الرسوم المتحركة الهيكلية

الرسوم المتحركة الهيكلية أو التجهيز هي تقنية في الرسوم المتحركة الحاسوبية ، حيث يتم تمثيل الشخصية (أو أي جسم مفصلي آخر) بجزأين: تمثيل شبكي متعدد الأضلاع أو بارامتري لسطح الجسم، ومجموعة هرمية من الأجزاء المترابطة (تُسمى المفاصل أو العظام، وتشكل مجتمعةً الهيكل العظمي)، وهو هيكل افتراضي يُستخدم لتحريك الشبكة (وضعها وتحديد إطاراتها الرئيسية). ^{[ 1 ]} على الرغم من أن هذه التقنية تُستخدم غالبًا لتحريك البشر والأشكال العضوية الأخرى، إلا أنها تُسهّل عملية التحريك، ويمكن استخدامها أيضًا للتحكم في تشوه أي جسم، مثل باب أو ملعقة أو مبنى أو مجرة. عندما يكون الجسم المتحرك أكثر عمومية من شخصية بشرية، على سبيل المثال، قد لا تكون مجموعة "العظام" هرمية أو مترابطة، بل تمثل ببساطة وصفًا عالي المستوى لحركة جزء الشبكة الذي تؤثر عليه.

تم تقديم هذه التقنية في عام 1988 من قبل ناديا ماجنانات ثالمان ، وريتشارد لابيريير، ودانيال ثالمان . ^{[ 2 ]} تُستخدم هذه التقنية في جميع أنظمة الرسوم المتحركة تقريبًا حيث تسمح واجهات المستخدم المبسطة للمحركين بالتحكم في خوارزميات معقدة في كثير من الأحيان وكمية هائلة من الهندسة؛ لا سيما من خلال الحركة العكسية وغيرها من التقنيات "الموجهة نحو الهدف".

كما هو موضح في مقال تعليمي لجوش بيتي: ^{[ 3 ]}

التجهيز هو عملية تمكين شخصياتنا من الحركة. تتضمن هذه العملية أخذ المجسم الرقمي، والبدء في بناء الهيكل العظمي والعضلات، وربط الجلد بالشخصية، بالإضافة إلى إنشاء مجموعة من أدوات التحكم في الرسوم المتحركة، والتي يستخدمها رسامو الرسوم المتحركة لتحريك الجسم.

تُنشئ هذه التقنية سلسلة من العظام (لا يشترط أن تُطابق أي سمة تشريحية حقيقية)، ويُشار إليها أحيانًا باسم "التجهيز" (rigging). لكل عظمة تحويل ثلاثي الأبعاد من وضع الربط الافتراضي (يشمل موضعها وحجمها واتجاهها)، وعظمة أصلية اختيارية. تُشكل العظام بالتالي تسلسلًا هرميًا . التحويل الكامل لعقدة فرعية هو حاصل ضرب تحويل العظمة الأصلية وتحويلها الخاص. لذا، فإن تحريك عظمة الفخذ يُحرك الساق أيضًا. أثناء تحريك الشخصية، تُغير العظام تحويلها بمرور الوقت، تحت تأثير مُتحكم الرسوم المتحركة. يتكون التجهيز عمومًا من أجزاء حركية أمامية وأخرى حركية عكسية قد تتفاعل مع بعضها البعض. يُشير مصطلح "التحريك الهيكلي" إلى جزء الحركة الأمامية من التجهيز، حيث تُحدد مجموعة كاملة من تكوينات العظام وضعية فريدة.

ترتبط كل عظمة في الهيكل العظمي بجزء من التمثيل المرئي للشخصية (الشبكة ) في عملية تُسمى "التكوير". في الحالة الأكثر شيوعًا لشخصية ذات شبكة مضلعة ، ترتبط العظمة بمجموعة من الرؤوس ؛ على سبيل المثال، في نموذج إنسان، ترتبط عظمة الفخذ بالرؤوس التي تُشكل المضلعات في فخذ النموذج. يمكن عادةً ربط أجزاء من جلد الشخصية بعظام متعددة، لكل منها عامل قياس يُسمى " أوزان الرؤوس" أو "أوزان المزج" . وبالتالي، يمكن أن تتأثر حركة الجلد بالقرب من مفاصل عظمتين بكلتا العظمتين. في معظم محركات الرسومات الحديثة، تتم عملية التكوير على وحدة معالجة الرسومات (GPU) بواسطة برنامج تظليل .

في الشبكة المضلعة، يمكن أن يكون لكل رأس وزن مزج خاص بكل عظمة. لحساب الموضع النهائي للرأس، تُنشأ مصفوفة تحويل لكل عظمة، وعند تطبيقها على الرأس، تُنقله أولًا إلى فضاء العظام ثم تُعاد إلى فضاء الشبكة. بعد تطبيق المصفوفة على الرأس، يُقاس حجمه وفقًا لوزنه المقابل. تُسمى هذه الخوارزمية "الجلد باستخدام لوحة المصفوفة" أو "الجلد باستخدام المزج الخطي" ^{[ 4 ]} ، لأن مجموعة تحويلات العظام (المخزنة كمصفوفات تحويل ) تُشكل لوحة ألوان يختار منها رأس الجلد.

يُعدّ التحريك الهيكلي الطريقة القياسية لتحريك الشخصيات أو الأجسام الميكانيكية لفترة طويلة. وهو شائع الاستخدام بين فناني ألعاب الفيديو وفي صناعة السينما ، ويمكن تطبيقه أيضاً على الأجسام الميكانيكية وأي أجسام أخرى تتكون من عناصر ومفاصل صلبة.

يمكن لتقنية التقاط الأداء (أو التقاط الحركة ) أن تسرع عملية تحريك الهيكل العظمي، بالإضافة إلى زيادة مستوى الواقعية.

يمكن التحكم في الهياكل العظمية باستخدام فيزياء الدمى المتحركة التي تحسب تلقائيًا فيزياء الحركة والمقاومة باستخدام الهياكل العظمية. ويمكن إضافة خصائص التشريح الافتراضي مثل وزن الأطراف، وردود فعل العضلات، وقوة العظام، وقيود المفاصل للحصول على تأثيرات واقعية للارتداد، والانحناء، والكسر، والتدحرج.

تتضمن بعض حزم البرامج الشائعة التي يمكن من خلالها إنشاء الهياكل Blender و Autodesk Maya و SideFX Houdini و Autodesk 3ds Max و Maxon Cinema 4D و Unreal Engine وغيرها الكثير.

• رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد
• تحويل الرسوم المتحركة للهدف
• محاكاة تفاعلية تعتمد على الهيكل العظمي
• رسوم متحركة بتقنية القص واللصق