İskelet sistemi; hareketlerin gerçekçiliğini, güçlü pozların verilebilirliğini sağlamaktadır. İskelet sistemi işlevsel olmalıdır. Canlandırma sinemasında gerçek hayatta yapılması mümkün olmayan sahneler yapılabilmektedir. Bu yüzden oluşturulan iskelet sistemi insan anatomisine uygun olmasının yanı sıra esnek bir kemik sistemine de sahip olmalıdır. Ancak bir iskelet sisteminin bu özelliklere sahip olması hem animatörün birçok kontrolü karakter üzerinden seçebilmesini hem de sahnede asıl resmin, hareketlerin görülmesini engellemektedir. Canlandırma alanında dünyada yaygın olarak Autodesk 3ds Max ve Autodesk Maya yazılımları kullanılmaktadır. Bu yazılımlar açık kaynaklı olduğundan kullanıcılara özel geliştirilebilir ve yeni özellikler, eklentiler eklenebilir. Ayrıca bu yazılımlar sayesinde katı gerçekçilikten uzak, geleneksel canlandırma yöntemleri uygulanabilir.
İskelet yapısı, yumuşak doku ve organları destekleyip vücuda güç sunan ve bu gücün vücuda dağıtılmasını sağlayan bir sistemdir. İskelet, bir dizi mafsallı kaldıraç sistemi gibi çalışmaktadır. Bu yapıda, güç ve esneklik arasında bir uzlaşma derecesi vardır. Yapının sertliği daha fazla güç, sağlamlık ve koruma sağlarken, yapının eklemli olması daha fazla esneklik ve daha fazla hareket alanı sağlamaktadır. İskelet sisteminde esnekliğe ulaşmanın bedeli ise eklemlerin diğer kemiklerle aynı derecede dayanıma sahip olmamasıdır (Webster, 2012, s. 180- 181).
Eklemler İskelet sistemini oluşturan en az iki veya daha fazla kemiği birleştiren kısımlar eklem olarak nitelendirilmiştir. Eklemler sayesinde kemiklerde hareketin yönünü ve iskelet sisteminin hiyerarşik yapısı hareket kabiliyetini kazanmaktadır. Gerçek hayatta olduğu gibi insan anatomisine uygun bir şekilde eklemler dijital ortamda örnek alınarak iskeletlendirilmektedir. İskelet sistemi hareketlerin birebir taklit edebilecek kabileyette olması gerekir. Eklemli karakterlerin vücut parçalarının hareket edebilmesine sağlayan altı farklı eklem türü bulunmaktadır.
a) Plane Joints: Düzlem bağlantılar genellikle düz veya hafif eğri olmasına rağmen oldukça düzensizdir; yalnızca kayma hareketine izin vermektedir. Bu eklemler eldeki karpal kemikler arasında bulunmaktadır.
b) Saddle Joints: Saddle eklemleri kondiloid mafsalın bir modifikasyonudur ve daha fazla hareket serbestliği sağlamaktadır. Bunlar çift eksenli bir eklem örneğidir. Başında bir eyer eklemi bulunmaktadır.
c) Pivot Joints: Pivot bağlantıları, dirsek kemiğinde olduğu gibi yarıçapta hareket eder ve kemiklerin dönme hareketinde birbiri etrafında dönmesini sağlamaktadır. Pivot eklem aynı zamanda tek eksenli bir eklemdir.
d) Condyloid Joints: Condyloid eklemler oval veya yumurta şeklindedir ve içbükey bir şekilde hareket etmektedir. Bu bağlantılar iki eksende (ileri-geri ve sağa-sola) harekete izin vermektedir. Böyle bir eklem, metakarpal ve falanks kemikleri arasındaki kavşak kısmında bulunmaktadır.
e) Hinge Joints: Menteşe eklemleri, tek bir eksen etrafında tek bir düzlemde harekete izin vermektedir. Dirsekte bulunan eklem bir menteşe eklemidir. Bu tür bir bağlantı sadece tek bir eksen boyunca harekete izin vermektedir. Tek eksenli bir eklem olarak bilinmektedir.
f) Ball-and-socket Joints: Üç eksen boyunca hareket etmeyi sağlayan eksenli eklemlerdir. Bu eklemler, bitişik kemik içinde karşılıklı bir yuvarlak şekilde uyan, döner bir harekete izin veren küresel şekilli bir kemik içermektedir. Bu tür eklemler kalça ve omuzda bulunmaktadır. Kıkırdak veya lifli dokuyu birbirine bağlayan, iki kemiği birleştiren başka eklemler de bulunmaktadır. Hareket ve hareketlilik bakımından bunlardan en önemlisi vertebra kolonunu oluşturanlardır. Omur disklerinin kalınlığı, küre şeklinde ve yuva bağlantısı ile elde edilen, benzer olmayan bir hareket derecesine izin vermektedir (Webster, 2012, s. 182).
Kinematik Bilimi (Kinematics)
Kinematik, bir kuvvet ya da kütlenin gücünden bağımsız çalışan ve hareketle ilgili bir
mekaniğin dalıdır. 3B bilgisayar animasyonunda ise kinematik, genellikle bağlantılı
nesnelerle ilgilenir. Bir zinciri döndüren ya da hareket eden ana kontroller daha sonra ara
kontrollerin pozisyonlarını etkilemektedir (Ratner, 2004, s. 58).
Kinematik kelimesi, hareketin hesaplanması anlamına gelir. İleri kinematik, hiyerarşinin
her bir kontrol için harekete dönüşümlerini normal bir şekilde hesaplar (O‟rouke, 2003, s.
164).
Karakter canlandırmasında hareketi sağlamak için iskelet sisteminin yararlandığı iki ayrı
kavramdan yararlanılmaktadır. İleri kinematik (FK), kemiklerin hiyerarşik sırasına göre
baştan sona doğru bir yol izleyerek pozisyon ve rotasyon ile harekete imkan vermektedir.
Kemikler her zaman kendinden önceki kemiğe ya da nesneye bağlı olarak hareket etmektedir. Diğer yöntem ise ters kinematik (IK) olarak nitelendirilmiştir. Ters kinematik,
arada bulunan kemiklerin baştaki ve sondaki kemiklere göre hareket etmektedir. Her iki
yöntem de bir karakterde bulunması gereken özelliktir. Canlandırmanın şekline göre
sanatçı her iki yönteme de başvurmaktadır.
Karakter IK' de canlandırılsa bile, model öncelikle bir FK (ileri kinematik) yeteneğine sahip olacak şekilde donatılmalı ve daha sonra bir kemik hiyerarşisi oluşturulmalıdır. Bunu yapmak için, karakterin iskeletinin belirli bir bölümündeki çeşitli kemikleri ve eklemleri bağlayan önem derecelerini tanımlamak gerekmektedir (White, 2006, s. 433-434).
Kinematik bilimine göre iskelet sistemi yer çekimi, ağırlık, ve kuvvet etkenlerine göre oluşmaktadır. Yer çekimi olmayan bir ortamda yürürken karakterin ayaklarında ters kinematik sistem yerine ileri kinematik kullanmak daha doğru olacaktır. Karakterin ağır bir nesneyi kaldırmaya çalıştığı durumlarda ters kinematik ile bilekleri nesneye bağlayarak istenen etki verilebilmektedir. Bu durumda ileri kinematik kullanıldığı taktirde bileğin sabit kalması sağlanamayarak düzensiz ve etkisiz bir eyleme sebebiyet vermektedir. Karakterin belli bir amaca ulaşmak için kuvvet kullanması gerektiğinde zaman zaman ters kinematik daha etkili bir yöntem olabilmektedir. İleri kinematik ile hareketlerde iskelet sistemi mevcut pozisyonundan hedeflenen pozisyona ulaştırılmak istendiğinde bazen hedefe giderken istenmeyen dolaylı bir yol izlemektedir. Bu sebeple doğrudan hedeflenen poza düz bir şekilde geçirebilmek amacıyla ters kinematik kullanılabilmektedir. Karakterin bir tutunması ya da güç uygulamak için yine ters kinematik kullanımı makul bir seçenektir.
Bilgisayar animasyonunda ortak amaç, gerçekçi görünen bir hareket yaratmaktır. Gerçekçi hareketin ana bir bileşeni, sert cisimlerin yerçekimi, viskozite, sürtünme ve çarpışmalardan kaynaklandığı gibi yaygın bir şekilde karşılaştığı kuvvetlere fiziksel olarak verdiği reaksiyondur. Anahtar kare teknikleri ile gerçekçi hareket oluşturmak göz korkutucu bir görev olabilir. Bununla birlikte, hareket denklemleri, bu reaksiyonları otomatik olarak hesaplamak için bir animasyon sistemine dahil edilebilir (Parent, 2007, s. 203).
İleri kinematik, karakter canlandırılırken hareketlerde sonunu getiren ve örtüşen eylem ilkelerini kullanarak akıcı hareketler elde etmeyi sağlarken ters kinematik ise en uçta bulunan eklemin belirli bir engelle karşılaması durumunda kullanıldığında sabit kalarak eklemlerde sabit ve gerçekçi bükülmeler elde edilmektedir. Örneğin, ayakta beklerken elini masaya koyarak konuşan bir karakter animasyonunda ters kinematik baştaki ve uçtaki eklemleri kilitleyerek anatomiye uygun bir şekilde canlandırmaya imkan vermektedir. Ters kinematik sadece bilekte değil dirseklerde veya parmak uçlarında kullanımı mümkün olduğu sürece canlandıranı kısıtlamayarak yaratıcı pozlar elde etmeyi sağlamaktadır.
Kaynak: Mesut ÇORAK yüksek lisans tezi: CANLANDIRMA SİNEMASINDA KULLANILAN AUTODESK 3DS MAX PROGRAMINDA CAT YAZILIMININ SINIRLILIKLARI VE TEMEL PRENSİPLERE İLİŞKİN ÇÖZÜM ÜRETME