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3D Pipeline Serie - Rigging et skinning



Introduction

Dans cette série d’article, nous sommes passés de la modélisation au texturing, en passant par l’éclairage de la scène.

Mais comment rendre notre scène, notre film ou notre jeu plus vivant ? Grâce à l’animation de notre solution évidemment. En effet, tout dans notre monde est en mouvement constant. Du chien qui aboie au chat qui se réfugie dans l’arbre. Tout bouge en permanence.


Mais avant toute chose, il reste deux étapes de taille à soumettre à notre belle modélisation afin de lui permettre de bouger comme si celle-ci était vivante.

D’un point de vue biologique dans le réel, nos muscles, nos tendons et nos os définissent ce que notre corps est capable d’accomplir. Il en va donc de même dans le monde virtuel de la 3D. On distingue deux étapes :

  • Le rigging qui consiste à créer un squelette « marionnette »

  • Le skinning qui consiste à lier chaque point du modèle à ce squelette

Une fois ces deux étapes accomplies, notre modèle - quel qu’il soit - pourra bouger et donc être animé. Voyons maintenant en détails ces deux étapes.

Le rigging

L’étape de rigging génère un squelette « marionnette » équipé de poignées invisibles qui lui permettent de le faire bouger. Un peu comme les fils de nylon d’un pantin de bois. Nous appelons cet ensemble d’os, le « rig ».


Le squelette

Nous ne fabriquons pas un squelette n’importe comment. On doit veiller à créer un squelette dont les capacités articulaires sont les mêmes qu’un modèle dans le monde réel, avec tout de même une certaine marge de manœuvre.


Par exemple, lorsque vous levez les bras au ciel, vos articulations vous empêcheront de mener vos bras jusqu’à un certain point. Lorsque vous marchez, vos genoux ne se plient que dans un seul sens et jamais dans l’autre. Certaines articulations ont des angles limites et des élasticités propres qu’il faut respecter si nous voulons manipuler au mieux le vivant.

Lors de cette étape de rigging, on apportera un grand soin à la nomenclature des os afin de pouvoir naviguer plus facilement dans l’arborescence du squelette. Celui-ci sera perçu en fin d’étape comme une arborescence fonctionnelle : lorsque vous bougez votre épaule, le reste du bras bouge à son tour, ce qui entraînera la main, ainsi que les doigts avec elle…

Les contraintes et les relations

Un autre objectif important sera de préparer au mieux le travail d’animation en facilitant cette tâche. Comme nous l’avant vu précédemment, c’est souvent des relations causales qui définissent le mouvement d’un os par rapport à celui qui le précède. L’épaule entraine le bras et ainsi de suite. Mais lorsque l’on manipule un pantin, on remarque que l’on se soucie très peu de la position de certaines articulations qui se positionnent tout naturellement à une place précise. Le genou fait partie de ces articulations dont la position peut être automatiquement calculée par la machine sur base de la position et de l’orientation du bassin et de celle du pied. Cette position est définie par des contraintes et des relations qui lient tous les os de la jambe ensemble. De cette manière quand l’animateur posera le pied du modèle sur le sol et qu’il fera ensuite bouger le bassin de notre modèle, ce dernier gardera toujours les pieds au sol. Un squelette standard utilisera beaucoup ces contraintes et ces relations pour définir des mouvements automatiques qui faciliteront le travail d’animation par exemple au niveau du dos, des doigts, des bras, du cou etc.


Les poignées

Les poignées sont des éléments primordiaux des squelettes parce qu’ils permettent de manipuler le squelette et de jouer avec les fameuses contraintes. La plupart des softwares proposeront de définir ces poignées sous de multiples formes graphiques, de la plus simple à la plus complexe. Un grand soin est apporté autant dans la forme que dans la couleur afin de rendre compréhensible l’assemblage de ce squelette « marionnette ».


Le skinning

Cette étape permet de lier le squelette à la « peau du modèle ». Chaque point de la modélisation doit être influencé par un ou plusieurs os du squelette. Les os se partagent les points de sorte que chaque point ait une influence résultante de 100%. Le résultat de cette étape permet au modèle de suivre la déformation du squelette, comme la chair suit les os dans le monde réel. Quand l’os de l’épaule bouge, le bras de notre modèle suit scrupuleusement tous les os qui composent le bras de son squelette.

Les softwares 3D proposent une interface d’application de ces influences par l’intermédiaire de couleurs directement sur le modèle. Les influences peuvent être peintes directement sur la surface pour chaque os, rendant ce travail bien plus intuitif. Les points chauds fortement influencés étant bien mis en évidence.



Toute la difficulté de cette étape provient du fait qu’un seul point peut avoir plusieurs influences sur différents os de l’ossature et le nombre d’influences peut être limité en fonction de l’usage.


Par exemple, dans le domaine du jeu vidéo, il y a une limite de quatre os influenceurs. Même si l’évolution des technologies permet de plus en plus de repousser cette limite, ce travail doit être effectué pour chaque point du modèle. Il existe des algorithmes de conversion qui permettent de prédéfinir automatiquement les influences mais un contrôle humain est conseillé pour toutes les zones de flexions difficiles où des retouches peuvent être nécessaires.

Il en est de même pour les limites d’influence à quatre os, où la machine peut effectuer une présimplification en supprimant les influences trop basses et en répartissant le reste sur les gros influenceurs pour chaque point.


Voilà qui termine cette étape. Nous pouvons enfin dire que notre modèle est prêt à être animé. Restez connecté si vous souhaitez apprendre à lui donner vie, ce sera le sujet du prochain article 😏

Conclusion

Le rigging crée le squelette dont le skinning a besoin pour rendre le modèle animable.

Les objectifs sont de :

  • Générer une reproduction d’un squelette réel articulé avec toutes les contraintes et les relations nécessaires

  • Faciliter l’animation avec des poignées pour manipuler aisément le modèle


Jean-Philippe.

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