タグ: 物理演算

LightWaveで二次元キャラ系人物モデリング奮闘記 ―プリーツスカート編―

最終更新：2017/01/13

今回はプリーツスカートがテーマ。なんとなくそれらしい形のものを作るのは簡単なので、学生の制服やアイドルユニットのお揃いの衣装などでお馴染みのチェック柄のスカートを作る。チェック柄なんて珍しくもないけど、チェック柄を甘く見てはいけない。

3DCG隆盛の昨今でも、チェック柄のスカートを身にまとった美少女キャラクターの3Dモデルというのは驚くほど見かけない。まず考えられる理由としては、UVマップに格子状に展開したチェック柄を歪ませないように維持したままスカートをモデリングするのが難しいからというのが挙げられる。単純に裾を広く、ウェストを細くすると上に行くほど柄が細くなってしまい、不自然になってしまう。

仮に、モデルを単純化してテクスチャの描き方を工夫するにしても、放射状に広がる裾に合わせてチェック柄を描くのは、柄の連続性をどうやって担保するのかといった問題も含め、控えめに言っても労力がかかる。立体化を前提、想定、又は期待してキャラクターデザインをする場合、チェック柄のスカートは全般的に避けられる傾向にある。現実世界では街に出ればチェック柄のスカートばかりが目立つのに、二次元世界では学園物の作品でも制服のプリーツスカートにチェック柄を採用している学校のほうが珍しい。もっとも、立体化の前にアニメ化やコミカライズといった二次元化があり、単純に描くのが面倒という現実的な問題もある。

また、プリーツスカートの縫製の特殊性にも理由がある。縫い目を切り離して展開してみると、大抵の人が想像するような扇形や台形の生地ではなく、実は長方形の布1枚でできている。それを末広がりの独特のラインに仕立てるために、「曲線折り」という特殊な折り方を採用している。ウェストが細くなるようにまっすぐに折るといずれチェック柄が斜めに傾いていってしまうのを避けられない。

本物の布や折り紙であれば基本的に伸び縮みはないので、順序よく折り目をつけていけば自然にプリーツスカートの形になっていくんだけど、3Dモデリングの場合、ポイントを移動させるとエッジがいくらでも伸縮してしまう特性があるため、エッジの長さを固定したまま折り畳むという操作がそもそも難しい。

そのプリーツスカートを現実のものとほぼ同様の発想でモデリングすることにあえて挑戦する。挑戦しないのであれば、わざわざ記事にする必要はない。例によって拡張プラスと移動ツールでモデリングしていく方法を今更紹介されても「またその組み合わせ？」と言われかねない。

基礎を作る

それでも、3DCGソフトウェアの制限には逆らえないので、まずはセオリーどおり円筒から作る。ディスク（Disc）ツールで原点に直径1m、高さ1mの標準的な大きさの筒を作る。これからややこしい計算をすることになるので、初期座標くらいは単純にしておきたい。

ひだの数があまり多いと作業が大変だし、逆に少なすぎるとプリーツスカートとは呼べなくなるので、15個とした。折り返し分を計算に入れて30面の円筒を作る。15という数字は、1周分の360°を割り切れるから。ついでに言うと、UVは幅が100%（LightWaveの内部では1.0 = 1m = 100%は等価）なので、100と360の公約数だと更に計算しやすい。とは言うものの、100と360の公約数は1、2、4、5、10、20の6つしかなく、実質10か20しか選択肢がない。

Skirt000

上面と底面は必要ないので、削除する。大抵要らなくなるので、「上面と底面をふさがない」というオプションがあれば便利なんだけど、些細なことなので文句を言っていても始まらない。

Skirt001

サーフェースがデフォルトのままだと何かと不便なので、次の画像のように「Skirt_Check」というサーフェースを割り当てておく。

Skirt002

とりあえず、スムージングはかけないでおく。

Skirt003

早々にUVマップを作成する。極めて単純な形状のオブジェクトなので、標準機能の新規UVテクスチャ（New UV Map）ツールで円柱状に展開する。今回の目標はUVマップを基準にしてモデリングのほうを工夫することなので、手芸店などで計り売りされている1枚布のようなマップが必要。

Skirt004

なお、プリーツの数が4で割り切れるのであれば、4分の1だけモデリングしてあとは90°ずつ回転させて複製し、境界線をつなぎ合わせればモデリングの労力をほぼ4分の1にできる。ただ、その場合のUVは4箇所とも同じ位置に重複してマッピングされることになるので、UVの扱いに慣れていて混乱しない自信があれば試してみてもいいかもしれない。それから、モデリングを済ませてしまってからUVを展開してももちろんいいんだけど、plg_Make_UV_Editなどによる自動展開は多少なりとも歪むので、UVの調整にそれなりに時間を要する。プリーツを折り畳んでしまってからLightWaveの標準機能によるUV展開は使えないと思っていい。

次の画像のような簾状のマップを作る。

Skirt005

更に、作成したUVにチェック柄のテクスチャを割り当てる。モデリングの説明が思いのほか長くなりそうなので、チェック柄のテクスチャの作り方はまた今度説明する。Adobe Photoshopのスマートオブジェクトはチェック柄の変更や修正に柔軟に対応できて便利なので一番おすすめではあるんだけど、レイヤーが扱えて標準的なレイヤーモードを備えている画像編集ソフトウェアであれば簡単に作れる。

Skirt006

次の画像の状態が基準になる。以後、この模様が歪まないように工夫を凝らしていく。

Skirt007

すべての面の幅が一定ではプリーツスカートにならないので、折り返す部分を短くする。次の画像のようにUVマップのビューでひとつおきにポイントを選択する。三面図の上面からのビューで選択しても同じだけど、チェック柄の連続性を維持するためにはマップの左右端にあたるポイントは間違っても動かせないので、UVマップ内で選択したほうが結果的には手早く済む。

Skirt008

スカートのデザインにもよるんだけど、ひだの表側に見えている部分と折り返し部分の比率は4:1にすることにした。ひだの数は15個で、現在5:5になっている比率を8:2にしたいので、100 \div 15 \times 0.3 = 2 \, [\%]だけUVのU成分をずらす。UV値の変換（Transform UV）ツールで次の画像のとおりに入力する。

Skirt009

「OK」ボタンを押すと、次の画像のようにUVマップが変換される。

Skirt010

UVマップを変換しただけなので、三次元空間の筒の形状には変化がないけど、チェック柄が歪んでいるのが確認できる。

Skirt011

ポイントの選択を解除しないようにして、今度は三次元空間のポイントを360 \div 15 \times 0.3 = 7.2 \, [^\circ]だけ回転させる。正負の方向はUVの歪みを見て判断する。

Skirt012

正しい方向に回転させられれば、テクスチャの見た目上は最初の状態に戻る。これでプリーツスカートを作る準備ができた。チェック柄のパターンは15×15なので縦方向が圧縮されて縦横比が一致していないけど、この段階では横方向の模様が歪んでいなければいい。

Skirt013

アポロニウスの円

ここからが本題。ひとつのひだを4:1に分割したまでは良かったんだけど、その比率を維持しながら折り返すのが結構難しい。比率さえ維持できていればUVを歪ませずに済むので、この際長さは変わってしまってもいい。

ここで久しぶりに数学らしい数学を利用する。

2つの点AとBからの距離の比がm:n\; (m \neq n)で一定である点Pが描く軌跡を求めたい。結論から先に言うと、その軌跡Pは円になるんだけど、その円の中心点をCとする。各点はXとYの成分を持っているので、それぞれA(\alpha), B(\beta), C(\gamma)とする。

C点の座標\gammaは、次の式で求める。要は、X座標とY座標をそれぞれ別に同じ式で計算するということ。

    \begin{align*} \gamma=\frac{\displaystyle -n^2\alpha+m^2\beta}{\displaystyle m^2-n^2} \end{align*}

C点の座標が求まればA点とB点との距離は三平方の定理で求められるけど、今は試験問題を解いているわけではないので、ポイントの計測（Measure Points）ツールを使って簡単に求める。

線分ACとBCの距離が求まれば、点Cを中心とする円Pの半径rは次の式で求められる。

    \begin{align*} r=\sqrt{{AC} \cdot {BC}} \end{align*}

計算と作図がしやすいように、B点が(X,Z)=(-0.5,0)の位置にあるところを選んだ。これらの式から求めた数値をディスクツールの数値入力ウィンドウに入力する。座標を参照するだけなので高さは0でいい。サイドが36なのは言うまでもなく、10°刻みにするため。

Skirt015

計算が合っていれば4:1の折り目で分割しているポイントを通過する円が描けるはず。実際に作図してみると思ったより半径は小さかった。精度としては4.006:1～3.995:1くらいだから誤差±0.16%前後。

Skirt016

このような円をアポロニウスの円と言う。一般的には次の画像のような図で表される。図はm:n = 3:2になっている。A点とB点が水平に一列になっていたほうが理解しやすいのでこのように描くけど、二次元的に斜めにずれていても円の位置と半径は求められる。図を見るとわかるように、比率が一定になるだけで長さまでは一定にならないことに注意。

Skirt014

なんでこのような式になるのかまでは省略。ネットで「アポロニウスの円」を検索すれば高校の先生が詳しく証明してくれているページがたくさんある。つまり、まったく憶えてはいないけど高校の数学で習ったはずで、センター試験にも出題されるポピュラーな平面幾何学の定理。更に発展させた複素数平面を使った解法は2004年（平成16年）を最後に今の高校では教えていないらしいけど、コンピュータの発達した21世紀に生きる私がすぐには思いつかなかった方法を紀元前の数学者が既に考案していたというのだからまったく皮肉なことだ。

ある平面上で線分APとBPの比率を一定にしたまま分割点Pを移動させたいという要求はありそうだけど、Adobe Illustratorのようなベクター画像編集ソフトウェアのツールにも意外と備えられていない。少し調べたところでは、Illustratorでもアポロニウスの円を描いてその円の外縁にスナップするようにパスの制御点を移動させるという方法が採られているようだ。

こんな手間のかかる計算までしなくてもいいのでは、と言われそうだけど、アポロニウスの円は平面上にある2点についてしか通用しないものなので、今使わないと使う機会がなくなる。それに、いつも「適当に、感覚で」と繰り返すのでは何の参考にもならない。それほど厳密でなくても良ければ、ひだの角度を直角と仮定して三角関数の正接（\tan \theta）が0.25になるおおよその位置を求める方法もある（あくまでも仮定なので、実際に操作すると直角にはならないため、無視できないほどの誤差が出る）。

A点とB点の間の分割点を選択し、スナップドラッグ（Snap Drag）ツール（Shift+G）でアポロニウスの円上にある任意の点にスナップさせる。この時、「操作ビューに沿う」にチェックを入れておかないと水平に動いてくれないので注意。

Skirt017

次の画像のように、4:1の比率を維持したまま折り返すことができた。

Skirt018

15個あるひだの数だけアポロニウスの円を作るのはさすがに大変なので、スカート全体を15分の1、つまり24°ずつ回転させて、スナップドラッグを繰り返す。原点を中心にしてアポロニウスの円をスカートの外縁を周回させても同じだけど、円周率が無理数であるために回転は誤差が蓄積しやすいツールなので、変形の基準にするものはできるだけ移動させたくない。

Skirt019

15個のひだを折り返し終わった状態が次の画像。ここでウェスト部分を絞ってしまうと、冒頭でも書いたようにチェック柄が先細りしてしまう。

Skirt020

縦横の模様を合わせる

ここでチェック柄の縦の模様を横の模様に一致させる。ひとつのひだの長さは既にわかっているので、それを15倍すると裾の周囲の長さが求められる。結果、4.4306205mと求まり、スカートの丈の長さは1mなので、裾の周囲に対する割合は22.5702 \dots \, [\%]となる。

上端のポイントを選択し、これをUV値の設定（Set UV Value）ツールでUVのV成分に入力する。

Skirt021

上を下に移動させたほうが計算が楽なのでそうしたけど、下を上に移動させても結果は同じ。

Skirt022

上の画像と見比べてもらえば、チェック柄の縦横比が合っているのがわかると思う。

Skirt023

曲線折りの模擬

次はいよいよ曲線折りを行っていく。まず、ウェストに向かって絞りたい部分を分割する。全体を半分に分割し、上半分をさらに半分に分割する。

この時、必ずバンドソープロ（Band Saw Pro）を使う。まだ単純な形状なのでナイフツールを使ってもいいような気もするし、一見すると似たような動作ではあるけど、ナイフツールはUVを壊してしまうことがある。バンドソープロが優れているところは、どんなに入り組んでいようと、ポリゴンが連続さえしていれば正確に分割できることばかりではなく、UVを破損させることがない点。

Skirt024

次の画像のように3分割した。

Skirt025

分割点をひとつのひだの10%分だけ左にずらしていく。ひとつのひだのUVにおける幅は15分の1、つまり6.666 \dots \, [\%]なので、その10分の1をUV値の変換ウィンドウに入力する。

Skirt026

裾側から順に、8:2(=4:1)、7:3、6:4(=3:2)、5:5(=1:1)になっている。

Skirt027

すべての段の折り目について、アポロニウスの円を作図するのがもっとも正確な方法なんだけど、(x_A,y_A)=(0,0)、(x_B,y_B)=(1,0)として単純化してみて気が付いたことがある。

分割点がA点とB点からの距離の比が8:2の時、アポロニウスの円の半径は次のように求められる。

    \begin{align*} x_C&=\frac{\displaystyle -2^2x_A+8^2x_B}{\displaystyle 8^2-2^2}=\frac{\displaystyle 16}{\displaystyle 15}\\ r&=\sqrt{x_C \times (x_C - x_B)}=\sqrt{\frac{\displaystyle 16}{\displaystyle 15} \times \left(\frac{\displaystyle 16}{\displaystyle 15}-1\right)}\\ &=\sqrt{\frac{\displaystyle 16}{\displaystyle 15}}=0.2666 \dots \end{align*}

同様に、7:3の場合は次のとおり。

    \begin{align*} x_C&=\frac{\displaystyle -3^2x_A+7^2x_B}{\displaystyle 7^2-3^2}=\frac{\displaystyle 49}{\displaystyle 40}\\ r&=\sqrt{x_C \times (x_C - x_B)}=\sqrt{\frac{\displaystyle 49}{\displaystyle 40} \times \left(\frac{\displaystyle 49}{\displaystyle 40}-1\right)}\\ &=\sqrt{\frac{\displaystyle 441}{\displaystyle 1600}}=0.525 \end{align*}

同、6:4の場合は次のとおり。

    \begin{align*} x_C&=\frac{\displaystyle -4^2x_A+6^2x_B}{\displaystyle 6^2-4^2}=\frac{\displaystyle 9}{\displaystyle 5}\\ r&=\sqrt{x_C \times (x_C - x_B)}=\sqrt{\frac{\displaystyle 9}{\displaystyle 5} \times \left(\frac{\displaystyle 9}{\displaystyle 5}-1\right)}\\ &=\sqrt{\frac{\displaystyle 36}{\displaystyle 25}}=1.2 \end{align*}

つまり、ものすごくざっくりではあるけど、比率が1割変動するたびに半径は約2倍になっている。半径の計算に平方根を使っていることに多分関係がある。円の中心点Cは移動するので単純に2倍では本当はダメなんだけど、同じ作業を60回繰り返すのはちょっと辛いので、ある程度は近似できるということも併記しておく。

なお、5:5の場合はm=nなので、m^2-n^2は0になってしまい、計算できなくなる。分割点がちょうど中間の場合は、点A、点B及び点Pをつなぐ三角形は二等辺三角形になり、点Pの軌跡は直線になる。つまり、アポロニウスの円の半径は無限大になり、円にならないということ。とは言え、計算できないと座標が求められないので、6:4の場合の更に2倍と仮定して求める。

ひだの短いほうのエッジを選択し、ストレッチ（Stretch）ツール（Hキー）の中心点は(X,Z)=(-0.5,0)に固定、下から順に200%、400%、800%まで内側に向かって拡大する。

Skirt028

ウェストの絞り込み

最後に、ウェストに向かって細くなるように各段のエッジを1周分選択して縮小する。冒頭で「ウェストに向かって絞ったらプリーツスカートの意味がない」と言っていたことと矛盾するように感じるかもしれないけど、これまでの操作で上の段に行くほどプリーツの幅は広くなっているので、最後に帳尻合わせのために縮小しなければならない。エッジの長さを固定して折り畳めないならば、一度広げてから縮小して元のスケールに戻すという発想。

裾から数えて2段目の設定。裾のひだの長いほうのエッジが8に対して7なので87.5%と求めた。

Skirt029

Skirt029a

裾から数えて3段目の設定。裾のひだの長いほうのエッジが8に対して6なので75.0%と求めた。

Skirt030

Skirt030a

裾から数えて4段目、つまり上端の設定。裾のひだの長いほうのエッジが8に対して5なので62.5%と求めた。

Skirt031

Skirt031a

拡大してよく見てもらえればわかると思うけど、折り返し部分も含めた裾の長さの総計に対し、上の段の長さは必ずしも一定ではない。プリーツの表側と折り返し部分の比率はほぼ計算どおりなので、折り返しの角度が深すぎるために長くなってしまっている。

基本版完成

以上の操作がすべて完了してできあがったのが次の画像のようなモデル。水車のような形にはなっているけど、とてもではないけどお世辞にもスカートのようには見えない。

Skirt032

ところが、これにサブパッチ（キャトマル）をかけると、不思議なことにかなりそれらしいプリーツスカートに早変わりする。チェック柄もそれほど大きくは歪んでいない。見直す余地はまだあるけど、方向性は間違っていないことが確認できた。

Skirt033

最後に、アポロニウスの円を各段ごとに作成したという証拠物件。後でどうしても正確を期したくなった場合に再利用する。これらの円を使って作業している途中で円の半径が比率の2乗にほぼ比例することに気が付いた。

Skirt034

途中経過

作業のしやすさを重視して単位長（1メートル）の範囲内でモデリングしていたので、実際のモデルに着せるには大きさを全体的に拡大し、ウェストの位置とサイズに合うように調整する。あとは、多少脚がはみ出していても、物理演算でなんとかできる。

ClothFXを次の画像のように設定する。構造維持（Hold Structure）は「100」くらいにしておかないと体のラインに合うように変形してくれないのであまり上げすぎないほうがいい。一方、粘性（Viscosity）と抵抗（Resistance）をそこそこの数値にしておかないと、スカートの形状がなかなか落ち着いてくれないし、わざわざ計算までして比率を揃えたプリーツが不規則に歪むのを抑制できない。

skirt036

ちょっと短かったけど、いつものモデルに着せてみるとこんな感じ。

skirt037

チェック柄を解除して無地にするとこんな感じ。ウェストの余裕を厳しくしすぎたために、スカート右側の一部のプリーツがモデルに貫通してしまっている。上の画像でも同様の現象は起きているんだけど、柄がなくなったので目立ってしまった。

skirt038

関連記事

参考記事

LightWaveで二次元キャラ系人物モデリング奮闘記 ―ClothFX編―

最終更新：2016/09/06

現状、スカートは次の画像のようになっている。とりあえず足がスカートを突き抜けたりはしていないけど、足のボーン・ウェイトにスカートを巻き込んで無理矢理変形させているだけなので、不自然さが拭えない。

ClothFX000

解決策はいくつかある。

  1. スカートのみを別のオブジェクトとして分離してポーズに合わせて固定モデリングする方法。
  2. スカート専用のボーンを新たに組み込み、ボーン・ウェイトを適用して変形させる方法。
  3. スカートに物理演算を適用してポーズをとった後の体のラインに半自動的に沿わせる方法。

1.は服のしわなどを緻密に作り込みたい場合に向いているけど、主にフィギュア向けの方法なので、ここでは使わない。2.はローポリゴン・モデルでよく使われている方法だけど、ここでまたボーン・ウェイトを使うのも芸がない。そこで、3.の物理演算を利用してなんとかしてみる。

スカート用オブジェクトの用意

現状では次の画像のように、スカートは体や他の服装と一緒のレイヤーにひとつのオブジェクトとしてまとめられている。

ClothFX001

スカートのみを選択して切り取り、別のレイヤーに保管しておく。仮にもボーン・ウェイトが既に設定してあるものなので、単純に削除してしまうと後でやっぱり必要になったという時にウェイトの設定をやり直さないといけなくなる。

ClothFX002

体をモデリングした時の初期段階のまま放置してあって下着などをちゃんと作ってないので、とりあえず裸に見えないようにサーフェース色を変えてある。直接見えないところは後回しにしていたわけだけど、いい加減このへんの作り込みもしないといけない段階になってきた。

保管したスカートを元にして物理演算用のスカートを加工する。オブジェクトに厚みがあると物理演算の際に色々と大変なので、ウェスト部分を除いて裏地を削除し、両面の1枚ポリゴンにする。両面になっていないと足にスカートの影が落ちないので注意。サブパッチがかかっているので、レイアウトではもっと多ポリゴンのオブジェクトとして扱われる。このスカートのオブジェクトを「ハイポリゴン・スカート」とする。

ClothFX003

ウェスト部分のポイントを選択し、ポイントセットで選択セットを登録しておく。

ClothFX004

セット名は「Skirt_Waist」とした。この選択セットは物理演算の時に動かない箇所を指定するのに用いる。

ClothFX005

更に上で加工したハイポリゴン・スカートを複製してまったく同じ形のスカートを別のレイヤーに作る。この際、必ずサブパッチを解除しておく。これを「ローポリゴン・スカート」とする。

ClothFX006

今回は簡単な形状のスカートだったので、単にサブパッチを解除しただけのものをローポリゴン・スカートとしたけど、大きさが同じであれば、細部は異なっていても問題ない。

ポイントセットを作った後で複製していれば、ローポリゴン・スカートにも同様の選択セットができている。一応、念のため「Skirt_Waist」選択セットで選択できるか確認しておく。

ClothFX007

以上でモデラーでのオブジェクトの用意は終了。ファイルを保存する。

ClothFX単体の設定

まずはハイポリゴン・スカート単体でClothFXを試してみる。レイアウトに移り、0フレームでハイポリゴン・スカートを呼び出す。モーションオプションで指定する親アイテムはRootボーンがいいだろう。Rootボーンの位置がリグの腰コントロールの設定によって原点になっていない場合は、Rootボーンの座標を参考にして体の位置に合うようにスカートの位置を決める。大抵はZ軸座標を足すか引くかすれば体の位置と一致させられるはず。

ClothFX008

次に、体のオブジェクトに衝突判定用の物理演算を追加する。体のアイテムプロパティから「物理演算」タブを選択し、「Collision」を追加する。パラメータは次の画像のとおり。「Radius/Level」をあまり小さくしすぎると衝突判定が起こらずに貫通してしまうこともあるので、適度にマージンを確保しておく。「Bounce/Bind power」は「100%」が基準。スカートが足に当たってゴムボールのように跳ね返るわけではないけど、あまり小さいと足がスカートを貫通しやすくなる。

ClothFX009

ハイポリゴン・スカートにも物理演算を設定する。ここでClothFXを追加する。

「Fix」にスカートの加工で作成したポイントセットを指定する。「Skirt_Waist」ポイントセットがドロップダウンメニューから選択できるようになっているはず。
「Weight」は単純に重量のことでウェイト・マップとは直接関係ない。1.0がデフォルトだけど、衣服に使うような軽い布の場合は「0.1」～「0.3」程度の低めがいいようだ。
「Viscosity」は粘性、「Resistance」は抵抗のことでこれらの値を大きくすると布の変形を遅らせることができるようになるけど、1.0より小さい値にしても変形が早まるわけではなく、むしろ変形が逆流するようになるので「1.0」が最低値と思ったほうがいいようだ。
「Hold Structure」は構造を維持しようとする力、「Sub Structure」は構造を分散させようとする力。説明が難しいけど、「Sub Structure」は「Hold Structure」の範囲内で規則性を乱すといった感じか。「Hold Structure」が高すぎると伸縮性がなくなるので足とスカートの衝突判定に関係なく足がスカートの裾から出てしまいやすくなる。

ClothFX010

各パラメータには「Fx」というドロップダウンメニューがあり、それぞれオブジェクトに設定したウェイト・マップを利用して場所によって強度を調整できるようになっているけど、今回は省略。ClothFXの挙動はただでさえ難解なので、最初は基本設定だけで試してみることをおすすめする。

「Collision」タブはスカート側の衝突判定設定。「Collision Detect」を「<all>」に設定し、「Collision Offset」もやはり適度に確保しておく。「Bound」は「100%」でなくてもいいけど、「0%」にしてもそれほど大きくは変わらない。

ClothFX011

「Advanced」タブはデフォルトのままで変更しない。

ClothFX012

「Etc」タブもデフォルトのままで変更しない。重力の設定は厳密には必要なんだろうけど、ClothFXの利用目的がスカートの型を維持させたいくらいのものであれば特に設定する必要はない。

ClothFX013

最後にハイポリゴン・スカートの「ジオメトリ」タブを選択し、「サブディビジョン手順」を「一番終り」に設定し、「表示サブパッチレベル」が「3」、「レンダーサブパッチ」レベルが「3.0」になっていることを確認する。

ClothFX015

再び「物理演算」タブに戻り、「演算」ボタンをクリックして演算を開始する。サブディビジョンをする前のスカートに対して演算するため、それほど長くはかからないはず。もし、演算に時間がかかりすぎて待ちきれないようなら次節の「FX_MetaLinkを使って演算時間を短縮する」を試す。

演算が終わったら、「Save Motion」で必ずモーションをファイルに保存しておく。これを忘れると、せっかく演算した結果が消えてしまい、フレームをレンダリングしても演算結果が反映されない。

ClothFX014

演算結果を反映したスカートが次の画像。これで特に問題ないならばシーンを保存する。たまたま良好な結果が得られてしまったけど、これでいつもうまくいくとは限らない。

ClothFX016
サブディビジョン手順：一番終り、表示サブパッチレベル：3、レンダーサブパッチレベル：3.0

単体ClothFXの試行

試しに、次の画像のようにハイポリゴン・スカートの「サブディビジョン手順」を「一番初め」に設定して演算してみる。演算時間が非常に長くかかるようになる。

ClothFX017

演算を中断し、大体同じくらいのフレームをレンダリングしてみたのが次の画像。サブディビジョン手順を「一番終り」にしたものと比較すると結果の差は一目瞭然。サブディビジョンが最初に実行されてしまうので、エッジが細かくなることで布として変形できる箇所が多くなり、くしゃくしゃな結果になる。

ClothFX018
サブディビジョン手順：一番初め、表示サブパッチレベル：3、レンダーサブパッチレベル：3.0

物理演算としては正しいのかもしれないけど、いきなり細かい計算が始まるので極端に時間がかかる上に出力も良好でないとなるとサブディビジョンを最初にするのは賢明ではないということになる。

演算時間を短くするには、演算対象のポリゴンの数を減らせばいいんだけど、表示サブパッチレベルとレンダーサブパッチレベルが一致していないと問題が起こることがある。

表示サブパッチレベルを「1」、レンダーサブパッチレベルを「3.0」とし、サブディビジョン手順を「一番初め」にしてみる。

ClothFX019

演算そのものは速くなるし、レイアウトの表示では問題ないように見えるけど、レンダリングすると次の画像のようにスカートの表面がめくれたり逆立ってしまったように大きく乱れてしまい、とてもではないけど見るに堪えないものになってしまう。

ClothFX020
サブディビジョン手順：一番初め、表示サブパッチレベル：1、レンダーサブパッチレベル：3.0

表示サブパッチレベルとレンダーサブパッチレベルは同様で、サブディビジョン手順を「一番終り」にしてみる。

ClothFX021

演算速度は変わらず、次の画像のように表面の処理そのものは改善した。もっとも、だいぶ前に膨らんでしまっていて良好なレンダリング出力とまでは言えない。

ClothFX022
サブディビジョン手順：一番終り、表示サブパッチレベル：1、レンダーサブパッチレベル：3.0

試した範囲ではたまたま許容できるくらいの結果になったけど、表示サブパッチレベルとレンダーサブパッチレベルが一致していないとレンダリングの時に警告が出て演算結果が出力に反映されないことがある。

FX_MetaLinkを使って演算時間を短縮する

ハイポリゴン・スカートだけでは良好な結果が得られなかった場合や、演算時間が許容できないほど長すぎる場合は、ローポリゴン・スカートを併用することでレンダリング出力の改善と演算時間の短縮の両方を図ることができる。この方法は、ClothFXが実装されてさえいればLightWaveのバージョンに関係なく良好な結果を得られる可能性が高い。

まず、ローポリゴン・スカートを呼び出し、ハイポリゴン・スカートと同様にRootボーンを親アイテムに指定する。

ClothFX023

ローポリゴン・スカートのアイテムプロパティを開き、「ジオメトリ」タブを次の画像のように設定する。「SubPatches」の数値が「0」である点に注目してほしい。サブパッチがひとつもないので表示サブパッチレベルとレンダーサブパッチレベルは意味がないように思えるかもしれないけど、ハイポリゴン・スカートのサブパッチレベルと同じかそれ以上のレベルであることが重要。サブディビジョン手順は「一番初め」にしておく。

ClothFX024

ローポリゴン・スカートにサブパッチが適用されていると演算時間は短縮されないし、サブパッチレベルがハイポリゴン・スカートより低いと、次の画像のような陥没が生じることがある。ハイポリゴン・スカートのサブディビジョン手順を「一番終り」に設定しておけば回避できるけど、サブディビジョン手順の初期設定は「一番初め」なので、うっかりするとこのようなミスをしやすい。

ClothFX033
（ローポリゴン・スカート）サブディビジョン手順：一番初め、表示サブパッチレベル：1、レンダーサブパッチレベル：1.0（ハイポリゴン・スカート）サブディビジョン手順：一番初め、表示サブパッチレベル：3、レンダーサブパッチレベル：3.0

ローポリゴン・スカートにClothFXを設定する。ハイポリゴン・スカートにClothFXを設定済みならそれを「File」タブからコピーしてペーストすると簡単に転写できる。「Basic」タブ以外の設定は省略するけど、上で書いた設定と同じ。

ClothFX025

ローポリゴン・スカートは物理演算のためだけに使うので、レンダリング出力に映らないようにScene Editorで「A」欄のチェックを外し、ローポリゴン・スカートそのものをレンダリングの演算対象外にする。

あるいは、次の画像のようにアイテムプロパティの「レンダリング」タブで「オブジェクトディゾルブ」を「100%」、「光線無効」、「カメラ無効」、「ラジオシティ無効」、「フォグ無効」にしておく。光線とカメラが無効なのでそもそも影は生じないから影の設定は任意。

ClothFX026

ハイポリゴン・スカートのモーションオプションで親アイテムをローポリゴン・スカートに指定する。「その場でペアレント（Parent in Place）」がオンになっていれば特に移動させる必要はないはず。

ClothFX027

ハイポリゴン・スカートのアイテムプロパティを開き、「変形」タブで変位プラグインに「FX_MetaLink」を追加する。「プロパティ」かFX_MetaLinkをダブルクリックして「Smoothing」にチェックが入っていれば問題ない。

ClothFX028

FX_MetaLinkは、親に指定したアイテムの変位情報を子アイテムに移し替えるプラグイン。LightWaveには結果の厳格さを求めない代わりに物理演算を簡素化する方法がいくつか用意されている。

ハイポリゴン・スカートの物理演算はすべて削除しておく。

ClothFX029

続けて「現在のオブジェクト」からローポリゴン・スカートを選択し、ClothFXを演算させる。演算が終わったら、「Save Motion」でモーションを必ずファイルに保存しておく。

ClothFX030

ローポリゴン・スカートにはサブパッチが適用されていないため、サブパッチレベルの設定は3ではあるけど実質レベル0と同じなので演算時間を短縮でき、かつハイポリゴン・スカートに適用されたサブパッチにより良好なレンダリング出力を得られる。

ClothFX031
（ローポリゴン・スカート）サブディビジョン手順：一番初め、表示サブパッチレベル：3、レンダーサブパッチレベル：3.0（ハイポリゴン・スカート）サブディビジョン手順：一番終り、表示サブパッチレベル：3、レンダーサブパッチレベル：3.0

途中経過

今回は結構微妙な差なので、比較画像。左がボーン・ウェイトのみ。右がスカートにClothFX使用。歪んでいた裾がだいぶすっきりした。ミニスカートなので特に大きな問題は起きなかったけど、ロングスカートだとどうなるだろうか。

ClothFX032

関連記事

参考記事