Существующие тренды в имитации мышечных систем
Ранние методы
Эпоха ранних методов характеризовалась полным отсутствием специализированных инструментов для динамической симуляции мышц, что делало процесс достижения реализма чрезвычайно трудоёмким. Основным подходом было использование статичной геометрии, где мышцы лепились как неотъемлемая часть тела персонажа, что при анимации создавало эффект «резинового человека», лишённого внутренней динамики. Более прогрессивным, но и более затратным методом была ручная анимация форм (Morph Targets/Blend Shapes), когда для каждой ключевой позы художник вручную создавал скульптурные правки, «накачивая» к примеру бицепс или напрягая пресс. Этот метод, несмотря на предоставляемый контроль, был чудовищно трудоёмким, плохо масштабировался на сложных персонажей и не работал на непредусмотренных анимациях, что ограничивало его применение в крупных проектах. Этот метод до сих пор используется для исправления артефактов, которые не удалось устранить автоматическими системами.
Интерполяция блендшейпов // Корректирующие блендшейпы
Корректирующие блендшейпы
Параллельно, в игровой индустрии зарождалась «ragdoll»-физика (физика «тряпичной куклы»), которая стала первым шагом к процедурной динамике. Пусть она и не симулировала мышцы напрямую, а лишь имитировала пассивное поведение костей под воздействием физики, этот подход заложил фундамент для будущего развития динамических систем, показав, что движение может порождаться не только анимацией, но и расчетами. Как раз примером первых попыток в процедурные расчёты физики мускул и костей в режиме реального времени является Euphoria, работавшей по технологии Dynamic Motion Synthesis.
Тестовые симуляции ragdoll-физики
Появление первых специализированных инструментов
Переломный момент наступил с появлением первых встроенных систем, которые начали рассматривать мышцы не как часть статичной геометрии, а как самостоятельные динамические объекты. Пионером в этой области стала Autodesk Maya Muscle System, которая ввела в обиход концепцию «мышечных объектов» (Muscle Objects) — специализированных примитивов, способных растягиваться между точками крепления, сохранять объем и динамически влиять на оболочку кожи через деформеры. Это был гигантский скачок от ручной правки к управляемому моделированию, позволивший добиться базового «взбухания» и сокращения в режиме, близком к реальному времени.
Симуляция Maya Muscle (Rigging Showcase. Adom Yip)
Симуляция Maya Muscle (Rigging Showcase. Adom Yip)
Брейкдаун анатомических систем. Human Anatomy Project. David Bittorf
Следующей революцией, определившей лицо индустрии VFX на годы вперед, стал выход плагина Ziva VFX. Уже с первых версий он представлял принципиально иной, более глубокий биомеханический подход. Вместо абстрактных деформаций Ziva позволяла назначать виртуальным тканям — мышцам, жиру, коже — реальные физические свойства, такие как плотность саркомер и эластичность, и симулировать их взаимодействие на основе точных анатомических законов. Это позволило достичь уровня кинематографичного, фотометрического реализма, когда деформация была не результатом художественного вмешательства, а следствием корректного физического расчета.
Ziva Technologies. DNEG // Introduction to Ziva VFX. The Gnomon Workshop
Ziva Release. Ziva Dynamics
Современные тенденции
Тренд 1: Детальная оффлайн-симуляция в SideFX Houdini В сфере создания кинематографичного контента SideFX Houdini остается незаменимым инструментом благодаря своей мощной процедурной парадигме. В то время как Vellum Solver зарекомендовал себя как надежный, на сегодняшний день уже legacy инструмент для симуляции мягких тел, включая базовую мышечную динамику, для задач, требующих кроме максимальной анатомической точности ещё и скорости, индустрия все чаще обращается к более специализированным инструментам. Таким решением становится Otis Solver, который представляет собой эволюционный шаг в симуляции тканей. В отличие от последовательного подхода Vellum, в рамках которого идёт работа над каждым «слоем» мышечной системы поочерёдно, Otis разработан специально для сложных биомеханических симуляций, предлагая одновременный контроль над взаимодействием и мышц, и жира, и кожи сразу. Он позволяет точно настраивать такие параметры, как жесткость отдельных мышечных пучков и сила их сокращения, что делает его предпочтительным выбором для создания сверхреалистичных деформаций в проектах высшего эшелона.
Muscle Sim R& D. Ehsan Hassani Moghaddam // Houdini 20.5 Black Panther. Anupam Awasthi
Muscle Test 2/4. SideFX Houdini
Тренд 2: Гибридные и процедурные методы в DCC-пакетах Этот тренд отражает стремление студий найти оптимальный баланс между качеством симуляции и скоростью работы, а также художественным контролем. Суть подхода заключается в комбинации нескольких техник внутри таких пакетов, как Autodesk Maya и Blender. В Maya это выражается в построении кастомных сложных деформационных стеков, где основа — это работа с блендшейпами. через Wrap Deformer, а затем добавляются слои динамики с помощью Jiggle Deformer и сглаживания через Delta Mush, а ещё более детальные настройки производятся с помощью различных инструментов для взаимосвязей (Driven Key, Expression Editor, Node Editor и т.д). Однако наряду с этим Maya предлагает свои инструменты для динамической симуляции мышечных систем, которые также можно интегрировать в стек деформаций. В Blender экосистема предлагает схожую гибкость: художники могут использовать Shape Keys (морф-таргеты) вместе с Drivers для процедурной анимации мышечного объема, применять Soft Body симуляцию для органичных колебаний или обращаться к процедурной системе Geometry Nodes для создания собственных, несимуляционных деформаций на основе математических расчетов. Этот тренд доминирует в анимации и сериальном производстве, где важно быстро получать убедительный результат, не дожидаясь долгих расчетов полноценной физической симуляции.
Rottweiler rig in Maya. Farid. M. Panah
Muscular Monk Rig. Jacob DeRemer
Тренд 3: Real-time процедурность в игровых движках Мощнейшим драйвером инноваций стала игровая индустрия, где требование к производительности (стабильные 60+ FPS) перевешивает необходимость в физической точности. В Unreal Engine парадигма сместилась в сторону полностью процедурных методов, которые вычисляются на GPU в реальном времени. Ключевыми инструментами стали Morph Targets (Blend Shapes) в связке с Control Rig: предварительно созданные скульпты мышц активируются сложной процедурной логикой, которая привязывает их влияние к углам поворота костей скелета. Параллельно набирают обороты технологии на основе машинного обучения, такие как ML Muscle, которые, будучи интегрированными в движки вроде Unreal Engine, могут предсказывать и применять правдоподобные мышечные деформации на лету, обучаясь на наборах данных с захватом движения и симуляциями, открывая новую эру эффективности в real-time-графике.
ML Deformer Sample. Epic Games
Тренд 4: Кросс-платформенные плагины и специализированные аддоны Современный пайплайн все чаще стирает границы между отдельными пакетами, чему способствует развитие специализированных плагинов. Такие решения, как Ziva VFX, продолжающий развиваться как мощный инструмент в этой сфере, и его аналог Adonis FX, являются золотым стандартом биомеханического моделирования. Эти плагины интегрируются в привычные среды (Maya, Houdini) и позволяют создавать анатомически точные симуляции, назначая виртуальным мышцам, жиру и коже реальные физические свойства, что раньше было невозможно без глубоких технических знаний. Одновременно с этим развивается экосистема доступных инструментов для независимых разработчиков. К примеру, аддон X-Muscle System для Blender — комплексный инструмент для быстрого создания мышечных систем, который поддерживает Bendy Muscles (гибкие мышцы) и физическую симуляцию тканей для реалистичного поведения кожи и жира.
Samir’s body — deformation rig / VFX setup. Mateusz Matejczyk
Vizsla Dog. Tomasz Tomczyk. Picture Wizards
Muscle Simulation. Fritz Langner
Таким образом, эволюция методов создания мышечных систем представляет собой путь от чисто ручного труда через физическую автоматизацию к интеллектуальной процедурности, где каждый этап расширял доступность технологии, сужая разрыв между реализмом и производительностью. Данное исследование ставит целью систематизировать этот путь и провести практический сравнительный анализ ключевых технологий, выраженных в Autodesk Maya и Houdini, а также сформулировать пошаговый туториал по созданию мышечной системы по выбранному методу.
