Blender2.8で肩、肘、腕の曲げとねじれを表現するボーン設定とウェイトペイントのコツ

人型の3Dモデルを一度作ってみた方ならなんとなくわかると思うのですが、人型のモデルの肩から手にかけてのスキニングは結構むずかしく、以下の現象に悩まされるのではないでしょうか。

１．肘の関節がつぶれる

２．腕を上げると肩がつぶれる

３．手首が回転でつぶれる

これを解決するためには先に人体の構造を理解するほうがいいとおもいます。自分の腕を動かしながら腕をあげたらどうなるかねじったらどうなるか観察してみてください。

１．肘の関節がつぶれる

肘の関節を曲げると関節部がつぶれてしまう現象です。下の図の肘の部分（ウェイトが緑色の部分）です。肘の内側が下腕のボーンが曲がるにつれて内側に食い込んでしまいつぶれてしまいます。

こうなる原因は肘関節の曲がる部分を一直線に辺を入れて上腕と下腕それぞれにウェイトを乗せてしまっていることです。

これは関節部のメッシュ構造とウェイトペイントの工夫することで解決できます。以下は一例です。
腕の曲がる内側の辺がY字になるようにメッシュを張ります。またボーンの肘のポイントはやや外側に置きます。

上腕と下腕のウェイト設定は下記のようになっています。
Y字の別れた先は上腕と下腕のどちらかのウェイトしか乗っていません。

下腕を曲げたときに内側の面が縮みつぶれずに曲げることができます。

この方法は指や膝の関節などにも応用ができます。

また、参考に別の方法も紹介します。肘関節部分を斜めに辺を入れるパターンです。

２．腕を上げると肩がつぶれる

腕を下にした状態から真上に回転させて腕をあげてしまうと、肩のメッシュがねじれて破綻します。Tポーズから肩を上げるときはねじれたりはしないので、モデリングの時に気づきにくいかもしれないですが、手を前に差し出した状態から、さらに上に腕を上げる動作などを行うと肩のメッシュがねじれてつぶれてしまいます。

これを防ぐために上腕部のボーンをY軸方向にも回転させてあげる必要があります。（IKを設定したモーションの場合は、Y軸の動作は自動で補正されるので問題ないと思います。）
手を前に出した後に上に腕を上げる動作などのモーションを付けるときには腕を上げながら、上腕の回転をリセットするアニメーションを足してあげるといいと思います。また腕を上げるときは鎖骨から上がるので、鎖骨のボーンも上げると自然なポーズになります。

下記は上腕の回転を入れない場合と入れた場合の比較です。

３．手首が回転でつぶれる

手首を回す動作をする時、手首の部分だけで回転が行われるので手首のメッシュが破綻します。

人の手首の骨は腕の骨とつながっていて、よく見ると手首だけ回転しているように見えて実は腕側の骨や筋肉も一緒に動いています。
そのため、自然に手首を回転してポーズさせるためには腕のねじれるようにボーンとウェイトを設定をする必要があります。

以下は腕のねじれを実装した結果です。手のひらを反してみても手首部がつぶれないで下腕全体がねじれていています。

ねじれの設定は少し難しいです。ポイントは以下です。

1. メッシュの流れとボーンの組み方と設定
2. ウェイトの設定
3. ボーンコンストレイント設定

メッシュの流れとボーンの組み方と設定

メッシュの流れの作り方とボーンの構成は下記のようになっています。

骨の構成は下記の通りです。

下腕ボーン
┗ねじれ①（コネクトなし）
┗ねじれ②（コネクトなし）
┗左手（コネクトあり）

 

ウェイトの設定

肘から手首にかけて滑らかに回転が伝達していくようにウェイトを塗っていく。下記のウェイトの値は参考値です。
各ウェイトの割合を10％単位で調整しました。

 

 

ボーンコンストレイント設定

ねじれ①とねじれ②のボーンにはそれぞれCopy Rotationのボーンコンストレイントを設定します。
ターゲットは左手のボーンでY軸のみ、spaceはLocal Space ⇔ Local Spaceにします。
Influenceはねじれ①が0.5くらい、ねじれ②が0.3くらいです。Influenceを大きくするほど左手ボーンの回転に追従します。手首のボーンから遠い方のねじれボーンのInfluence値は小さくなります。

各ボーンのウェイトのかかり具合とボーンコンストレイントのInfluence値を調整して手首のねじれに合わせて下腕が綺麗にねじれるように調整してください。

下記は下腕だけでなく上腕部までねじれボーンをいれて設定した例です。
ねじれボーンが多いほどウェイトの設定が楽になります。
こんかいはなるべくすくないねじれボーンで設定する方法を紹介しました。