Blenderの物理演算で3DCGの動きを再現する方法

Blenderの物理演算とは

 

物理演算とは、現実世界の物理法則に基づいて3DCGオブジェクトの動きを自動的に計算し、リアルな動きを再現する機能です。Blenderには様々な物理演算機能が搭載されており、重力、衝突、摩擦、流体の動きなどを簡単にシミュレーションできます。

 

物理演算を使うことで、手作業でアニメーションを作成するよりも効率的に、そして自然な動きを表現することができます。例えば、ボールが転がる様子や、布が風になびく動き、水が流れる様子などを、リアルに再現することが可能です。

 

Blenderの物理演算は、主に以下の3つのカテゴリーに分けられます：

1. リジッドボディ（剛体シミュレーション）
2. クロスシミュレーション
3. 流体シミュレーション

 

これらの機能を組み合わせることで、複雑な物理現象も表現できるようになります。

Blenderのリジッドボディシミュレーション

 

リジッドボディ（剛体）シミュレーションは、固い物体の動きをシミュレーションする機能です。重力や衝突、摩擦などの影響を受けて動く物体の挙動を再現します。

 

主な用途：

• ボールが転がる様子
• ドミノ倒し
• 積み木が崩れる様子
• 車両の衝突

 

リジッドボディシミュレーションでは、オブジェクトに「アクティブ」または「パッシブ」の属性を設定します。アクティブなオブジェクトは物理法則に従って動き、パッシブなオブジェクトは固定された状態で他のオブジェクトと衝突します。

 

設定手順：

1. オブジェクトを選択
2. 物理演算プロパティパネルを開く
3. 「リジッドボディ」を有効にする
4. タイプ（アクティブ/パッシブ）を選択
5. 必要に応じて質量や摩擦係数を調整

 

リジッドボディシミュレーションを使いこなすコツは、オブジェクトの質量や摩擦係数、反発係数などのパラメータを適切に設定することです。これらの値を調整することで、より自然な動きを実現できます。

 

Blender公式マニュアル：リジッドボディシミュレーションの詳細な設定方法について

Blenderのクロスシミュレーション

 

クロスシミュレーションは、布や紙、髪の毛などの柔らかい物体の動きをシミュレーションする機能です。重力や風、衝突などの影響を受けて変形する様子を再現します。

 

主な用途：

• 旗がはためく様子
• カーテンの動き
• 服のシワや折り目
• 髪の毛の揺れ

 

クロスシミュレーションでは、メッシュオブジェクトを「クロス」として設定し、その物理特性を調整します。また、他のオブジェクトとの衝突も設定できるため、複雑な動きも表現可能です。

 

設定手順：

1. メッシュオブジェクトを選択
2. 物理演算プロパティパネルを開く
3. 「クロス」を有効にする
4. プリセットから適切なものを選択（シルク、コットン、デニムなど）
5. 必要に応じてパラメータを調整（質量、剛性、減衰など）

 

クロスシミュレーションを効果的に使うためには、メッシュの解像度や物理特性の設定が重要です。高解像度のメッシュを使用すると、より細かな動きを表現できますが、計算時間が長くなるため、適切なバランスを見つけることが大切です。

 

また、ピン設定を使用することで、クロスの一部を固定することができます。これにより、旗の端を固定したり、服の一部を体に固定したりすることが可能になります。

 

Blender公式マニュアル：クロスシミュレーションの詳細設定と応用テクニックについて

Blenderの流体シミュレーション

 

流体シミュレーションは、水や煙、炎などの流体の動きをシミュレーションする機能です。流れ、渦、波などの複雑な動きを再現することができます。

 

主な用途：

• 水が注がれる様子
• 煙が立ち上る様子
• 炎の揺らめき
• 霧の動き

 

流体シミュレーションでは、「ドメイン」「流体」「障害物」「流入口」「流出口」などの要素を設定します。これらを組み合わせることで、様々な流体現象を表現できます。

 

設定手順：

1. 流体のドメイン（シミュレーション範囲）を設定
2. 流体オブジェクトを作成
3. 必要に応じて障害物や流入口、流出口を設定
4. 物理演算プロパティパネルで各オブジェクトの役割を指定
5. シミュレーションを実行し、結果をベイクする

 

流体シミュレーションは計算量が多いため、低解像度でテストしてから徐々に解像度を上げていくのが効率的です。また、パーティクルシステムと組み合わせることで、より複雑な効果を生み出すことができます。

 

最近のBlenderバージョンでは、Mantaflowというエンジンが採用され、より高品質な流体シミュレーションが可能になりました。煙や炎のシミュレーションも、このエンジンを使用しています。

 

Blender公式マニュアル：流体シミュレーションの詳細設定とMantaflowエンジンの活用法について

Blenderの物理演算の応用テクニック

 

物理演算の基本を押さえたら、次は応用テクニックを学びましょう。これらのテクニックを使いこなすことで、より複雑で印象的な3DCGアニメーションを作成することができます。

1. 複数の物理演算の組み合わせ
   
   
   
   • リジッドボディとクロスを組み合わせて、布で覆われた物体の動きを表現
   • 流体シミュレーションとパーティクルシステムを組み合わせて、水しぶきを表現

2. キーフレームアニメーションとの連携
   
   
   
   • 物理演算の開始前にキーフレームで初期動作を設定
   • 物理演算の結果をキーフレームに変換して微調整

3. フォースフィールドの活用
   
   
   
   • 風や磁力などの外力を設定して、物体の動きに影響を与える
   • 渦や爆発などの効果を追加して、よりダイナミックな動きを作成

4. コンストレイントの使用
   
   
   
   • ヒンジやスプリングなどのコンストレイントを使って、特定の動きを制限
   • 複雑な機械の動きや、キャラクターの関節の動きを表現

5. フラクチャモディファイアの活用
   
   
   
   • 物体を破壊する効果を簡単に作成
   • 爆発や衝突のシーンをリアルに表現

 

これらの応用テクニックを使いこなすには、実験と試行錯誤が必要です。シミュレーションの設定を少しずつ変更しながら、望む結果が得られるまで調整を重ねていくことが大切です。

 

また、最新のBlenderバージョンでは、GPUを使用した高速な物理演算計算が可能になっています。複雑なシミュレーションを行う場合は、GPUレンダリングを活用することで、大幅に処理時間を短縮できます。

 

Blender.jp：物理演算の応用テクニックと最新機能について詳しく解説されています

Blenderの物理演算の設定方法

Blenderのリジッドボディの基本設定

 

リジッドボディの基本設定は、物理演算を始める上で最も重要な部分です。以下の手順で設定を行います：

1. オブジェクトを選択
2. プロパティパネルの「物理演算プロパティ」タブを開く
3. 「リジッドボディ」を有効にする
4. タイプを選択（アクティブ/パッシブ）
5. 質量、摩擦、反発係数などのパラメータを調整

 

アクティブなリジッドボディは重力や衝突の影響を受けて動きます。一方、パッシブなリジッドボディは固定されたままで、他のオブジェクトとの衝突のみを処理します。

 

質量は物体の重さを決定し、摩擦係数は物体同士がこすれ合う際の抵抗を、反発係数は衝突時の跳ね返りの強さを制御します。これらの値を適切に設定することで、より自然な動きを実現できます。

 

また、「形状」の設定も重要です。デフォルトの「凸包」は計算が高速ですが、凹面のある複雑な形状には適していません。そのような場合は「メッシュ」を選択することで、より正確な衝突判定が可能になります。

Blenderのクロスシミュレーションの設定手順

 

クロスシミュレーションの設定は以下の手順で行います：

1. メッシュオブジェクトを選択
2. プロパティパネルの「物理演算プロパティ」タブを開く
3. 「クロス」を有効にする
4. プリセットを選択（オプション）
5. 物理特性を調整（質量、剛性、減衰など）
6. 必要に応じてピン設定を行う

 

クロスの質量は、布の重さを決定します。軽い布ほど風の影響を受けやすくなります。剛性は布の硬さを、減衰は動きの減衰速度を制御します。

 

ピン設定は、クロスの特定の頂点を固定するために使用します。例えば、旗の一端を固定したり、服の襟を体に固定したりする場合に利用します。

 

また、「コリジョン」設定を有効にすることで、クロスと他のオブジェクトとの衝突を処理できます。これにより、服がキャラクターの体に沿って動くような表現が可能になります。

Blenderの流体シミュレーションの詳細設定

 

流体シミュレーションの設定は複雑ですが、基本的な手順は以下の通りです：

1. 流体のドメイン（シミュレーション範囲）を設定
2. 流体オブジェクトを作成
3. 必要に応じて障害物、流入口、流出口を設定
4. 各オブジェクトの物理演算プロパティで役割を指定
5. シミュレーション設定を調整
6. シミュ