こんにちは、BACKBONEの中川です。

今回はRBF（Radial Basis Function）を用いた補助骨の制御方法をご紹介します。

本記事では、MITライセンスで公開されているフリープラグインの『weightDriver』を使用し、
ドリブンキーでの制御と比較しながら、RBFソルバーの有用性についてご紹介したいと思います。
※RBFについての詳しい説明は割愛します。

 

１．ドリブンキーの設定

例として、上腕二頭筋を表現するための補助骨を作成し、
肘の回転をドライバーとしてドリブンキーで動かすケースを考えます。

まずは上腕二頭筋を表現するための補助骨を作成し、ウェイトを調整しました。
※以下、仕組みについてのご紹介のためデフォームのクォリティは詰めておりません。

 

肘の回転をドライバーとしてドリブンキーを設定し、
補助骨を肩側に移動させることで上腕二頭筋を表現しました。

※補助骨のドリブンキーの設定手法については、
Mayaパーフェクトスキニングウェビナーをご覧ください。

 

次に、肘を曲げた状態で手首をひねる挙動を考えます。

肘を曲げて力こぶを突出させたまま手首を回外させると、
力こぶは肩側に、回内させると前腕側に動きます。

この動きを表現するために、
手首のひねり回転の値をドライバーとしてドリブンキーを追加しました。

これにて完成……と思いきや、これでは問題があります。

 

初期ポーズで手首をひねると、先ほど設定したドリブンキーは
手首のひねり回転の値をドライバーとして設定しているため、
補助骨が動いてしまいます。

肘を伸ばした状態では、手首のひねりに対して
上腕二頭筋がこのように大きく動くことはありません。
もう少し動きをおさえるか、動きを止める必要があります。

 

今回、表現したい挙動は、

①肘を曲げると補助骨は上下に動く。かつ

②肘を曲げた状態で手首を回外・回内（ひねり）させた時のみ、補助骨はさらに上下に動く

です。

①に関してはドリブンキーで設定できますが、
②に関しては「肘を曲げた状態で手首を回外・回内させた時のみ」
という条件があるため、ドリブンキーで表現することは困難です。

そこで、RBFソルバーの出番です。

RBFソルバーを使用すると、多次元の値を入力として設定できるため、
②のような条件があったとしても設定が可能です。
以上を踏まえて、

• 目的とするポーズ
• 各ポーズでの補助骨の挙動

をまとめると、下表になります。

次の項では、実際にweightDriverを使用して上表の挙動を設定してみます。

 

２．weightDriverの設定

weightDriverのプラグインをロードし、スクリプトエディターのMELタブで

weightDriverEditRBF;

を入力してweightDriverのGUIを立ち上げます。
※詳細はweightDriverの配布サイトの動画などをご覧ください。

 

今回、ドライバーとして必要なものは

• 肘の回転値
• 手首の回転値

となります。
肘の回転にはクォータニオンのYawを、手首の回転値はRollを設定しておきます。
※クォータニオン値の設定方法については割愛します。

 

次に、GUIのDriverに肘の骨と手首の骨を登録しますが、
weightDriverのGUIでは、Driverに1つのノードしか登録できません。

つまり、肘の骨と手首の骨が登録できません。
そのため、『肘の骨のYaw』と『手首の骨のRoll』の値を
別の1つのノードにまとめる必要があります。

空のノード（名前：armMuscle_driver_L）を作成し、
lowArmYaw、wristRollという名前でアトリビュートを追加します。

 

肘のYawをlowArmYawに、手首のRollをwristRollに接続します。
こうしておくことで、肘と手首の骨の必要な回転値を
作成したノードを介してDrvierに登録することができます。

 

armMuscle_driver_LをDriverに登録します。
Attributesの項目に全てのアトリビュートが表示されるので、
右クリック→『Show Keyable Only』にチェックを入れて
キーアブルなアトリビュートのみを表示します。

 

上腕二頭筋の補助骨（armMuscle_jt_L）をDrivenに登録します。

 

次に、下表の各ポーズを登録していきます。

 

lowArmYawが０、wristRollが０の状態で、
DriverのAttributesからlowArmYawとwristRoll、
DrivenのAttributesからtranslateXYZ、rotateXYZ、scaleXYZ
を選択してAdd Poseをクリックします。

 

次に、
lowArmYawが90、wristRollが０、
lowArmYawが130、wristRollが０、
、、、と表の全てのポーズを作成します。

この時点で補助骨の位置を調整したい場合は、
該当するポーズで補助骨の位置を調整した後、
『Update』ボタンをクリックすると各値が更新されます。

 

Applyをクリックします。
weightDriverノードが作成されて各アトリビュートが接続されます。

 

Apply実行後は、GUIからUpdateボタンは消えます。
Undoを実行してもUpdateボタンは戻ってきません。。。

また補助骨のアトリビュートはロックされて、ビュー上での制御はできなくなります。

Apply実行後に補助骨を調整したい場合は、GUIで数値入力で調整する必要があります。
数値入力後は、Applyをクリックすると全ての値が更新されます。

上記設定により、目的の挙動を実現できました。

 

３．Connect の設定

次に、GUIの『Connect』について説明します。

前項の手順では、GUIで全てのポーズを作成する際に
補助骨の位置を調整してからApplyを実行しましたが、
Apply実行後は数字入力での調整になるため、調整や修正が非常に困難です。

『Connect』機能を使用すると、ビュー上で視覚的に調整することができます。

上腕二頭筋の補助骨と同じ階層、同じ軸で各ポーズの数の骨を作成します。
補助骨を複製して、名前をarmMuscle_pose0(～6)_Lに変更します。

 

作成した骨に、
armMuscle_driver_Lで設定したアトリビュートと同様の
lowArmYaw、wristRollアトリビュートを追加し、各ポーズの値を設定します。

必ずDriverに設定したノードと同じ名前で設定してください。

※下図はpose1（肘の回転：90、手首のひねり：0）

 

前項と同様に、GUIで全てのポーズを作成してApplyを実行します。
この時点で補助骨を調整する必要はありません。
補助骨は初期値（TranslateXYZ：０、RotateXYZ：０、ScaleXYZ：１）のままで作成します。

 

先ほど作成したarmMuscle_pose0(～6)_Lを0から順番に選択してConnectをクリックします。
※pose0～6に選択順にそれぞれ接続されます。

 

これで、ビュー上で補助骨を視覚的に制御できるようになりました。
各ポーズでarmMuscle_pose0(～6)_Lを制御して挙動を確認します。

armMuscle_pose1_Lを制御すると、
pose1（肘の回転：90、手首のひねり：0）の条件下のみで
補助骨に影響を与えていることがわかります。

armMuscle_pose2_Lを制御すると、
pose2（肘の回転：130、手首のひねり：0）の条件下のみで
補助骨に影響を与えていることがわかります。

 

各ポーズで補助骨の挙動を調整して完成です。

 

４．まとめ

今回は、補助骨を制御する手法として、
主にweightDriverノードを用いたRBFの設定方法をご紹介しました。

RBFでは、指定したポーズで直感的にモデリング感覚で調整ができます。
肩と腕を上げるといった複雑なポーズでも設定可能なので、
ドリブンキーでの設定が難しい箇所で使用するのが良いと思います。

フェイシャルリグでも使用すると色々と便利ですね。

今回はweightDriverを使用しましたが、
RBFをエクスプレッションで作成しておけば、
ゲームエンジンで実装する際に重宝されると思います。

処理負荷は考慮して、使用する箇所を限定する必要はありますが。。。

ぜひ試してみてください。
ではまた！

 

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