maya课件10流体、动力学

主讲教师：第10章动力学、流体与效果本章概述本章将讲解Maya的动力学、流体和效果的运用。这部分内容比较多，主要包含粒子系统、动力场、柔体、刚体、流体和效果。对于本章的内容，大家只需要掌握重点内容的运用即可（安排了课堂案例的为重点内容）。第10章动力学、流体与效果掌握动力场的运用课堂学习目标掌握粒子系统的运用掌握柔体与刚体的运用掌握流体的创建与编辑方法掌握效果的创建与编辑方法10.1粒子系统Maya作为最优秀的动画制作软件之一，其中一个重要原因就是其令人称道的粒子系统。Maya的粒子系统相当强大，一方面它允许使用相对较少的输入命令来控制粒子的运动，另外还可以与各种动画工具混合使用，例如与场、关键帧、表达式等结合起来使用，同时Maya的粒子系统即使在控制大量粒子时也能进行交互式作业；另一方面粒子具有速度、颜色和寿命等属性，可以通过控制这些属性来获得理想的粒子效果。切换到“动力学”模块，此时Maya会自动切换到动力学菜单。创建与编辑粒子主要用“粒子”菜单来完成。10.1.1粒子工具顾名思义，“粒子工具”就是用来创建粒子的。打开“粒子工具”的“工具设置”对话框。10.1.2创建发射器用“创建发射器”命令可以创建出粒子发射器，同时可以选择发射器的类型。打开“创建发射器（选项）”对话框。10.1.3从对象发射“从对象发射”命令可以指定一个物体作为发射器来发射粒子，这个物体既可以是几何物体，也可以是物体上的点。打开“发射器选项（从对象发射）”对话框。从“发射器类型”下拉列表中可以观察到，“从对象发射”的发射器共有4种，分别是“泛向”、“方向”、“表面”和“曲线”。课堂案例——从对象曲线发射粒子从对象曲线发射的粒子效果如下图所示。学习目标：学习如何从对象曲线发射粒子。10.1.4使用选定发射器由于Maya是节点式的软件，所以允许在创建好发射器后使用不同的发射器来发射相同的粒子。10.1.5逐点发射速率用“逐点发射速率”命令可以为每个粒子、CV点、顶点、编辑点或“泛向”、“方向”粒子发射器的晶格点使用不同的发射速率。例如，可以从圆形的编辑点发射粒子，并改变每个点的发射速率。10.1.6使碰撞粒子的碰撞可以模拟出很多物理现象。由于碰撞，粒子可能会再分裂，产生出新的粒子或者导致粒子死亡，这些效果都可以通过粒子系统来完成。碰撞不仅可以在粒子和粒子之间发生，也可以在粒子和物体之间发生。打开“使碰撞”命令的“碰撞选项”对话框。10.1.7粒子碰撞事件编辑器用“粒子碰撞事件编辑器”可以设置粒子与物体碰撞之后发生的事件，比如粒子消亡之后改变的形态颜色等。打开“粒子碰撞事件编辑器”对话框。课堂案例——创建粒子碰撞事件粒子碰撞效果如下图所示。学习目标：学习如何创建粒子碰撞事件。10.1.8目标“目标”命令主要用来设定粒子的目标。打开“目标选项”对话框。10.1.9实例化器（替换）“实例化器（替换）”功能可以使用物体模型来代替粒子，创建出物体集群，使其继承粒子的动画规律和一些属性，并且可以受到动力场的影响。打开“粒子实例化器选项”对话框。课堂案例——将粒子替换为实例对象将粒子替代为蝴蝶后的效果如下图所示。学习目标：学习如何将粒子替换为实例对象。10.1.10精灵向导用“精灵向导”命令可以对粒子指定矩形平面，每个平面可以显示指定的纹理或图形序列。执行“精灵向导”对话框。10.1.11连接到时间用“连接到时间”命令可以将时间与粒子连接起来，使粒子受到时间的影响。当粒子的“当前时间”与Maya时间脱离时，粒子本身不受Maya力场和时间的影响，只有将粒子的时间与Maya连接起来后，粒子才可以受到力场的影响并产生粒子动画。10.2动力场使用动力场可以模拟出各种物体因受到外力作用而产生的不同特性。在Maya中，动力场并非可见物体，就像物理学中的力一样，看不见，也摸不着，但是可以影响场景中能够看到的物体。在动力学的模拟过程中，并不能通过人为设置关键帧来对物体制作动画，这时力场就可以成为制作动力学对象的动画工具。不同的力场可以创建出不同形式的运动，如使用“重力”场或“一致”场可以在一个方向上影响动力学对象，也可以创建出旋涡场和径向场等，就好比对物体施加了各种不同种类的力一样，所以可以把场作为外力来使用。在Maya2012中，力场共有10种，分别是“空气”、“阻力”、“重力”、“牛顿”、“径向”、“湍流”、“一致”、“漩涡”、“体积轴”和“体积曲线”。10.2.1空气“空气”场是由点向外某一方向产生的推动力，可以把受到影响的物体沿着这个方向向外推出，如同被风吹走一样。Maya提供了3种类型的“空气”场，分别是“风”、“尾迹”和“扇”。打开“空气选项”对话框。课堂案例——制作风力场效果风力场效果如下图所示。学习目标：学习“风”场的用法。10.2.2阻力物体在穿越不同密度的介质时，由于阻力的改变，物体的运动速率也会发生变化。“阻力”场可以用来给运动中的动力学对象添加一个阻力，从而改变物体的运动速度。打开“阻力选项”对话框。课堂案例——制作阻力场效果阻力场效果如下图所示。学习目标：学习“阻力”场的用法。10.2.3重力“重力”场主要用来模拟物体受到万有引力作用而向某一方向进行加速运动的状态。使用默认参数值，可以模拟物体受地心引力的作用而产生自由落体的运动效果。打开“重力选项”对话框。10.2.4牛顿“牛顿”场可以用来模拟物体在相互作用的引力和斥力下的作用，相互接近的物体间会产生引力和斥力，其值的大小取决于物体的质量。打开“牛顿选项”对话框。课堂案例——制作牛顿场效果牛顿场效果如下图所示。学习目标：学习“牛顿”场的用法。10.2.5径向“径向”场可以将周围各个方向的物体向外推出。“径向”场可以用于控制爆炸等由中心向外辐射散发的各种现象，同样将“幅值”值设置为负值时，也可以用来模拟把四周散开的物体聚集起来的效果。打开“径向选项”对话框。课堂案例——制作径向场的斥力与引力效果径向场的斥力与引力效果如下图所示。学习目标：学习“径向”场的用法。10.2.6湍流“湍流”场是经常用到的一种动力场。用“湍流”场可以使范围内的物体产生随机运动效果，常常应用在粒子、柔体和刚体中。打开“湍流选项”对话框。课堂案例——制作湍流场效果湍流场效果如下图所示。学习目标：学习“湍流”场的用法。10.2.7一致“一致”场可以将所有受到影响的物体向同一个方向移动，靠近均匀中心的物体将受到更大程度的影响。打开“一致选项”对话框。课堂案例——制作一致场效果一致场效果如下图所示。学习目标：学习“一致”场的用法。10.2.8漩涡受到“漩涡”场影响的物体将以漩涡的中心围绕指定的轴进行旋转，利用“漩涡”场可以很轻易地实现各种漩涡状的效果。打开“漩涡选项”对话框。课堂案例——制作漩涡场效果漩涡场效果如下图所示。学习目标：学习“漩涡”场的用法。10.2.9体积轴“体积轴”场是一种局部作用的范围场，只有在选定的形状范围内的物体才可能受到体积轴场的影响。在参数方面，体积轴场综合了漩涡场、一致场和湍流场的参数。课堂案例——制作体积轴场效果体积轴场效果如下图所示。学习目标：学习“体积轴”场的用法。10.2.10体积曲线“体积曲线”场可以沿曲线的各个方向移动对象（包括粒子和nParticle）以及定义绕该曲线的半径，在该半径范围内轴场处于活动状态。10.2.11使用选择对象作为场源“使用选择对象作为场源”命令的作用是设定场源，这样可以让力场从所选物体处开始产生作用，并将力场设定为所选物体的子物体。10.2.12影响选定对象“影响选定对象”命令的作用是连接所选物体与所选力场，使物体受到力场的影响。10.3柔体柔体是将几何物体表面的CV点或顶点转换成柔体粒子，然后通过对不同部位的粒子给予不同权重值的方法来模拟自然界中的柔软物体，这是一种动力学解算方法。标准粒子和柔体粒子有些不同，一方面柔体粒子互相连接时有一定的几何形状；另一方面，它们又以固定形状而不是以单独的点的方式集合体现在屏幕上及最终渲染中。柔体可以用来模拟有一定几何外形但又不是很稳定且容易变形的物体，如旗帜和波纹等。在Maya中，若要创建柔体，需要切换到“动力学”模块，在“柔体/刚体”菜单就可以创建柔体。10.3.1创建柔体“创建柔体”命令主要用来创建柔体，打开“软性选项”对话框。10.3.2创建弹簧因为柔体内部是由粒子构成，所以只用权重来控制是不够的，会使柔体显得过于松散。使用“创建弹簧”命令就可以解决这个问题，为一个柔体添加弹簧，可以建造柔体内在的结构，以改善柔体的形体效果。打开“弹簧选项”对话框。10.3.3绘制柔体权重工具“绘制柔体权重工具”主要用于修改柔体的权重，与骨架、蒙皮中的权重工具相似。打开“绘制柔体权重工具”的“工具设置”对话框。10.4刚体刚体是把几何物体转换为坚硬的多边形物体表面来进行动力学解算的一种方法，它可以用来模拟物理学中的动量碰撞等效果。在Maya中，若要创建与编辑刚体，需要切换到“动力学”模块，在“柔体/刚体”菜单就可以完成创建与编辑操作。10.4.1创建主动刚体主动刚体拥有一定的质量，可以受动力场、碰撞和非关键帧化的弹簧影响，从而改变运动状态。打开“创建主动刚体”命令的“刚体选项”对话框，其参数分为3大部分，分别是“刚体属性”、“初始设置”和“性能属性”。10.4.2创建被动刚体被动刚体相当于无限大质量的刚体，它能影响主动刚体的运动。打开“创建被动刚体”命令的“刚体选项”对话框，其参数与主动刚体的参数完全相同。课堂案例——制作刚体碰撞动画刚体碰撞动画效果如下图所示。学习目标：学习刚体动画的制作方法。10.4.3创建钉子约束用“创建钉子约束”命令可以将主动刚体固定到世界空间的一点，相当于将一根绳子的一端系在刚体上，而另一端固定在空间的一个点上。打开“创建钉子约束”命令的“约束选项”对话框。10.4.4创建固定约束用“创建固定约束”命令可以将两个主动刚体或将一个主动刚体与一个被动刚体链接在一起，其作用就如同金属钉通过两个对象末端的球关节将其连接。“固定“约束经常用来创建类似链或机器臂中的链接效果。打开“创建固定约束”命令的“约束选项”对话框。10.4.5创建铰链约束“创建铰链约束”命令是通过一个铰链沿指定的轴约束刚体。可以使用“铰链”约束创建诸如铰链门、连接列车车厢的链或时钟的钟摆之类的效果。可以在一个主动或被动刚体以及工作区中的一个位置创建“铰链”约束，也可以在两个主动刚体、一个主动刚体和一个被动刚体之间创建“铰链”约束。打开“创建铰链约束”命令的“约束选项”对话框。10.4.6创建弹簧约束用“创建弹簧约束”命令可以将弹簧添加到柔体中，从而为柔体提供一个内部结构并改善变形控制，弹簧的数目及其刚度会改变弹簧的效果。此外，还可以将弹簧添加到常规粒子中。打开“创建弹簧约束”命令的“约束选项”对话框。10.4.7创建屏障约束用“创建屏障约束”命令可以创建无限屏障平面，超出后刚体重心将不会移动。可以使用“屏障”约束来创建阻塞其他对象的对象，例如墙或地板。可以使用“屏障”约束替代碰撞效果来节省处理时间，但是对象将偏转但不会弹开平面。注意，“屏障”约束仅适用于单个活动刚体；它不会约束被动刚体。打开“创建屏障约束”命令的“约束选项”对话框。10.4.8设置主动关键帧用“设置主动关键帧”命令可以为柔体或刚体设定主动关键帧。通过设置主动关键帧，可以在设置时设置“活动”属性并为对象的当前“平移”和“旋转”属性值设置关键帧。10.4.9设置被动关键帧用“设置被动关键帧”命令可以为柔体或刚体设置被动关键帧。通过设置被动关键帧，可以将控制从动力学切换到“平移”和“旋转”关键帧。10.4.10断开刚体连接如果使用了“设置主动关键帧”和“设置被动关键帧”命令来切换动力学动画与关键帧动画，执行“断开刚体连接”命令可以打断刚体与关键帧之间的连接，从而使“设置主动关键帧”和“设置被动关键帧”控制的关键帧动画失效，而只有刚体动画对物体起作用。10.5流体流体最早是工程力学的一门分支学科，用来计算没有固定形态的物体在运动中的受力状态。随着计算机图形学的发展，流体也不再是现实学科的附属