動畫師掌握物理原則六:作用力與反作用力

2021-12-20 動畫手冊

如果我們留心觀察生活就會發現,人在走路時身體向上發力,我們的衣服褶皺、頭髮或其他柔軟部位會向下,這個現象是由作用力和反作用力所產生的運動時間差所造成的。

作用力和反作用力也被稱為牛頓第三定律,它告訴人們,當一個角色與一個物體(或與另一個人物)互相作用時,兩者都會受到對方的影響。

動畫物理原則系列概覽:

1、時間、距離、比例(Timing, Spacing, and Scale)

2、慣性定律(Law of Inertia)

3、動量和力量(Momentum and Force)

4、重心(Center of Gravity)

5、超重和失重(Weight Gain and Loss)

6、作用力和反作用力(Action-Reaction)

今天,我們將認識了解動畫物理原則裡的「作用力和反作用力」,看看它對塑造一個真實可信的角色是多麼重要。

保羅·休伊(Paul Huey)也提到過:「你不能在不受對方影響的情況下發力。」 該原則的傳統解釋是,「對於每一個動作,都有一個相同或者相反的回應。」而另一個相對容易理解的表述方式是:每一個「作用力」都有一個瞬間的「反作用力」,幅度相等,方向相反。 

讓我們思考一下這句話。首先,作用力和反作用力是一對相匹配的力。如果作用力是 A 對 B 施加的,那麼 B 對 A 施加的就是反作用力。假設拳擊手 A 打了拳擊手 B(如下圖所示)。


你可以說這個動作是拳擊手 A 的手先打在拳擊手 B 的臉上的,反作用力則是拳擊手 B 的臉向後又反推到拳擊手 A 身上的力量。這兩股力量中,誰被標記為「作用力」並不重要,如果其中一個被稱為「作用力」,那另一個就是「反作用力」。

第二,作用力和反作用力會瞬間產生或消失——如果拳手 B 被打得摔倒了,那後面產生的的力不是前面動作的反作用力,而是新的一組作用力和反作用力。

第三,如果拳手 A 用 100 磅的力向左出拳,就會有相等的力向右移動。變速運動導致動量的變化(我們將在下一章《動量和力量》中說明),拳頭與臉接觸後,拳擊手 B 的頭部開始向左移動,反作用力改變了拳手 A 的原先的動量,讓它速度變慢。如果動畫師想將這一場景製作成動畫,必須正確刻畫作用力和反作用力。

「即使作用力和反作用力是相等或相反的,它們也並不會相互抵消」,動畫師常犯的錯誤是專注於對受力方(拳擊手B)的動作進行刻畫,而忽略了發力方(拳擊手A)受到反作用力時的反應。事實上,因為它們總是作用於不同的對象,所用從來沒有相互抵消。

例如,當一個角色跳到空中時,地心引力會對其施加一個向下的作用力,相反地面會對其施加一個向上的反作用力,從而將角色加速躍到空中。當角色在空中時,地球會施加一個向下的作用力(即重力),這時有一個相應的反作用力在拉動地球向上,但由於地球的質量很大,這個力對人物的影響可以忽略不計。 

「作用力和反作用力」原則在以下情況會變得複雜一些,因為它需要考慮多個力量。如下圖案例所示,一個男人推著一塊石頭前進。這個人會對巖石施加一個力,相應的巖石也對他施加一個反作用力。

此時,如果他穿著旱冰鞋,他就會向後滑動,但他是赤腳,此時摩擦力較大,所以會有另一組作用力和反應力:他的腳在地面上的推力和地面給他的反推力。為了讓他成功朝著屏幕右方推動石頭,他的腿對地面所施加的力就不能小於他的手臂對石頭所施加的力量。

為了使這一場景的動畫效果真實可信,作用力和反作用力必須要有與之相匹配的角色姿態。 

讓我們用「作用力和反作用力」的原則來分析一個鏡頭,如下圖所示,《馬達加斯加3》這個鏡頭中,金錢豹吉婭正拉著亞歷克斯獅子進入火車車廂。讓我們把注意力集中在吉婭施加的作用力上:因為她對亞歷克斯施加了一個拉力,所以同樣有一個巨大的反作用力將她拉下車(即使亞歷克斯只是被動地伸出手臂)。

為了繼續呆在火車車廂裡,吉婭用她的腳抵住車廂地面,此時反作用力會將她推向汽車的內部。如果這兩個力加上她的體重,三個力平衡(即力之和為零),那麼她的重心就不會移動。如果不平衡,她就會被拉出車外或向後跌入車內。

通過觀察這個鏡頭,你會發現,動畫師通過生動刻畫吉婭的姿勢,成功地使這一鏡頭看起來真實可信。 

《馬達加斯加3》中的這段逃亡過程具有強烈的戲劇張力,因為故事發生在了真實場景中,動畫師讓其變得真實可信。另一方面,在許多動畫和真人電影中,「作用力和反作用力」原則會被打破。

例如,當一個英雄打出強有力的拳頭,受力者會向後退去,而其對英雄的反作用力則可以忽略不計。這樣做可能是為了突出戲劇性效果,讓英雄看起來很強壯,或者是為了緩和氛圍,故意讓反作用力消失,以此減輕暴力效果。

但如果是因為動畫師沒有考慮到作用力和反作用力而,這很有可能會破壞觀看體驗。因此,如果你沒有在動畫製作中體現「作用力和反作用力」原則,你需要知道自己打破這個規則的原因。 

好了,動畫物理原則系列的最後一章已經結束,相信你在閱讀學習的過程中一定收穫頗豐!別忘了,一個出色的動畫師不僅需要豐富的理論武裝,更需要反覆地訓練與實踐,接下來,開始嘗試把這些知識運用到你的創作中去吧!

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