圆中国机器人梦想——NEO制作难点解析

转自火星
动画欣赏
简介

EO是我设计的一个机器人角色，它最大的特点就是只有双腿并且结构复杂。从着手设计到最后做完动画我整整花了4个多月的时间，只是为了圆自己的一个机器人梦想。

1、设计思路

制作NEO最初的想法就是要做一个与众不同的独特的、结构精密复杂的机器人，它可以灵活运动，好像有生命一样。因为我对于机械结构的“癖好”，我就给 NEO定下了一个路线：结构严谨，尤其是各种联动机构要设计的精巧。因为只有这样的机械看起来才真实，才能在众多的机械设定里脱颖而出。

对于整体的造型我不想做成千篇一律的人型，而希望造型上有一种略微“怪异”的不平衡感。

2、设计过程

开始的时候画了很多个NEO的版本，有四足的、两足的、有的带细小的胳膊。最终经过反复的修改，确定了一个双足、无上肢的形态。腰部呈“之”字型，这样可以做出上下抬腰的动作，使NEO的活动范围更大、姿态更丰富。

在确定了大体的基本形态以后，我就开始着手设计具体的机械细节。而这一步是最难，最花费精力的过程。因为首先我需要设计好NEO各个大部件的运动方式，需要在脑海里反复想象最终动画的效果，如果大的运动部分太不科学或者太丑陋就必须修改，到最后选择一个运动方式最酷的方案。

最开始我在MAYA里建立简单的模型，都是用基础几何体堆砌起来，这个步骤是为了在真实的空间里测试结构的可行性和外观。当所有的大结构搭建完并且经过测试，运动都没有什么问题以后，我才开始在这个基础上进行真正的高模的制作。在制作的过程中也会修改设计，甚至是边做边设计。毕竟三维空间里比平面上复杂太多了。
3、结构测试

NEO设计的要点之一是需要具有极其大的活动范围。这个要点是促使NEO的机械结构最终丰富的重要原因。同时也令设计过程十分具有挑战和趣味性。因为活塞行程和力学角度的限制，一般简单的活塞关节设计很难达到大活动范围，这个时候就需要设计一些附加的连杆机构来扩大关节的活动范围。这里用到了挖掘机的设计。在铲斗部分，就是因为需要很大的旋转范围而附加了四连杆。同样的设计还可以在水泥浇灌车的大摇臂上看见。

NEO的外型最引人注目的就是两条健壮的腿！的确，腿是NEO最先被设计，也是设计花心思最多的部分。腿需要很大的活动范围，同时还需要在脚踝部分设计缓冲结构。而这些所有的结构在正常工作的同时，还要看起来很漂亮。要顾及到整体的造型的匀称，体块之间的穿插也要看上去有条理。

大腿的根部，也就是大转子部分我使用了一个巨大的万向节结构，如图：

这样的设计在增大活动范围的同时还可以丰富关节的结构，使关节看起来很结实。在第一膝关节处我设计了一个伸缩的双重外壳来保护膝盖。如下面的三幅图：

他们通过连杆来运作，当膝盖伸直的时候，就会自动的移动到大腿外壳内部。于是膝关节仍然可以有很大的活动范围。

　
脚踝部分的缓冲器我参考了飞机的起落架设计，如图：

由一个巨大的主弹簧和一个稍微小一些的阻尼器构成，并且有两个之字摆臂来加强侧向的强度。

所以我将3个旋转轴向分配给3个不同的部分，这些部分穿插在一起，构成一个完整的，紧凑的臀部体，他们的旋转也都通过液压活塞来驱动。腰和胸腔的连接驱动部件也都是由液压杆和连杆衔接。如下面四幅图：

胸腔内有框架结构和发动机槽等装置，还包括了颈部连杆组。如下图：

胸腔发动机仓门的开合我也颇花了一番心思。如图：

我绝对不希望仅仅是简单的一个轴打开仓门，我需要门的运动方式更复杂。我设计了一套连杆，如下面三幅图。使仓门先向外平移一段距离后再向上翻起，同时下半部分的门也自动的被拉回向内部折入。

4、RIG难点

NEO的设置并没有什么高深的技术，用到的只有各种约束，属性关联，结点，驱动关键帧等，如图：

有的地方还运用到少量DEFORMER，并没有使用脚本。机械结构的设置首先需要建立在对机械结构的理解上，并且要对熟练掌握MAYA里设置的一些基本操作。

下面介绍NEO里大量运用到的万向节的RIG技巧。

万向节RIG原理：极向量约束。如下面两个图：

万向节是将除了自身twist旋转方向以外的任意旋转分解成相互垂直的两个旋转。这个时候需要设计一个结构来自动将旋转分配到这互相垂直的两个轴向里。这个时候极向量约束是最好不过的了。因为这种约束只有一个旋转轴。（当然将多余的轴向锁起来也是可以，原理一样。）于是建立两个相互垂直的骨骼链，分别建立IK，在正上方创建一个LOCATOR作为这两个IK的极向量约束体。这样移动LOCATOR，下面两个骨骼链各自的平面始终指向这个LOCATOR。接下来只需要把其中一个骨骼链连同它的IK手柄一起作为另外的骨骼链的子物体，万向节的RIG就完成了。

极向量约束的这种设置可以用在只需要一个轴向旋转的地方。当然当某些极限角度下它会发生翻转，这就需要设计好这个LOCATOR的位置了。

5、动画制作

NEO的动画制作做的相对就比较仓促了，因为当时时间有限。NEO没有胳膊，所以表现力不如四足的丰富。我就选择了一些跑跳和踢腿的动作来展现它的机动性。我找了两段跆拳道的录象，参考着调动画。因为NEO的身体结构和人类不同，所以做出来的动作始终不如人那样舒展潇洒。尤其是腿是类似恐龙的结构，所以做“旋风腿”实在是有点费劲。
由于时间和机器配置的问题，NEO没有做材质，渲染也是相当的普通，这着实是一个遗憾。以后有机会，我会完善它，并且希望将它做成一个与实景合成的特效短片。

6、总结

做完了NEO，感触颇多。发表在网络上受到不少国内外朋友的肯定和鼓励。也结交了不少新朋友。所有的人都被复杂而严谨的机械设计所震撼，有很多朋友问我是怎么做的，如何设计的。其实我觉得并没有多么高深的东西，当然首先长时间的积累是一方面，其次就是要有创作出好作品的耐心和定力，不能浮躁，要肯花时间，耐得住寂寞和枯燥。做创作一定要有自己的特色，不要仅仅停留在模仿他人设计的基础上。借鉴他人作品的长处，消化吸收成自己的理解，尤其是机械设定类型的作品要多从真实世界的机械中找灵感。总而言之，只有经过自己真正投入的心力的作品才能发挥出它应有的光芒。

圆中国机器人梦想——NEO制作难点解析

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