормального телосложения. Им приходится при движении как-то компенсировать наличие выступающих мускулов.
  Полное телосложение
  Если мускульный тип телосложения отличается от нормального повышенным объемом мускулатуры, то полный тип имеет отклонение в количестве подкожного жира. Для полных тел характерна округлая, объемистая форма. Вес тела сконцентрирован в брюшной полости, а мягкие ткани покачиваются при движении. Жир окружает шею и ноги, препятствуя сближению бедер. Жир в грудной клетке, в области торса и рук не дает последним вытягиваться вниз по бокам тела. Запястья и кисти рук обычно имеют размеры, близкие к нормальным. Однако они также могут быть достаточно толстыми по причине болезни или обезвоживания.
  Слишком худое телосложение
  Такое тело было у Твигги (Twiggy), помните ее? Люди худого телосложения отличаются хрупкой наружностью. Тела этого типа имеют большой недостаток жира и мускулов, от которых остается только тонкий слой, покрывающий скелет. Бедра в телах такого типа не сходятся вместе, оставляя просвет. Суставы конечностей, так же как и таз, выглядят слишком большими. У людей с подобным типом телосложения бросаются в глаза выступающие ребра и грудина.
  Мышцы лица
  Большинство мышц тела протянуты от одной кости к другой, обычно над суставами. При сокращении мышцы тянут эти кости друг к другу. Только мышцы лица не подчиняются этому правилу. Они имеют один закрепленный конец, присоединенный к кости черепа. Другой конец соединяется с кожей или другой мышцей, которая в свою очередь связана с кожей.
При сокращении мышцы лица тянут кожу, а не кости. Во всех случаях происходит перемещение закрепленного на коже конца мышцы к другому ее концу, прикрепленному к кости. Часто при подтягивании кожи мышцами на ней появляются ямки и морщины.
  Все лицевые мышцы работают совместно друг с другом, формируя мимику лица, как показано на рис. 1.30. Попробуйте, например, улыбнуться наиболее привлекательным образом, не поднимая щек и не щуря глаз. Это невозможно! Когда вы улыбаетесь, в этом участвуют не только губы, одновременно ваши щеки подтягиваются вверх, глаза прищуриваются за счет сближения век, а брови приподнимаются. При сильном смехе брови, напротив, опускаются, а глаза почти совсем закрываются. Когда улыбается упитанный или тучный человек, то благодаря большому количеству жира на лице он приобретает очень забавный вид из-за своих округлых щек и глаз, превращающихся в узкие щелочки.
  
  
  Рисунок 1.30
  Наиболее важные мышцы лица, формирующие его эмоциональное выражение
  
  Полные люди обычно имеют гладкое, лишенное морщин лицо с ямочками на щеках. С другой стороны, на лице очень худых людей во время улыбки появляется множество морщин. Если на щеках человека присутствуют ямочки, во время улыбки они становятся более рельефными.
  Морщины, ямочки и выпуклости, сопровождающие то или иное выражение лица, являются очень характерными проявлениями лицевой мимики. И хотя у разных людей они несколько различаются, их присутствие делает выражение лица менее искусственным и натянутым.
  Голова и лицо
  Именно лица делают людей непохожими друг на друга. Лицо — это наш основной инструмент общения, а также то, что выделяет конкретного человека среди миллионов других людей планеты. Два человека никогда не обладают совершенно одинаковой внешностью, даже двойняшки обычно имеют малозаметные отличия. Причиной этого феномена является бесконечно большое количество комбинаций характерных черт лица, даже несмотря на то, что каждый имеет в общем случае по два глаза, нос и рот и весь этот набор размещается на очень маленькой площади в сравнении с общей площадью поверхности тела.
  При всех индивидуальных отличиях конкретных лиц сходных элементов в лицах все же больше, чем различных. Это позволяет говорить о стандартных пропорциях черт лица. Первое, что следует сделать для упрощения задачи размещения элементов лица, — это провести вертикальную линию через середину головы. Такая линия носит название средней линии.
  После этого нарисуйте горизонтальную линию поперек средней линии головы посередине между ее верхним и нижним концами. Это будет линия расположения центров глаз. Затем разделите промежуток между верхом лба (то есть местом, где начинают расти волосы, а не макушкой черепа) и нижней точкой подбородка на три равные части. Пространство верхней трети лица занимает лоб. На уровне нижней границы верхней трети лица находятся брови. Среднюю треть лица представляет область от уровня бровей до основания носа. Наконец, нижняя треть лица — это пространство от основания носа до подбородка (см. рис. 1.31).
  
  
  Рисунок 1.31
  Типичное лицо можно разделить на части так, как показано на рисунке. Горизонтальная средняя линия расположена на уровне глаз
  
  Голова, как правило, оказывается наиболее трудной для воспроизведения в трехмерной модели частью человеческого тела. Мы с самого момента рождения настолько привыкаем к виду головы и лица, что можем различить любые неточности в модели головы, даже не понимая, что именно сделано неверно. Ниже приведены некоторые наиболее распространенные ошибки, допускаемые при создании скульптуры или трехмерной компьютерной модели головы.

  Всмотритесь в рис. 1.32 и изучите, как расположены различные детали лица.
  
  
  Рисунок 1.32
  Вид головы в профиль и анфас иллюстрирует взаимное расположение различных элементов лица
  
  Глаза и брови
  Выражением лица управляют двадцать шесть разных мышц (некоторые источники информации указывают несколько большее или меньшее число). Большинство мышц соединено с глазами, бровями или ртом. Очевидно, что поскольку вокруг указанных мест сосредоточена основная доля лицевой мускулатуры, эти области являются и самыми выразительными частями лица.
  Глаза — наиболее интересная часть лица. Вы можете сказать, о чем человек думает или что он чувствует, исходя из множества выразительных движений глаз. Тысячу слов может заменить один красноречивый взгляд, подобный получаемому от матери в ответ на сообщение о том, что вы утопили ключи от автомобиля в туалете. (Я и сейчас все еще получаю подобные взгляды!) Даже если бы мы могли видеть только глаза персонажа, по ним легко было бы различить чувства радости, страха, печали или гнева.
  Глаза расположены на лице не строго вдоль одной линии. Их внутренние уголки находятся на горизонтальной прямой, разделяющей расстояние от макушки до подбородка пополам, а внешние уголки глаз лежат несколько выше этой линии. Кроме того, так как на лице нет совершенно плоских поверхностей, то и глаза не просто плоско прилеплены на поверхности лица. Скорее наоборот, ткани лица окружают глаза, передавая их выпуклую форму.
  Глаза разнесены на расстояние, равное горизонтальному размеру (ширине) глаза, а вертикальный размер нормально открытого глаза обычно равен половине его ширины. Диаметр радужной оболочки составляет примерно одну треть ширины глаза. Вдобавок глаза асимметричны: верхнее и нижнее веко имеют свою определенную форму. Кроме того, наивысшая точка верхнего века находится не на одной вертикали с самой низкой точкой нижнего века. В результате открытый глаз не похож на овал. Верхнее веко более выгнуто и, закрываясь, перекрывает нижнее веко в районе внешнего уголка глаза. Наконец, форма обоих век определяется лежащим под ними глазным яблоком. Изучите рис. 1.33 и обратите внимание на эти детали.
  
  
  Рисунок 1.33
  Глаз и веки имеют довольно сложную форму. Они асимметричны, а их моделирование является непростой задачей
  
  Однако верхнее веко не способно двигаться без ответного движения нижнего века, хотя бы даже совсем незначительного. Нижнее веко на самом деле имеет намного меньший диапазон движения, чем верхнее. Находясь в состоянии покоя в своем естественном положении, нижнее веко обычно касается нижнего края радужной оболочки глаза. Если человек кричит или улыбается, его глаза прищуриваются, а нижнее веко поднимается вверх и закрывает нижнюю часть зрачка. Нижнее веко почти никогда не опускается ниже своего нормального положения.
  Чтобы представить пределы движения верхнего века, необходимо знать его положение относительно радужной оболочки. В обычном положении верхнее веко находится почти над самым зрачком. Если верхнее веко слегка прикрывает край зрачка, выражение глаза изменяется с живого на безразличное. Вообще говоря, нормальным положением верхнего века может являться любая позиция между верхним краем радужной оболочки и верхом зрачка. Однако у каждого конкретно го глаза нормальным оказывается свое собственное расположение век, как показано на рис. 1.34, и они всегда возвращаются в это положение.
  
  
  Рисунок 1.34 а) б) в)
  Положение век для трех различных типов глаз
  
  Когда глаза неподвижны или неверно сфокусированы, это сразу заметно. Если кто-то смотрит прямо на вас, а затем, пусть даже очень медленно, отводит глаза в сторону, вы тут же обнаруживаете, что его взгляд уже не зафиксирован на вашем лице. Когда взгляд направляется на какой-либо предмет, оба глаза разворачиваются к оси взгляда таким образом, чтобы оказаться направленными на этот предмет. Внешне это проявляется в перемещении радужных оболочек внутрь, к носу, причем зрачок всегда остается в центре радужной оболочки. Чем дальше от глаз находится объект, тем на меньший угол должны разворачиваться радужные оболочки для обеспечения фокусировки. Расфокусированный, остекленевший взгляд возникает, когда радужные оболочки обоих глаз направлены прямо вперед. На рис. 1.35 приведены примеры различной фокусировки глаз.
  
  
  Рисунок 1.35
  Варианты фокусировки глаз на близкое расстояние и далеко вперед, а также пустой, расфокусированный взгляд
  Брови
  Брови — это полоски коротких волос, которые растут над глазами вдоль дуг, проходящих по краям глазных впадин черепа. Как и глаза, брови также являются очень выразительными элемента ми лица. На рис. 1.36 показано, где и как располагаются типичные брови. Однако изменчивость типа, размера и формы дуги порождает бесконечное множество вариантов бровей.
  
  
  Рисунок 1.36
  Между женскими (слева) и мужскими (справа) бровями существует ряд различии
  
  Наиболее подвижной частью брови является ее доля, располагающаяся вблизи переносицы и составляющая приблизительно одну треть общей длины брови. На этом участке расположена большая часть мышц, управляющих бровями. Нейтральное положение этой части брови обычно находится вровень или несколько ниже остальных частей. (Я не имею в виду тех женщин, которые рисуют форму бровей на собственный вкус.) Ближняя к переносице часть брови в спокойном состоянии никогда не бывает приподнята, поэтому даже небольшое движение этого участка брови вверх сразу воспринимается как выражение удивления или огорчения.
  Основная часть брови всегда располагается где-то над кожной складкой, нависающей над верхним веком. Если мышцы тянут ближний к переносице край брови вниз, лицо нахмуривается, а взгляд становится сердитым или беспокойным, как показано на рис. 1.37.
  
  
  Рисунок 1.37
  Сравнительная иллюстрация нормальных и нахмуренных бровей
  
  Изгиб брови книзу обычно начинается на расстоянии примерно двух третей ее длины от переносицы. Именно в этом месте лицо начинает постепенно переходить в боковую часть головы.
  Форма бровей зависит от пола и возраста. Мужские брови обычно бывают более густыми и нависают над глазами, а у женщин брови сравнительно тоньше и располагаются они выше, чем у мужчин. И у мужчин, и у женщин брови растут вдоль гребня глазной впадины черепа, только мужские брови, как правило, спускаются на нижний склон гребня, а женские — проходят по его верхнему краю. Мужские брови обычно сильнее женских выступают над поверхностью лица и выглядят более кустистыми. Наконец, брови изменяются с возрастом, они редеют и постепенно перестают играть роль важной детали лица.
  Рот
  Рот окружен двенадцатью мышцами, однако только семь из них участвуют в формировании выражений лица. Эти мышцы позволяют нам самыми разными способами шевелить губами рта. Найдите несколько свободных минут, встаньте перед зеркалом и подвигайте ртом, при этом внимательно смотря на него. Забавные гримасы, не правда ли? Ткани губ не соединены непосредственно с черепом, поэтому рот имеет достаточно большую свободу движений. На рис. 1.38 представлены мускулы рта.
  
  
  Рисунок 1.38
  Из двенадцати мышц рта только семь изменяют выражение лица
  
  Расстояние от основания носа до нижнего края нижней губы равняется ширине глаза. Когда рот расслаблен или улыбается, это расстояние сохраняется, поскольку во время даже самой широкой улыбки уменьшается только расстояние между верхней губой и основанием носа. Это правило не выполняется в том случае, если человек громко смеется или пронзительно кричит, сильно раскрывая рот.
  Образующие рот губы у разных людей могут иметь различную форму, придающую индивидуальность лицу конкретно го человека. Уголки рта интересны тем, что вблизи них перекрещивается много лицевых мышц, образуя небольшие желваки, а иногда даже приводя к некоторому опусканию углов рта.
  Шея
  Шея — это часть тела, при моделировании которой нередко допускаются ошибки. Наиболее часто трехмерный образ шеи уподобляют торчащему над плечами отростку в виде стебля, которому отводится роль всего лишь поддержки головы над грудной клеткой. Посмотрите, однако, на шею сбоку, и вы заметите, что она наклонена вперед, являясь как бы продолжением плеч, как показано на рис. 1.39. У женщин этот наклон обычно проявляется сильнее, чем у мужчин, так как мускулы женской шеи развиты слабее. Наклон шеи особенно заметен у штангистов-тяжеловесов, мощных игроков в американский футбол и просто у людей с мускулистым телом. Поскольку шея наклонена вперед, ее передняя часть короче задней.
  
  
  Рисунок 1.39
  Наклоненная вперед шея как бы является продолжением плеч
  
  При взгляде спереди видно, что шея не похожа на цилиндр, а ее боковые поверхности сходятся по направлению к голове, как показано на рис. 1.40. Эта конусность шеи может меняться в соответствии с типом телосложения и полом персонажа. Женская шея обычно более стройная и изящная, чем мужская, а мужчины чаще имеют выступающее адамово яблоко.
  
  
  Рисунок 1.40
  Спереди видно, что шея не похожа на цилиндр
  
  Мышцы задней стороны шеи соединены с черепом в трех местах: в основании черепа и в точках сосцевидных (mastoid) отростков, расположенных позади ушей, как показано на рис. 1.41. В задней части шеи, где две трапециевидные мышцы спины присоединяются к основанию черепа, между ними от места прикрепления шеи к голове до выступа седьмого шейного позвонка образуется ложбинка.
  
  
  Рисунок 1.41
  Вид на шею сзади. Хорошо просматривается идущее вниз углубление посередине шеи в том месте, где сходятся две трапециевидные мышцы
  
  Две группы мышц, которые и формируют в основном внешний вид шеи, — это пара грудинно-ключично-сосковых (sternomastoid) мышц, поднимающихся от грудины до точки, расположенной чуть ниже и позади уха, а также пара трапециевидных мышц спины, уже упоминавшихся при описании вида на шею сзади.
  Вес тела и внешние нагрузки
  Тело человека постоянно стремится к сохранению равновесия , что позволяет ему стоять или двигаться без падений. Для сохранения баланса любого объекта вертикальная проекция его центра тяжести должна постоянно находиться в пределах площади опоры. По этой причине у стоящего в полный рост человека (или у любого другого существа, передвигающегося на двух ногах) центр тяжести должен располагаться между ступнями. Нужно заметить, что у женщин центр тяжести обычно расположен несколько ниже, чем у мужчин, поскольку женский торс в районе бедер тяжелее мужского. Мужчины имеют больший вес торса в районе грудной клетки. Конечно, бывают и исключения, но не будем вдаваться во все частные случаи...
  Прямая вертикальная линия, проведенная от ямки между ключицами вниз до опорной поверхности (линия проекции центра тяжести), показывает, где должны находиться ступни для того, чтобы держать тело стоящим в вертикальном положении, как показано на рис. 1.42.
  
  
  Рисунок 1.42
  На показанном здесь вертикально стоящем теле обозначена линия проекции центра тяжести, проведенная от межключнчной ямки шеи до ступней
  
  Однако если тело изогнуто в талии вбок, то для сохранения равновесия ноги должны переместиться в сторону наклона, а голова и плечи — сдвинуться в противоположную сторону. В таком положении центр тяжести сместится, чтобы скомпенсировать смещение веса тела. Результирующая линия проекции центра тяжести будет начинаться где-то между плечами и бедрами и идти прямо вниз до ступней ног. Если линия тяжести выйдет за пределы площади опоры, человек упадет.
  Запомните: чем меньше площадь опоры, тем точнее должна быть сбалансирована модель. Площадь опоры — это участок поверхности, на которой стоит объект, ограниченный точками опоры этого объекта. Балерина, поддерживающая равновесие на носочке ноги, имеет чрезвычайно маленькую площадь опоры, и, соответственно, ей намного сложнее добиться равновесия, чем клоуну, опирающемуся на пол ступнями двух огромных башмаков.
  Сложности балансировки трехмерной модели связаны также с ее размерами. Выполнять анимацию моделей персонажей крупного телосложения и добиваться сохранения ими равновесия намного сложнее, чем в случае анимации модели нормального телосложения, поскольку чем крупнее персонаж, тем медленнее и неповоротливее он должен перемещаться. Ведь и в жизни тучные люди также тратят больше усилий на управление своим тяжелым телом.
  Живое человеческое тело в обычных условиях непрерывно реагирует на изменение положения центра тяжести таким образом, чтобы поддерживать состояние равновесия. Если частично перенести вес тела на одну ногу, торс инстинктивно сместится, поднимая бедро с нагруженной стороны тела и опуская плечо с противоположной стороны. Величина смещения торса зависит от того, в какой мере вес тела перенесен на нагруженную ногу: чем больше этот вес, тем сильнее должен быть компенсирующий наклон тела. Хотя довольно часто кажется, что человек равномерно опирается на обе ноги, на самом деле подобная ситуация возникает достаточно редко. Как правило, одна нога всегда нагружена сильнее другой. Изучите распределение веса в различных позах, всмотревшись в рис. 1.43-а и 1.43-б.
  
  
  Рисунок 1.43 а) б)
  Положение линии проекции центра тяжести тела в различных позах персонажа
  
  При моделировании движений тела и изменений положения центра тяжести персонажей нужно принимать во внимание внешние нагрузки. Человек, который держит тяжелый предмет, вынужден учитывать добавление его веса к весу собственного тела и смещать свой центр тяжести соответствующим образом. Если человек держит груз спереди, перед грудью, то для компенсации его веса человеку нужно изогнуться назад в талии. В результате такого отклонения линия проекция центра тяжести будет начинаться между человеком и предметом и идти от этой точки книзу, не выходя за пределы площади опоры. Если человек держит предмет у бедра, то для компенсации дополнительной боковой нагрузки тело должно отклониться в противоположную сторону. Различные варианты компенсации нагрузок приведены на рис. 1.44.
  
  
  Рисунок 1.44
  Иллюстрация смещения линии проекции центра тяжести при поднятии тяжелых предметов
  
  Очевидно, что следует учитывать еще множество вопросов, связанных с моделированием персонажей, несущих различные тяжести. Например, велик ли по размеру переносимый предмет, или он маленький, тяжел он или легок, удобно ли его держать, или нет. Все эти нюансы также влияют на способ моделирования персонажа, держащего предмет.
  
  Содержание следующей главы...
  В этой главе мы коснулись основ анатомии человека в применении к трехмерному моделированию и анимации персонажей. Невероятно сложно конструировать близкую к реальной жизни компьютерную модель живого существа, однако если вы будете сознавать, что именно во внешности персонажа делает ее более реалистичной, вам будет легче обнаруживать собственные ошибки и вы сможете исправить их.
  В следующей главе мы рассмотрим особенности строения человеческого тела в зависимости от возраста, пола и расы. Будет рассказано, как следует учитывать эти особенности при моделировании тел персонажей. А теперь давайте сделаем этот очередной шаг...
  
Продолжение. Глава 2.