Что такое ragdoll анимация
Ragdoll-физика
Содержание
Развитие
Два простейших соединения между двумя физическими телами, использование которых является достаточным для симуляции физики Ragdoll любой сложности.
Ранние трёхмерные компьютерные игры использовали заранее созданную анимацию для отображения смерти персонажей. Для изображения умирающего персонажа использовался набор пререндеренных анимаций, этот способ характеризуется низкими затратами центрального процессора. Когда мощности компьютеров возросли, стало возможным создание симуляций физики в реальном времени с некоторыми ограничениями. На данном этапе Ragdoll представлял собой набор твёрдых тел, каждое из которых соответствует кости в системе скелетной анимации графического движка, связанных вместе с помощью системы ограничений. Она определяет на какие углы каждое тело может отклоняться от соседнего, чтобы изображение оставалось реалистичным.
Термин «тряпичная кукла» появился из-за некорректной работы системы сочленений. В связи с ограничениями реализации некоторые суставы модели имели малую или отсутствующую жёсткость, что заставляло её падать подобно настоящей тряпичной кукле, нередко вызывая комический эффект несуразностью получившейся позы.
Первой игрой, использовавшей физику ragdoll, стал проект по мотивам вселенной Парка Юрского периода, игра Jurassic Park: Trespasser, вызвавшая диаметрально противоположные мнения, большинство из которых были отрицательными. Но хотя в Trespasser было множество программных ошибок, игра запомнилась как первопроходец в физике компьютерных игр. Сейчас же «тряпичная кукла» применяется не только для отображения смерти: существуют файтинги, в которых игрок управляет одной конечностью, а остальное тело двигается за ней (Rag Doll Kung Fu); или даже гоночные игры, где в случае серьёзного столкновения модель водителя вылетает через лобовое стекло и далее ведёт себя в соответствии с законами физики (серия FlatOut). Современные технологии процедурной анимации (например те, на которых основано подпрограммное обеспечение Euphoria от NaturalMotion), позволяют разрабатывать игры, заставляющие поверить в происходящее на экране благодаря имитации как мышц, так и нервной системы. Если сравнивать подобное с архаичной рукотворной анимацией, то можно сказать, что был совершён значительный шаг в развитии компьютерных и видеоигр.
Использование новейших технологий, основанных на ragdoll-анимации, можно увидеть в таких играх, как Grand Theft Auto IV от Rockstar Games, Indiana Jones and the Staff of Kings и Star Wars: The Force Unleashed от LucasArts.
Схожие технологии
Технология ragdoll работает, основываясь на принципах алгоритма Физерстоуна и пружинно-амортизаторных контактов. [1] Существует также альтернативное решение, использующее систему ограничений и идеализированные контакты. [2] В то время, как ограниченно твёрдые тела достаточно близки к «тряпичной кукле», существуют и «псевдо-ragdoll» технологии.
Изначально подобные технологии использовались в создании фильмов, рекламных роликов и телепрограмм, но со временем нашли своё применение и в компьютерных играх. Ключевым элементом этой процедурной анимации является расширенная симуляция человеческого тела. Технология Euphoria при обработке анимации воспроизводит не только кости, но и мускулы и нервную систему, добавляя в сцену правильное взаимодействие с окружающим миром. За счёт этого, каждый новый показ сцены отличается от предыдущего, что повышает увлекательность повторного прохождения игры. Действие технологии NaturalMotion можно увидеть в GTA IV и Star Wars: The Force Unleashed
Преимущества и недостатки
Поскольку просчёт физических параметров в реальном времени отнимает значительную часть вычислительной мощности процессора, многие игры используют упрощённую структуру скелета «тряпичной куклы». В частности:
Основным же преимуществом ragdoll-анимации перед традиционной является гораздо более правильное взаимодействие с окружающей средой. Если попытаться создать анимацию на каждый возможный игровой случай, это займёт очень много времени, а благодаря физике «тряпичной куклы» игровой движок может генерировать предельно точные сцены прямо на лету.
История возникновения Ragdoll-физики.
Приветствую всех Стопгеймовцев. Тему для блога я подобрал просто: сидел я и играл в Max Payne на своем смарте, как вдруг вспомнил про вторую часть этой игры, и про замечательную Ragdoll-физику в ней. Начал рыться в интернете в поисках информации, узнал немало, и поэтому я решил создать тему, где постараюсь тщательно рассказать об истории появления этой замечательной технологии, без которой не обходится ни одна игра современности.
Для начала немного теории. Физика Ragdoll — вид процедурной анимации, пришедший на замену статичной, пререндерной анимации.
Здесь мы можем наблюдать раннюю модель использования Ragdoll. 1997 год
Ранние трёхмерные компьютерные игры использовали заранее созданную анимацию для отображения смерти персонажей. Конечно, никто не собирался делать тысячу анимаций смерти, да и слишком муторная это была работа. Поэтому нам сейчас кажется диким, когда в игре вместо Ragdoll’a заранее созданные анимации, но в то время никто не жаловался, ибо компьютерная мощь не была столь велика, чтобы в реальном времени создавать анимацию смерти. Когда же компьютеры стали мощнее, появились и первые задатки Ragdoll’a с некоторыми ограничениями.
Физику Ragdoll в народе называют «тряпичной куклой», такое название произошло из-за некорректной работы системы сочленений, в связи с ограничениями реализации некоторые суставы модели имели малую или отсутствующую жёсткость, что заставляло её падать подобно настоящей тряпичной кукле, нередко вызывая комический эффект несуразностью получившейся позы.
Первой игрой с физикой Ragdoll для меня стала Hitman: Codename 47, но там физика имела другую формулу, нежели привычный Ragdoll, о нем мы поговорим позже.
Помимо Ragdoll’a игра еще обладала рядом интересных качеств. Например: в игре не было интерфейса, целиться нужно было с помощью мушки, количество патронов героиня произносила вслух при выстреле, ну а количество здоровья можно было узнать по татуировке в виде сердца на груди героини.
На данный момент игра не забыта, есть даже специальный фанатский сайт, где можно найти кучу информации и модов на эту игру, создается даже ремейк на движке CryEngine 3.
Ну а мы перейдем к следующему разделу повествования.
Технология ragdoll работает, основываясь на принципах алгоритма Физерстоуна и пружинно-амортизаторных контактов. Существует также альтернативное решение, использующее систему ограничений и идеализированные контакты. В то время, как ограниченно твёрдые тела достаточно близки к «тряпичной кукле», существуют и «псевдо-ragdoll» технологии.
1. Интегрирование Верле.
Использовалось в игре Hitman: Codename 47 и стало распространено благодаря Томасу Якобсону. В этой технике каждая кость персонажа моделируется как точка, соединённая с произвольным числом других точек через простые ограничения. Ограничения Верле намного проще и гораздо быстрее вычисляются, чем те, которые используются в системе полностью смоделированного твердого тела, что выражается в меньших затратах процессора.
2. Инверсная кинематика
Относится к технологиям пост-обработки (англ. post-processing) и использовалась в Halo: Combat Evolved. Используя заранее созданную анимацию смерти, игровой движок просчитывает финальное положение тела, которое удовлетворяло бы реалистичному отображению. В случае применения инверсной кинематики умирающие персонажи могут частично проходить сквозь геометрию мира, однако в итоге все кости модели будут лежать на допустимом месте.
Если Мастер Чиф выстрелит в труп, он шевельнется подобно Рэгдоллу.
4.Процедурная анимация (NaturalMotion)
Изначально подобные технологии использовались в создании фильмов, рекламных роликов и телепрограмм, но со временем нашли своё применение и в компьютерных играх. Ключевым элементом этой процедурной анимации является расширенная симуляция человеческого тела. Технология Euphoria при обработке анимации воспроизводит не только кости, но и мускулы и нервную систему, добавляя в сцену правильное взаимодействие с окружающим миром. За счёт этого, каждый новый показ сцены отличается от предыдущего, что повышает увлекательность повторного прохождения игры. Действие технологии NaturalMotion можно увидеть в GTA IV и Star Wars: The Force Unleashed. 
В современном мире компьютеры уже достаточно сильны и с легкостью переваривают «Куколку», поэтому это даже менее затратно, чем писать заранее продуманные анимации, ведь технология просчитывает все в реальном времени. С каждым разом Ragdoll усовершенствуется, становясь более реалистичным. Использование новейших технологий, основанных на ragdoll-анимации, можно увидеть в таких играх, как Grand Theft Auto IV от Rockstar Games, Indiana Jones and the Staff of Kings и Star Wars: The Force Unleashed от LucasArts.
Основой всех основ «Кукольной физики» являются простейшие варианты соединения.
Видов соединения в основном выделяют два, это Шариковое соединение:
и Шарнирное соединение:
Конечно, технологии Ragdoll’a везде разные, но эти два способа соединения по сути являются основой нормальной физики тел.
Значение в игровой индустрии.
Естественно, Ragdoll играет немаловажную роль в индустрии игр. Ее роль доходит аж до того, что создаются целые игры, которые полностью основываются на технологии «Куклы из тряпки». Например: Файтинг Rag Doll Kung Fu. Игрок волен махать своими руками и ногами в различные стороны, естественно, используя физику Ragdoll. На экране творится полная ахинея: игроки летят через весь экран, перелетают друг друга, выполняют сумасшедшие комбо ногами, буквально вдавливая друг друга в землю, выглядит и вправду зрелищно. Более простой аналог файтинга с использованием данной технологии игра под названием Ragdoll masters, управление здесь заметно проще, нежели в первом варианте: если в Rag Doll Kung Fu игрок отвечал за каждую конечность отдельно, то в Ragdoll masters — за все тело целиком, поэтому он беден на эффектные комбо, но это восполняется простотой управления, игрой на двух игроков(Один через мышь, другой — WASD), и скоростью игры, а она быстрая, очень быстрая.
Так же Ragdoll играл немаловажное значение в гоночных аркадах. На ум сразу приходит сумасшедшая гоночная серия FlatOut. По сути это была обычная аркада, с хорошей разрушаемостью автомобилей, но в игре также были мини-игры, некоторые из них были основаны как раз таки на Ragdoll. Суть таких мини-игр была проста: вам нужно на максимальной скорости врезаться в бордюр, в следствие чего уже мертвый водитель вылетает из лобового стекла, меняя траекторию тушки бедолаги его нужно забросить как можно выше. 
Известны также такие игры как Stair Dismount и Truck Dismount, в которых Ragdoll-физика стала основой геймплея. В обеих играх смысл сводился к тому, чтоб причинить больше увечий нашей «тряпичной кукле»
Отдельного упоминания также заслуживает игра Toribash. Это по своей сути пошаговый файтинг на основе физики «Рэгдолл». Игра вышла в 2006 году и была создана всего лишь одним человеком — шведом Хампусом Сёдерстрёмом. Игра распространяется бесплатно и по состоянию на 2013 год продолжает развиваться и периодически обновляться. Также была выпущена версия для Wii, которая отличается от оригинала менее качественной графикой и измененными звуками. В 2012 году также была создана упрощённая 2D-версия игры под названием Minibash, распостраняющаяся на платформах iOS и Android.
Управление в игре осуществляется изменением положения (расслаблением, напряжением, сгибанием, разгибанием, вращением и наклонением) суставов отображаемой на экране куклы. Также можно сделать ладони «липкими» и схватиться за противника. Нажимая пробел, игрок делает ход и продвигает время на определенное количество фреймов (по умолчанию 10). Когда при правильных манипуляциях одна кукла бьёт другую, то, при достаточном нанесении ущерба, часть тела может оторваться или сломаться. Правильно управляя куклой, можно выполнять довольно сложные атаки. Есть также много различных модов, как официальных, так и созданных игроками. Эти моды могут изменить вид куклы, воздействовать на её движение, а также добавить новые объекты к окружению.
Ragdoll уже в вашем кармане.
Мощность смартфонов и планшетов растет все быстрее и быстрее. Буквально несколько лет назад никто и представить не мог, что ragdoll сможет работать и на смартфонах, об этом просто не думали. Сейчас даже средненький смартфон или планшет легко и без тормозов запускает игры с Ragdoll-физикой. Конечно, не все «карманные развлекухи» имеют такую поддержку, но все же есть некоторые разработчики игр, которые в особенностях своей игрушки гордо приписывают надпись: «Поддержка Ragdoll-физики!». Приведу вам несколько примеров игр с данной физикой.
Знаете ли вы.
что в игре Crysis отсутствует физика Ragdoll, хотя она поддерживается движком и даже включена в его официальную спецификацию. Очевидно, это связано с желанием разработчиков уменьшить возрастные рейтинги игры. Несмотря на то, что анимация «тряпичной куклы» в игре отключена, после выхода игры были выпущены модификации, которые её включают.
На этом я заканчиваю свой блог, возможно, я обновлю его, когда найду еще что-нибудь интересное по теме Ragdoll’a. Всем Стопгеймовцам желаю успехов во всех делах, и конечно: играйте только в хорошие игры!
Что такое Ragdoll или Тряпичная кукла?
В этой статье мы рассмотрим, что такое Ragdoll, научимся создавать его и применять.
Итак, для начала рассмотрим, что такое Ragdoll.
Википедия говорит, что это процедурная анимация, пришедшая на смену статичной пререндерной анимации. То есть эта анимация рассчитывается в реальном времени на основе соединения костей скелета персонажа и свойств твердого тела rigitbody. Название же и означает «Тряпичная кукла». При правильной настройке Ragdoll, персонаж будет падать в соответствии с законами физики и механики.
Выглядеть это будет примерно так:
Для начала подготовим сцену
Нам потребуется плоскость, куда будет падать персонаж и сам персонаж. Как плоскость я использовал Terrain с первой попавшейся текстурой на нем. А персонаж взят стандартный, бесплатный из Asset Store. Найти его можно по ссылке
После скачивания ассета, разместим его на сцене, так, чтобы он попадал в поле зрения камеры. И, наконец, приступим к созданию Ragdoll.
Для этого в Unity есть простой интуитивно понятный мастер. Для того, чтобы создать Ragdoll нам достаточно перетащить части тела нашего персонажа в соответствующие поля свойств в мастере, верно выставить массу (мы должны помнить, что для правильной работы физики в Unity требуется работать с реальными весами объектов):
Проверяем. Жмем кнопку Play и смотрим, как падает персонаж:
Теперь поговорим о применении Ragdoll
Первое, что нам надо – это включать и выключать элементы Ragdoll по команде. Когда персонаж жив, Ragdoll выключен, а когда его уровень жизни падает до нуля, то Ragdoll включается и персонаж красиво падает на землю.
Создадим скрипт и назначим его персонажу. Назовем его RagdollController. Первое, что мы сделаем в скрипте – это объявим переменную – список всех компонентов Rigitbody нашего Ragdoll:
public List GetRigidbodies = new List ();
В нем мы будем хранить ссылки на элементы Ragdoll, чтобы можно было по команде включать и выключать их.
Далее в методе Start мы найдем все элементы и добавим их в список:
Теперь создадим еще два метода.
Первый метод будет включать состояние rigitbody в isKinematic =true. То есть силы столкновения и соединения не будут влиять на rigitbody, а значит – не будет работать и Ragdoll.
В методе мы создаем цикл, который последовательно перебирает все элементы нашего списка и переключает их в состояние isKinematic=true:
Чтобы сразу выключить Ragdoll вызовем RigidbodyIsKinematicOn из метода Start сразу после того, как список будет заполнен:
И еще один метод будет переключать rigitbody в isKinematic = true, а значит и включит Ragdoll.
В нем мы расположим такой же цикл, как и в предыдущем методе, за исключением строки GetRigidbodies[i].isKinematic = true; в ней мы заменим true на false и получится у нас:
public void RigidbodyIsKinematicOff()
<
for ( int i = 0; i false ;
>
В целом скрипт выглядит так:
Сохраняем и проверяем. Жмем Play и видим, что наш персонаж просто стоит:
Далее создадим пулю, которая красиво убьет нашего персонажа
Вначале добавим на сцену GameObject. Например, сферу и направим её ось z на персонажа, так, чтобы при движении вперед она гарантированно попала в персонажа.
Добавим объекту компонент rigitbody для того, чтобы он мог взаимодействовать с другими физическими объектами и отслеживать столкновения.
Осталось написать небольшой скрипт для пули и назначить его нашему GameObject. Заглянем в скрипт.
Для начала объявим две переменные, отвечающие за скорость пули и силу, которую она передает цели:
public float speed;
public float trust;
Затем в методе Update мы двинем пулю вперед с заданной скоростью и по заданному вектору. У нас это Vector3.forward – направление оси z, которая как раз направлена на персонажа:
void Update ()
<
transform.Translate(Vector3.forward * speed * Time.deltaTime);
>
И в конце добавим метод, определяющий столкновение, в котором мы пропишем, что должна делать пуля в момент столкновения.
А должна она включить Ragdoll, вызвав метод RigidbodyIsKinematicOff() у цели, куда она попала. А также передать импульс силы и вектор компоненту rigidbody с которым она столкнулась:
private void OnCollisionEnter (Collision collision)
<
collision.collider.GetComponentInParent ().RigidbodyIsKinematicOff();
collision.collider.attachedRigidbody.AddForce(transform.forward*trust,ForceMode.Impulse);
>
Сохраняем скрипт, назначаем в инспекторе значения speed и trust и жмем Play:
Для лучшего эффекта можно поиграть с настройками персонажа CharacterJoint, изменив степень свободы суставов и параметр trust у пули.
Рэгдолл
 | Вкратце Персонаж падает не запрограммированной анимацией, а физической моделью, со всеми глюками упрощённой игровой физики. |
Рэгдолл («тряпичная кукла») — способ компьютерной анимации в трехмерных играх, при котором движение персонажа (преимущественно во время полета и свободного падения) является не набором заранее отрендеренных анимаций, а попыткой воспроизведения физики в реальном времени. Для этого используется набор сегментов, соответствующих определенным частям тела (голова, туловище, конечности) и связующих их суставов-шарниров. Также наличествует определенная система ограничений, задающая порядок движения для каждого сегмента, и способствующая повышению общей реалистичности — например, нельзя позволять вращаться коленным или тазовым суставам на 360°.
Главная фишка рэгдолла, откуда, собственно, и пошло название — при воспроизведении движения, особенно если приходится натыкаться на различные препятствия, персонаж может принимать самые несуразные позы, подобно настоящей тряпичной кукле. Это связано с некорректной работой системы сочленений, ибо в реальной жизни суставы и мышцы имеют определенную жесткость, в отличие от компьютерной модели, где ее либо вовсе нет, либо она не сопоставима с реальной.