Blender Dokumentation: Kraftfelder und Kollisionen

Diese Seite bezieht sich auf Blender v2.46

Partikel und Softbodies können mit ihrer Umgebung (also anderen Objekten oder Partikelsystemen) wechselwirken. Sie können mit ihnen zusammenstoßen (Collision) oder Kräfte von ihnen erfahren (Fields). Zu den verschiedenen Fields-Typen gehören noch weitere Einstellungsmöglichkeiten, diese werden beim jeweiligen Typ erläutert. Alle Objekttypen und Partikel können Felder erzeugen, nur Meshobjekte können als Deflection-Objekte benutzt werden.

• Die Objekte müssen mindestens eine gemeinsame Ebene teilen, damit Zusammenstöße stattfinden und die Felder ihre Wirkung entfalten.
• Bei Partikeln kann man die Wirkung auf eine Gruppe von Objekten einschränken (auf dem Extras-Panel).
• Fields können von Objekten und von Partikeln erzeugt werden.

Nach Änderungen der Deflection- bzw. Fields Einstellungen müssen Sie ihr Partikel- bzw. Softbody-System neu berechnen lassen (Free Cache), das geschieht nicht automatisch. Für alle ausgewählten Objekte geht das mit Strg-B->Free Cache selected.

Um das Partikelsystem nicht ständig von Hand löschen zu müssen, kann man die Rechte für das Cache-Verzeichnis auf "Schreibgeschützt" ändern. Zunächst also einmal die Animation starten damit das Verzeichnis erzeugt wird, dann die Dateien im Verzeichnis löschen und dann sich selbst die Schreibrechte entziehen.

Abbildung 1: Deflection- und Fields-Panel in den Phyics-Buttons.

Collision

Mit Collision bezeichnet man das Abprallen von Partikeln oder Softbodys von anderen Objekten. Boids versuchen Collision-Objekte zu vermeiden. Wenn sich nur die Kollisionsobjekte bewegen, werden Kollisionen nicht berechnet, die Partikel durchdringen dann das Objekt. Kollisionen verbessern sich bei langsam bewegenden Objekten, wenn man für die Partikel Size Deflect mit einer an die Geschwindigkeiten und das System angepassten Größe verwendet.

Particle Interaction

• Kill: Beendet das "Leben" der Partikel bei einer Kollision.
• Damping: Dämpfung bei der Kollision (unabhängig von der Geschwindigkeit der Partikel.) (Objekt-Ipos, Parameter RDamp)
  • Rnd Damping: Zufällige Variation der Dämpfung. (Objekt-Ipos, Parameter Damping. Das ist ganz sicher ein Irrtum in der Namensgebung der Ipo-Kurven)
• Friction: Reibung bei Bewegung entlang der Oberfläche.
  • Rnd Friction: Zufällige Variation der Reibung.
• Permeability: Durchlässigkeit für Partikel. (Objekt-Ipos, Parameter Perm)

Soft Body and Cloth Interaction

• Damping: Dämpfung bei einer Kollision.
• Inner: Größe der inneren Kollisionszone.
• Outer: Größe der äußeren Kollisionszone.
• Ev. M. Stack: Zunächst wird der Modifier-Stack ausgewertet, dann wird die Kollision mit dem Soft Body berechnet (Evaluate Modifier Stack). Sonst wird das Mesh ohne Modifier ausgewertet, z.B. ohne SubSurf.

Für eine genauere Erklärung der Softbody-Kollisionen lesen Sie bitte auf der Seite Soft Bodies: Kollisionen nach.

Fields

Wann benutzt man Felder die von Partikeln erzeugt werden, und wann Felder, die von Objekten erzeugt werden? Es kommt darauf an, welche Verteilung Sie benötigen. Da Partikel von der Oberfläche eines Objektes emittiert werden können, können Kraftfelder in der Form des Objektes erzeugt werden. Wenn Sie beispielsweise ein Partikelsystem dazu bringen wollen zeitweise eine bestimmte Gestalt anzunehmen, benötigen Sie dazu ein Feld, das wiederum von einem Partikelsystem erzeugt wird. Es gibt dazu sicher noch viele weitere Anwendungsbeispiele.

Wenn sie aber bspw. einen Ball durch einen Softbody-Schlauch bewegen, genügt es, das Feld mit dem Objekt (hier dem Ball) zu verbinden.

Spherical

Das Spherical-Field ist das einfachste, zunächst kugelförmige der Felder. Es übt eine anziehende bzw. abstoßende konstante Kraft aus. Konstante Kraft bedeutet konstante Beschleunigung, also werden z.B. Partikel immer schneller. Boids beachten Objekte mit Spherical-Feldern. Felder mit positivem Strength werden angestrebt, vor Feldern mit negativem Strength wird geflüchtet.

• Strength: Die Stärke des Kraftfeldes. Bei negativer Strength zieht das Kraftfeld Partikel an, bei positiver Strength stößt es Partikel ab. Skaliert man das Objekt, wird die Strength entsprechend mitskaliert. Sie können diesen Parameter animieren (Object-Ipos, Parameter FStrength).
• Planar: Das Feld in der XY-Ebene konstant, ändert sich also nur in Z-Richtung.
• Fall-off: Hier ist die Dropdown-Box gemeint, die die Form des Kraftfeldes festlegt (sofern die Fall-off Power nicht null ist).
  • Sphere: Kugelförmiges Kraftfeld.
    • Fall-off (Power): Der Verlauf des Kraftfeldes, also wie sich das Kraftfeld mit zunehmendem Abstand vom Objekt ändert. Ist r der Abstand vom Zentrum des Objektes, gehorcht die Kraft dabei der Formel ${\frac {1}{r^{Power}}}$. Ein Abfall von ${\frac {1}{r^{2}}}$ entspricht dabei der Schwerkraft oder dem Kraftfeld einer Punktladung. Allerdings ist das Schwerkraftfeld in der Nähe der Erdoberfläche näherungsweise konstant (aufgund der Größe der Erde). Sie können diesen Parameter animieren (Object-Ipos, Parameter FFall).
    • Pos: Fall-off nur in Richtung der positiven Z-Achse.
    • Max Dist/Use: Maximale Entfernung, bis zu der das Kraftfeld wirkt. Es wird nach dieser Grenze auf Null gesetzt (Objekte bewegen sich aber weiter, außer man bremst sie ab). Der Abstand wird durch eine gestrichelte Linie im 3D-Fenster dargestellt. Sie können diesen Parameter animieren (Object-Ipos, Parameter FMaxD).
    • Min Dist/Use: Minimale Entfernung, ab der das Kraftfeld wirkt. Der Abstand wird durch eine gestrichelte Linie im 3D-Fenster dargestellt.
  • Tube: Der Fall-off kann so eingestellt werden, dass sich ein röhrenförmiges Kraftfeld ergibt. Der Verlauf des Kraftfeldes kann longitudinal (nicht Lognitudina sic!) - also entlang der Längsachse - oder radial eingestellt werden.
  • Cone: Der Fall-off kann so eingestellt werden, dass sich ein kegelförmiges Kraftfeld ergibt.

Wind

Ein gerichtetes Kraftfeld, dessen Orientierung im Raum im 3D-Fenster durch vier Kreise dargestellt wird.

Vortex

Ein Wirbelfeld, dessen Orientierung im Raum durch eine Spirale dargestellt wird.

Magnetic

Ein Kraftfeld, dessen Stärke von der Geschwindigkeit der Partikel abhängt.

Harmonic

Abbildung 2: Partikel reagieren auf ein Harmonic-Field eines anderen Objektes und nehmen dessen Gestalt an

Video zur Abbildung 2. (info)

Der Feldtyp Harmonic hat eine Besonderheit: normalerweise beeinflusst jedes Partikel des Feld-Systems alle Partikel des Ziel-Systems. Bei einem Harmonic-Feld wird jedes Ziel-Partikel einem Feld-Partikel zugeordnet, das als Nullpunkt eines harmonischen Oszillators (Feder, Pendel) dient. Damit lassen sich Partikel dazu bringen, die Form eines anderen Objektes anzunehmen. Dazu muss das Feld nicht dem Objekt, sondern dem Partikelsystem zugeordnet werden!

Um das Partikelsystem der Ebene nach dem Erreichen des jeweiligen Zielobjektes "einzufrieren", wird der Damp(ing)-Parameter der Harmonic-Felder auf 1 gesetzt.

• Damp: Die Dämpfung des beeinflussten Paritkelsystems. Bei einer Dämpfung von 1 erreicht das beeinflusste Partikelsystem genau das Ziel.

Zu Abb. 2 gibt es ein kleines Tutorial, welches die prinzipielle Vorgehensweise genauer erläutert: Harmonic-Field.

Texture

Mit dem Feldtyp Texture können Sie im Prinzip beliebig komplizierte Kraftfelder erzeugen, deren Stärke an jedem beliebigen Punkt des Raumes in X/Y/Z-Richtung durch Farben kodiert wird. Wenn ein Partikel den Bereich des Kraftfeldes verläßt wird es nicht weiter beschleunigt, bewegt sich aber mit konstanter Geschwindigkeit weiter (wenn es nicht durch andere Kraftfelder oder durch "Reibung" gebremst wird). Beachten Sie dabei, dass nur prozedurale Texturen in Blender wirklich dreidimensional sind, also für jeden Raumpunkt einen anderen Wert ergeben können.

Rot kodiert dabei für die X-Achse, Grün für die Y-Achse und Blau für die Z-Achse, so wie man es auch von sonstigen Koordinatenachsen in Blender gewohnt ist. Ein Wert von 0.5 bedeutet keine Kraft, ein Wert größer als 0.5 Beschleunigung in negative Achsenrichtung (z.B. nach -Z), ein Wert kleiner 0.5 Beschleunigung in positive Achsenrichtung (z.B. nach +Z).

• Textur-Modes: Methoden wie das Kraftfeld aus der Textur berechnet wird.
  • RGB: Ein Kraft in den angegebenen Raumrichtungen. Hierfür wird eine RGB-Textur benötigt, also z.B. ein Bild. Andere Texturen wie bspw. eine Blend-Textur liefern in der Voreinstellung keine RGB-Werte, Sie müssen dann ein Colorband benutzen.
  • Gradient: Berechnet den Kraftvektor als 3D Gradient der Intensität (Graustufen) der Textur. Es zeigt immer in Richtung zunehmender Helligkeit.
  • Curl: Berechnet den Kraftfektor aus der Rotation der 3D RGB Textur. Das funktioniert daher auch nur mit einer Farbtextur. Versuchen Sie es z.B. mit einer Color Clouds Textur mit Perlin Noise um gutaussehende Turbulenzen zu erstellen.
  • Nabla: is the offset used to calculate the partial derivatives needed for gradient and curl texture modes. Und was das bedeutet, ist mir leider vollkommen unklar. --SoylentGreen 08:28, 10. Mai 2009 (CEST)
• Use Object Coordinates: Erlaubt bewegliche Kraftfelder, deren Koordinaten an die Ortskoordinaten des Objektes gebunden sind, welches das Kraftfeld trägt.
• RootTexCo: Das ist nützlich für Haare, da die Kraft auf die Root-Partikel für alle Teile des Haares verwendet wird.
• 2D: Die Z-Komponente wird ignoriert und nur die XY-Komponenten der Partikelkoordinaten verwendet.

Beispiele:

• Eine einfarbige Textur 0.5/0.0/0.5 erzeugt eine Kraft in Richtung der positiven Y-Achse, Haare sind z.B. alle zur Y-Achse hin ausgerichtet.
• Eine Blend-Textur mit Colorband kann benutzt werden, um Kraftfeldflächen zu erzeugen. Benutzt man z.B auf der linken Seite einen Wert von 0.5/0.5/0.5, rechts 1.0/0.5/0.5, erzeugt man ein Kraftfeld, das senkrecht zur XY-Ebene steht (also parallel zur Z-Achse). Bewegt man nun das Objekt, kann man mit dem Objekt Partikel wegschieben.
• Eine animierte Wood-Textur kann verwendet werden, um eine Wellenbewegung in einem "Grasmeer" zu erzeugen.

Curve Guide

Abbildung 3: Ein Curve Guide-Kraftfeld.

Kurvenobjekte können ein Curve Guide-Kraftfeld tragen. Mit einem solchen Kraftfeld kann man Partikel entlang einer bestimmten Bahn führen, auf Softbodies haben Curve Guides keinen Einfluss. Eine typische Einsatzmöglichkeit ist z.B. die Bewegung von Blutkörperchen in einer Ader. Des weiteren kann man Curve Guides gut für Haare einsetzen, um bestimmte Haarsträhnen in eine bestimmte Form zu bringen. Mit den neuen Bearbeitungsmöglichkeiten für Haare hat diese Anwendung allerdings an Bedeutung verloren. Die Kurven können wieder selbst auf verschiedene Arten animiert werden (z.B. als Softbody), die Animation der Kurven überträgt sich auf die Partikel. Es sind also sehr komplexe Animationen möglich, wobei man aber immer eine sehr gute Kontrolle über die Bewegung behält.

Zunächst wirken Curve Guides auf alle Partikel auf der gleichen Ebene [Layer], unabhängig von ihrem Abstand. Sind mehrere Curve Guides in einer Ebene, addieren sich ihre Felder (so wie Sie es vielleicht noch aus dem Physikunterricht kennen). Ihr Wirkungsradius kann aber eingeschränkt werden.

• MaxDist/Use: Der maximale Wirkungsradius. Er wird im 3D-Fenster mit einem gestrichelten Kreis dargestellt.
• MinDist: Der Abstand von der Kurve, bis zu dem das Kraftfeld der Kurve mit voller Stärke wirksam ist. Bei einem FallOff von 0 spielt dieser Parameter keine Rolle, da das Kraftfeld dann immer bis MaxDist voll wirksam ist. MinDist wird im 3D-Fenster mit einem Kreis an den Endpunkten der Kurve dargestellt.
• FallOff: Mit dem Parameter FallOff kann man die Einflussstärke des Kraftfeldes zwischen MinDist und MaxDist weich ausblenden, die Einflussstärke des Feldes steigt dann bis zu MinDist weich an. Ein FallOff von 1 entspricht einem linearen Verlauf.

Die Partikel durchlaufen den CurveGuide in ihrer Lebensdauer, ihre Geschwindigkeit hängt also von ihrer Lebensdauer und der Pfadlänge ab. Das kann aber natürlich verändert werden.

• Der Time-Ipo des Emitters verändert die Geschwindigkeit der Partikel entlang der Kurve, allerdings kann die Zeit nicht rückwärts laufen.
• Free: Anteil an Partikellebenszeit, der über das Ende des CurveGuide hinausragt.
• Additive: Benutzt man den Parameter Additive für die Curve Guides, wird auch die Geschwindigkeit der Partikel in Abhängigkeit des FallOffs ermittelt. Statische Partikel haben eine unterschiedliche Länge. Auf diese Weise kann man an einzelnen Stellen sehr lange Haare erzeugen.

Mit den weiteren Einstellungen auf dem Panel bestimmen Sie die Form des Kraftfeldes entlang der Kurve.

• Clump: Lässt die Partikel zum Ende der Kurve zusammenlaufen (+1), bzw. auseinanderstreben (-1). Bei -1 werden alle Partikel an der Spitze des Curve Guides emittiert.
• Shape: Bestimmt die Form, in der die Partikel zusammenlaufen. +0.99: die Partikel treffen sich erst ganz am Ende der Kurve, 0: gleichmäßiger Verlauf von vorne nach hinten, -0.99: die Partikel treffen sich bereits am Anfang der Kurve.

Abbildung 4: Kink-Optionen der Curve Guides. Von links nach rechts: Radial, Wave, Braid, Roll.

Video zur Abbildung 4. (info)

In der Dropdown-Box Kink können Sie die Form des Kraftfeldes noch variieren:

• Curl: Locke. Der Radius der Wicklung hängt von dem Abstand des Curve Guides vom Emitter ab.
• Radial: eine dreidimensionale, stehende Welle.
• Wave: eine zweidimensionale, stehende Welle.
• Braid: geflochtenes Kraftfeld.
• Rotation: Ich habe die Auswirkungen dieses Kraftfeldes noch nicht feststellen können, möglicherweise hat es gar keine Funktion?
• Roll: eindimensionale, stehende Welle.

Die Beschreibung der Formen ist nicht ganz einfach, es sollte aber aus Abb. 4 ersichtlich werden, wie die Kraftfelder aussehen.

Links

• Kraftfelder und Deflection im engl. Handbuch
• Releasenotes zu Version 2.40, insb. Curve Guides