Rigging for Games: A Primer for Technical Artists Using Maya and Python

392 Pages·2015·29.36 MB·English

by  Assaf

Rigging for Games
Rigging for Games: A Primer for Technical Artists Using Maya and Python is not just another step-by-step
manual of loosely related tutorials. Using characters from the video game Tin, it takes you through the
real-world creative and technical process of rigging characters for video games and cinematics, allowing
readers a complete inside look at a single project.
You’ll explore new ways to write scripts and create modular rigs using Maya and Python and automate
and speed up the rigging process in your creative pipeline. Finally, you’ll learn the most effici t ways of
exporting your rigs into the popular game engine Unity. This is the practical, start-to-finish igging primer
you’ve been waiting for!
• Enhance your skill set by learning how to effici tly rig characters using techniques applicable to both
games and cinematics
• Keep up with all the action with behind-the-scenes images and code scripts
• Refine our rigging skills with tutorials and project files vailable on the companion website
Eyal Assaf is a Technical Artist currently living and working in Toronto, Canada. A graduate from the
Ontario College of Art and Design, Eyal has been involved in the animation, gaming and broadcast
industries since the mid-90s when digital dinosaurs began to roam the big screens. His wide range of
experience led him to positions such as Visual Effects Supervisor on an award-winning animated 3D
television show as well as other lead positions in a variety of commercials, broadcast, film, and game
projects. He is also an internationally published illustrator in various trade publications and teaches 3D
and Design at college level.
This page intentionally left blank
Rigging for Games
A Primer for Technical
Artists Using Maya
and Python
Eyal Assaf
CRC Press
Taylor & Francis Group
6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300
Boca Raton, FL 33487–2742
© 2016 Taylor & Francis
CRC Press is an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business
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Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Assaf, Eyal.
Rigging for games : a primer for technical artists using Maya and Python / Eyal Assaf.
pages cm
Includes bibliographical references and index.
1. Rigging (Computer animation) 2. Video games—Design. 3. Computer games—Design. 4. Python
(Computer program language) 5. Maya (Computer file) I. Title.
TR897.77.A87 2016
006.6'96—dc23
2015015031
ISBN: 978-0-415-74304-4 (hbk)
ISBN: 978-0-415-74305-1 (pbk)
ISBN: 978-1-315-81391-2 (ebk)
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by Apex CoVantage, LLC
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http://www.crcpress.com
Contents
Acknowledgments � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �x
Introduction � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � xii
Chapter 1: The Creative Cycle � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �1
From Page to Screen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Where Do Ideas Come From? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
The Production Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Pre-Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Step 1: Planning the Story / Game Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Step 2: The Script / Game Design Document . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Step 3: Concept Art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Step 4: Storyboards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Planning the Storyboard Scenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Color Scripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Step 5: Asset Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Step 6: Asset Management and Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Step 7: Animatic / First Playable Prototype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Surfacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Rigging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Animation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Post-Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Chapter 2: Concept Art and Modeling � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 25
Concept Art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
Character Sheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3D Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Output Medium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Level of Detail and Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Square Is Good—Polygon Types to Use and Avoid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Alternatives to Mesh Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
v
Contents
Sculpting Pitfalls. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
UV Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
File Referencing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Chapter 3: Rigging Concepts � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 53
An Overview of Rigging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
The Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Nodes and Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Parenting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Direct Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Deformers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Joint Orientation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Kinematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Attaching Meshes to Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Smooth Binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Rigid Binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Introduction to Scripting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Scripting in Maya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
MEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
The Script Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
MEL 101 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Anatomy of a Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Saving the Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Our First Python Script—tgpGears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Creating the GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Querying the GUI Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Creating the Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
String Formatting in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Chapter 4: Scripting Mechanics � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �125
Engineering the Fantastic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Python’s Object-Oriented Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Classes in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
vi
Contents
Building a GUI Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Defining the UI Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Adding Button Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Creating tgpMechanix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Referencing the UI Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Error Checks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Creating a Utility Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
The Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Making the Spring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Assign Functionality to the Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Making the Piston . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
And Now for a Lite Version of the GUI Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Chapter 5: Rigging Mechanoids � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 163
Rigging Meep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Rigging Pre-Flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Sketching Out the Rig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Which Rig? Bind vs. Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Analyzing the Rig Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Rigging the Legs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Placing the Leg Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
IK/FK Leg Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Setting Up the Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Creating FK Leg Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Scripting tgpControlOrient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Stretchy FK Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Creating IK Leg Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Knee Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Stretchy IK Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
The Condition Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Going the Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Setting Up the Wings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Neck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Building the Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Putting Together the Body . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
vii
Contents
Finishing Touches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Global Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Chapter 6: Rigging Humanoids � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 255
Rigging Leaf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Analyzing the Bind Skeleton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
To T-Pose or not to T-Pose? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
Human IK Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Creating the Bind Skeleton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Rotate Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Scripting tgpRotateOrder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Binding Leaf’s Mesh to the Skeleton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Smooth Bind Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Weight Assignment and Painting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Chapter 7: The Control Rig � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 279
The Control Rig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
snapAB Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
Building the IK Leg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Automating the Limb Creation—the Limb Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Using a Dictionary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Coding tgpLimb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Building the Spine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Hips, Shoulders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Stretching the Spine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
The Neck and Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Building the Arms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Setting Up the Clavicles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Driven Keys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
After You! No, After You—Polite Space Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
Space Switching Using Parent Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
IK/FK Redux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
Snappy Logic Part 1—FK to IK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Snappy Logic Part 2—IK to FK (with a dash of pole vector magic) . . . 331
Finalizing the Rig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Adding Global Scale to the Rig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
viii
Contents
Cleaning Up the Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
And . . .? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Chapter 8: Game On! � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �351
Exporting to Unity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
Animating for Games . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
Prepping the Rig in Maya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
Methods of Exporting Animation from Maya to Unity . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
Baking the Animation Keys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
Exporting to the FBX Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
Importing Animation Files in Unity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
Blending the Animation Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Epilogue � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �367
Appendix � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �369
Index � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �371
ix