Animación: Constraints de animación, Surface Constraint

En el mundo de la animación 3D todo lo que se mueve, rota o escala, es decir, todo lo que es posible de “animar” siempre está manejado por un controlador. En el caso de 3DSMAX, un controlador es un plugin que controla el almacenamiento y la interpolación de todos los valores animados, es decir, gestiona todas las tareas de animación. En el programa tenemos tres tipos de controladores predeterminados y estos son los siguientes:

  • Posición: Position XYZ.
  • Rotación: XYZ Euler.
  • Escala: Bezier Scale.

Además de los controladores de animación standard, también disponemos de un tipo especial de controladores llamados Restrictores o Constraints los cuales son precisamente “restrictores de movimiento” que nos facilitan bastante el proceso de animación, ya que gracias a estos se puede restringir y/o controlar la jerarquía, posición, rotación y escala de un objeto. Dependiendo del tipo de animación que deseemos realizar dependerá la cantidad de objetos que necesitemos para aplicar un constraint. En este apunte veremos todos los Constraints de animación a excepción de Path Constraint, ya que este último es estudiado en su apunte respectivo.

Este apunte utiliza un archivo de base, el cual puede ser descargado desde el siguiente vínculo (en formato MAX 2021):

Constraints o Restrictores de animación

Como ya dijimos en un principio, un Constraint es un controlador o “restrictor” de animación y en el caso de 3DSMAX, tenemos varios tipos de estos los cuales se utilizan para diferentes tipos de animaciones según lo que necesitemos resolver. Los Constraints pueden encontrarse en el menú Animation >> Constraints de la parte superior de 3DSMAX:

En total tenemos siete tipos de constraints los cuales son:

  1. Attachment Constraint: Asocia la posición de un objeto a la cara de otro.
  2. Surface Constraint: Limita la posición de una superficie 2D a la superficie de otro elemento 3D.
  3. Path constraint: Limita el movimiento de un objeto a lo largo de un recorrido.
  4. Position constraint: Limita la posición de un objeto a la posición de otro.
  5. Link Constraint: Genera uno o más vinculos entre el objeto que tiene la restricción y otros.
  6. LookAt constraint: Limita la orientación de un objeto a la posición de otro.
  7. Orientation constraint: Limita la rotación de un objeto a la rotación de otro.

Dependiendo de qué es lo que queremos animar dependerá el o los constraints que aplicaremos. Para este apunte estudiaremos el restrictor llamado Surface Constraint.

Surface Constraint

Este Constraint nos permite enlazar un objeto (mediante su punto de pivote) a la superficie o cara de otro y a su vez nos permite su animación en torno a esta. Sin embargo, este constraint no puede ser aplicado a todos los objetos puesto que está limitado solamente a objetos 3D que puedan ser representados de forma paramétrica. Por lo tanto, las superficies de los objetos en los cuales puede ser utilizado este Constraint son:

  • Esfera o Sphere.
  • Cono o Cone.
  • Cilindro o Cylinder.
  • Dona o Torus.
  • Quad Patch (creado mediante la opción Patch Grids).
  • Objetos realizados mediante la operación compuesta llamada Loft.
  • Curvas de tipo NURBS.

Para entender el funcionamiento cabal de la herramienta desarrollaremos un ejercicio sencillo ya que realizaremos una animación de tanques en un terreno con inclinaciones. Por ello, abriremos el archivo llamado 3dsmax_animacion_surfaceconstraint.max y al hacerlo se nos mostrará lo siguiente:

Como podemos notar, el archivo posee cuatro pequeños tanques y un terreno realizado mediante Loft el cual posee montículos. La idea es que los tanques se vinculen a esta superficie y se muevan en línea recta por esta. Lo que haremos será colocarnos en el cuadro 0, seleccionar uno de los tanques verdes y luego aplicaremos el constraint de la siguiente manera: iremos a Animation >> Constraints y elegiremos Surface Constraint. Notaremos que al aplicarlo, veremos una línea segmentada similar a cuando vinculamos los objetos. En este caso, elegiremos la superficie y realizamos Click para terminar de asignar el restrictor.

Como notamos, el tanque queda vinculado a la superficie y por ende, se coloca en la esquina superior izquierda de esta.

Lo que corresponde ahora es hacerlo caminar por el terreno y para eso, con el tanque seleccionado, iremos a la tabla llamada Surface Controller Parameters que se ubica en el panel de animación:

En este caso el panel es sencillo de controlar ya que, además de poder cambiar la superficie o terreno a escoger mediante Current Surface Object, podremos mover el objeto vinculado por la superficie mediante los parámetros U Position y V Position, los cuales representan el movimiento en X e Y respectivamente ya que en verdad el Constraint NO vincula a la superficie real, sino más bien crea una superficie virtual de manera similar a cuando se coloca una textura en un objeto. En el caso de nuestro tanque, colocamos en U el valor 99,9 y en V el valor 7. El resultado es el siguiente:

Si bien se podría colocar el valor 100, el problema al hacer esto es que si lo alineamos y luego efectuamos la animación final el tanque se invertirá. Por esto mismo es que realizaremos lo mismo con el resto de los tanques, es decir, les aplicaremos Surface Constraint y colocaremos el mismo valor en U a todos. En el caso de V colocaremos el valor 16 para el segundo tanque, 27 para el tercero y 45 para el último. El resultado de la operación es el siguiente:

Antes de realizar la animación final es importante ver el resto de los parámetros de Surface Controller Parameters, ya que además de mover un objeto en U y V podremos elegir el cómo se alinea este en la superficie. La opción No Alignment no alinea el objeto, mientras que Align to U hará que su pivote en X se alinee en torno a U y finalmente, Align to V hará que su pivote en X se alinee en V. Al activar cualquiera de las dos opciones anteriores podremos invertir el objeto activando la casilla Flip. Podemos ver aplicaciones de estas opciones en el ejemplo siguiente:

En el ejemplo, los tanques de color verde tienen seleccionada la opción Align to U. Notamos que el primero de estos no posee la opción Flip activada y por ello queda invertido. En cambio, los tanques de color café tienen activada la opción Align to V, pero el tanque inferior posee la opción Flip activada.

Para terminar el ejercicio, en todos los tanques seleccionamos la opción Align to V y aplicaremos la opción Flip. Sin embargo, notaremos que todos apuntan hacia fuera del terreno lo cual hará que al animarlos, se dirijan en modo “marcha atrás”:

Solucionaremos esto simplemente colocando el modo Local en Reference Coordinated System, luego activando Angle Snap, seleccionando cada tanque y finalmente girando cada uno en 180° mediante Select and Rotate, ya que Surface Constraint NO restringe la orientación de los objetos. Con esto realizado todos nuestros tanques ya apuntarán hacia el frente y por ello, podremos iniciar la animación definitiva.

Una vez realizada esta acción, ya podemos testear el movimiento de nuestros tanques simplemente modificando los valores de U, en la tabla Surface Controller Parameters. Notaremos que los tanques se mueven por la superficie de manera similar a un tanque real:

Para animarlos, seleccionamos cada tanque y establecemos Auto Key, nos vamos al cuadro 200 y colocamos el valor 0 en U. Con esto nuestro tanque se moverá por la superficie desde un extremo a otro de esta. Si lo queremos, podremos animar el parámetro en V pero en este caso debemos ser cuidadosos, ya que valores altos harán poco creíble el movimiento. Realizamos esto mismo en el resto de los tanques.

El renderizado final de toda la escena desde la cámara de detalle es el siguiente:

Como pudimos apreciar, los restrictores son fundamentales para lograr animaciones creíbles y realistas puesto que el principio de estos es justamente emular la realidad ya sea mediante la modificación de la jerarquía, posición, orientación o escala de uno o más objetos. El o los constraints a aplicar a los objetos 3D dependerán exclusivamente del tipo de animación que deseemos realizar en 3DSMAX.

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