Computer のバックアップ(No.1)

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第14回　物理シミュレーション

3DCG演習/2022?｜2022.09.13 -

解説動画

録画済み動画です。再生して視聴してください。
以下名簿が表示されます。既読確認（出欠確認）をお願いします。
　既読確認

物理シミュレーション

Blender では、引力・斥力・磁力・風力といった場の設定や、液体やガスの流れなど、様々な物理現象をシミュレーションすることができます。これらのパラメータは、一般に PropertyEditor の Physics タブを使って設定します。

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物体の落下と衝突

物体の落下や衝突のシミュレーションには、Rigid Body（剛体）を使います。

1) 基本設定
- 落下する立方体（剛体）の設定
  - 立方体をシーンの上の方へ移動させます。
    角から落ちるように、適当に回転させておくとよいでしょう。
  - 立方体を選択した状態で以下のようにします。
```
PropertyEditor ＞ Physics タブ ＞ Ridged Body ＞ Type：Active
```
    Active：剛体として物理的な環境（重力）の影響を受けます。
- 床（剛体）の設定
  - 立方体よりも下に、平面または平板を床として表示。
  - 床をを選択した状態で以下のようにします。
```
PropertyEditor ＞ Physics タブ ＞ Ridged Body ＞ Type：Passive
```
    Passive：物理的な環境（重力）の影響を受けず、その場に固定されます。
- アニメーションさせてみてください [SPACE]
  立方体が落下して、床に当たって止まる状況がシミュレーションされます
- 同様に複数の物体を配置して Ridged Body に設定すると、物体間の衝突がシミュレーションできます。

各種設定
- Bounciness：跳ね返り係数
  - この値を大きくすると衝突時の跳ね返りが大きくなります。
  - 衝突する両方の物体とも値を持つ必要があります。例えば、上記の例では、落ちる立方体と床の両方の係数が大きくないといけません。
- Collisions > Shape：衝突判定の形状
  - デフォルトは Convex Hull（凸包)で、形状の凸部分でラップした形を衝突面として利用します（ざっくりしたシミュレーションになります）。
  - 形状の凹凸に忠実に判定するには、Mesh にして下さい。
- Friction：摩擦
  - 表面の滑りにくさを設定することができます。

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風になびく旗

旗やシーツのような布状のものの振る舞いをシミュレーションするにはCloth（布）を利用します。

1) 旗が固定されるポールをつくります。
- 円柱を細長くして立てます。

2) 旗をつくります。
- オブジェクトモードで平面を追加して縦横比を旗のそれにして下さい。
- これを移動してポールの上の方に隣接させて下さい。
- 旗の平面をエディットモードで細分化します。
```
Header ＞ Edge ＞ Subdivide ＞ Subdivide パネルで細分化
```
- 布のように見せる前提なので、スムーズシェーディングを設定します。
```
オブジェクトモードで、右クリック ＞ Shade Smooth
```

3) 旗の端を固定するための準備をします。
- ポールに接する部分（旗の端）を頂点グループに設定します。
```
エディットモードで、旗の端を Box 選択
PropertyEditor ＞ ObjectData Property ＞ Vertex Groups パネル ＞ [+]
Weight 1.0 の状態で [Assign] をクリック
グループの名称は適当につけてください。
```
- ちなみに設定できたかどうかは、Weight Paint モードにするとわかります。
  設定された部分が赤く表示されるはずです。

4) 旗に Cloth の設定を行います。

旗のオブジェクトを選択して、Cloth - Cotton を適用します。
```
PropertyEditor ＞ Physics タブ ＞ Cloth ＞ Type：Cotton
```

旗の端が動かないようピン留めします。

PropertyEditor ＞ Physics タブ ＞ Cloth ＞ Shape ＞ Pin Groupで
旗の端に設定した頂点グループ名を指定

5) アニメーションさせてみてください [SPACE]
旗が重力にしたがってぶら下がる様子が確認できると思います。

6) 最後にシーンに「風」を設定します。

シーンに風の ForceField を追加します。

Header ＞ Add ＞ ForceField ＞ Wind
旗のポール側から風があたるように位置を調整します。

デフォルトでは風が弱いので、強くします。

PropertyEditor ＞ Physics タブ ＞ ForceFields で
Settings ＞ Strength ＞ 2000 ぐらいまで上げてみて下さい。

7) アニメーションさせてみてください [SPACE]
旗が風になびく様子が確認できると思います。

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流体のシミュレーション

流体（液体やガス）のシミュレーションには Fluid を利用します。この機能を利用するには、シミューレーション領域としての Domain と液体またはガス流体としての Flow の２つを設定する必要があります。

1) Domain の設定
この作業の初動では、Domain の中が見えるように、3D Viewport の表示は、ワイヤーフレームにして下さい。
- 直方体をシーンに追加して、以下のように Domain にします。
```
PropertyEditor ＞ Physics ＞ Fluid ＞ Type：Domain
```
  注）他の形状のメッシュもドメインオブジェクトとして使用できますが、流体シミュレータは形状のバウンディングボックスをドメイン境界として使用します。つまり、ドメインの実際の形状は直方体のままです。
- この時、直方体の下に見える小さな立方体は、ボクセルのサイズを可視化したものです。ボクセルサイズは以下の設定で変更可能です。
```
PropertyEditor ＞ Physics ＞ Fluid ＞ Settings ＞ Resolution Divisions：値
```
- Domain のタイプを Liquid / Gas から選択します。
```
PropertyEditor ＞ Physics ＞ Fluid ＞ Settings ＞ Domain Type：Liquid
```
- 重力は、デフォルトで -9.8m/s2 が設定されています。
- Liquid を選択した場合は、Liquidパネル内の Mesh にチェックが必要
  これをしないと、レンダリングしても何も表示されません。
- Bake（書き出し保存）に関する設定は Cashパネルで行います。
  - キャッシュファイルの場所を設定をします。
    キャッシュファイルは、デフォルトでは tmpフォルダに作成されます
    放置するとゴミが溜まるので、場所は明示的に決めましょう。
  - Frame Start と End でシミュレーションの時間範囲を決めます。
  - Type
    ・Replay：プレビュー時に自動でシミュレーションとベイクを行う
    ・Modular：要素ごとにベイクします
    ・All：すべてをベイクします（ Bake All ボタンが出現します）

2) Flow の設定
- 任意のメッシュをシーンに追加して、以下のように Flow にします。
```
PropertyEditor ＞ Physics ＞ Fluid ＞ Type：Flow
```
- Flow Type を Liquid / Smoke / Fire などから選択します。
```
PropertyEditor ＞ Physics ＞ Fluid ＞ Settings ＞ Flow Type：Liquid
```
- Flow Behavior（フローの挙動）を選択します。
  - Inflow：蛇口から水が出るように継続的に液体が流出。
  - Geometry：オブジェクトの形を初期状態とした液体の流出。
- Initial Velocity にチェックを入れると、上や横に吹き出すシミュレーションが可能になります。X, Y ,Z の値が各向きの初速度になります。

3) Effector の設定
流体が衝突する障害物（流れが制限される形状）を設定します。
- 任意のメッシュをシーンに追加して、以下のように Effector にします。
```
PropertyEditor ＞ Physics ＞ Fluid ＞ Type：Effector
```

4) シミュレーション
- Domainオブジェクトを選択して、Physics タブ、Fluid > Cash で
  Type：Replay を明示的に選択してください。
  ＞ Flowオブジェクトが時点で、Flow として振る舞います。
- アニメーションさせて確認してください（ [ SPACE ] ）
  流体の動きが確認できると思います。

付記：Quick Effect について
最新の Blender では、このシミュレーションが、Quick Effect で簡単に設定できるようになりました。例えば、シーンに球体を配置して、以下のようにすると、ドメインが自動生成されて、シミュレーションの基本的な準備が整います。

Header ＞ Object ＞ Quick Effects ＞ Quick  Liquid

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課題３　Another World　

シンプルなオブジェクトのトランスフォーム、パスアニメーション、階層アニメーション、キャラクターアクション、物理シミュレーションなど、形式は自由です。実写とは異なる 3DCGならではの表現可能性を模索してください。

参考： YouTube: 3DCG Ａnimation

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提出仕様

画面サイズ：自由（最小 640px幅）
時間：10秒以上（10 s x 30 fps = 300 frame）
透明・反射を含んで Cycles でレンダリングすると相当な時間がかかります。
音声：自由（基本的に無音でも構いません）
ファイル形式：YouTube にアップできる形式であれば自由
提出場所：学科サイト各個人の当該授業ページ
- 見出しの「Animation」を「作品タイトル」に変更するとともに、制作のコンセプトを簡潔に記載して下さい。
- 無音の場合は、掲載動画の直下に「この作品には音声はありません」などと、無音であることを注記してください。
提出締切：9月30日（課題１、２の最終提出も同日最終締）

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表現について

CGならではの「動き」の表現を検討してください。
映像作品としての魅力を引き出すカメラワークを検討してください。
形状変形や物理シミュレーションの活用は必須ではありません。

第14回 物理シミュレーション