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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
  
  

CONTENTS

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。

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。
      
      

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。

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

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

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）
  
  

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。