【CEDEC 21】「會動的鋼彈」如何兼顧設計與可動性?直到實現為止的專案筆記

(本新聞經日本 4Gamer.net 同意授權轉載) 2021-08-31 17:20:18 原文出處

  在日本當地的電腦娛樂開發者會議「CEDEC 2021(CEDEC:Computer Entertainment Developers Conference)」第三日,舉行了「『將不可能化為可能』——直到『會動的鋼彈』實現為止的專案筆記」講座。雖然和遊戲沒有直接關係,但是在活動最後一天,竟然有一場以如此有趣的內容為主題,並分為前後兩篇、花費兩場講座份量時間的講座,那怎麼可以錯過呢。
 
  到底「會動的鋼彈」是如何被打造出來的?以下就要為大家整理報導講座內容。
 
  • image
    登台主講的是鋼彈 GLOBAL CHALLENGE GGC 技術總監石井啟範(照片左),
    以及 Asratec 董事兼首席機器人創作者 / GGC 系統總監吉崎航(照片右)
 
  以防萬一,先說明什麼是「會動的鋼彈」,就是指在 GUNDAM FACTORY YOKOHAMA 將會展示到 2022 年 3 月 31 日止的實物大小鋼彈。《機動戰士鋼彈》的主角機體 RX-78-2,會擺出手指向天空,或者是單膝跪地的姿勢。
 
  單論實物大小鋼彈本身,是在 2009 年於日本台場首次登場,從 2017 年開始則是展示可以變形成毀滅模式(デストロイモード)的獨角獸鋼彈(ユニコーンガンダム)。除此之外就是在日本橫浜從 2020 年底正式對外公開的「會動的鋼彈」了。
 
  • image
 
  在 2009 年展示期間的五十二天內,大約動員了四百一十五萬名觀眾,反應可說是十分熱烈。於是便在 2014 年,以未來要讓鋼彈動起來為目標,成立了鋼彈 GLOBAL CHALLENGE,開始正式立案執行。
 
  專案目的當然是要打造出高十八公尺的實物大小可動鋼彈,以及要重現出有原本鋼彈風味的動作。並定立由各種不同領域之技術伙伴一起合作的「技術挑戰」,依靠現有技術的「實現可能性」,不會翻倒的「安全性」,以及兼顧可動性的「設計」等開發關鍵字。
 
  • image
  • image
 
  一開始先花了整整三年在打造出開發團隊上面,最終敲定由石井啟範、吉崎航,以及創意總監川原正毅構成的三人總監體制,以及總共九家公司的技術伙伴。
 
  在 2018 年進入正式開發階段,會由包含技術伙伴代表在內的三十名成員舉行會議,並在隔週實際執行計畫方案。2019 年開始各部位詳細設計以及零件設計工作,同時也執行了各個部位的試組裝。
 
  然後到了 2020 年,執行整體組裝與各項測試,最後正式公開。
 
  • image
 
  能夠實現「會動的鋼彈」,可說是集合了各種不同領域的技術。被稱為「G 船塢」的維護整修用機庫,是可以容納巨大機械的建築技術。用來支撐鋼彈站立的轉向架「G 運輸車」,是能夠搬運重物的重型機具與建設用機具技術。鋼彈本體的框架也是重型機具技術,關節和系統是產業用機器人技術,而手部則是娛樂用機器人技術。
 
  • image
  • image
 
  會動的鋼彈本作全高十八公尺,重量約二十五公噸。是由鋼鐵製的可動框架,和玻璃纖維強化塑膠(FPR)製的外殼構成。關節的可動部位使用發動機與旋轉式的減速機,不過腰部等中心部位因為力矩不足的關係,所以多加了電動汽缸。因為要讓它可以動,就必須盡可能減輕重量,所以在形狀和素材上都很講究。
 
  就安全層面來說,採用從腰部後面以轉向架(G 運輸車)支撐的方式。雖然有駕駛艙存在,但是在動作時不會有人搭乘,而是從遠隔控制室來下達動作指令。而且在設計時,還有考慮到野外環境會發生的降雨以及鹽害,甚至是地震或颱風等天災。
 
  • image
 
  支撐鋼彈的 G 運輸車,是為了保持穩定性不至於翻倒的巨大轉向架。以高台上的吊索來連接到鋼彈身上,用來保持配重的零件設計成像電梯一樣,可以在上下四公尺內移動。
 
  高台為了在鋼彈擺出單膝跪地姿勢時不至於被踢到,所以設計了用來容納的空間,是其最大特徵。
 
  • image
 
  用來維護整修的 G 船塢,是一個高六層樓的多段式機庫。為了可以整修鋼彈前方部份,以及搭乘進驚駛艙,所以設置了可動平台。
 
  因為在 G 船塢旁邊還設置了觀賞用的高塔,所以並不像過去展示的立像一樣,只能從下方觀賞,可以用各種不同的角度來享受實物大小的鋼彈。
 
  • image
 
  講座還有談到為了讓鋼彈動作的系統「動作程式」這部份。
 
  吉崎航表示就像前面提到的一樣,這架鋼彈帶有娛樂機器人的要素、產業用機器人的要素、重型機具的要素,以及建築物的要素等等各種不同的要素,各個部份都是以不同的系統來驅動,所以要整合在一起讓它擺出動作十分困難。
 
  根據吉崎航的說明,這些要素是以階層構造互相連結,從實際上操縱鋼彈的人來看,其實就像是一種演出控制裝置。簡單來說就是設計成就像是對燈光指示「把燈頭晃一下」或是「這時候點燈」之類的指示一樣,很簡單就可以操作鋼彈整體的動作。
 
  當然也搭載了在發出錯誤指示的時候,會自動判斷這時「不應該動」,檢查到異常狀態就一定會停止動作,負責監視是否安全的獨立系統。
 
  • image
 
  動作程式採用吉崎航獨自開發的「V-Sido」,並不是先做出鋼彈後再去分配動作,而是先靠 CG 技術來調整希望可以做出的動作。
 
  而這些動作,以及本專案當中用到的 CG,就是靠 OpenGL、Unity 以及 Unreal Engine 等,在遊戲開發時也很常會用上的工具軟體。
 
  • image
 
  由於在鋼彈的動作方面,目標是要表現出上下方向不同,所以關節零件使用的發動機,幾乎都是用來前後移動的俯仰軸。執行的動作則是「把手舉起來」、「單腳站立」以及「步行」等等,以此為基準去決定各部位關節的配置位置。
 
  正如同下面的圖片一樣,鋼彈在肩膀和腰部配置比較多的發動機,這是因為要在在鋼彈實際動作時會成為阻礙的護肩和裙甲,也必須要配置用來移動該部位的發動機之故。特別是在裙甲上,因為即使只是移動上半身,也會牽動到大腿部份,所以費了很多苦心確保該部位的可動範圍。在製作遊戲時,常常是做出的動作就算會干涉到裙甲也沒有在管,但要在現實中動作的話可不能這樣。
 
  • image
 
  在關節部位裡會配置發動機和減速機,但減速機的大小與能製造的力矩有直接關係。然而實際上和鐵塊一樣的減速機很沉重,希望能製造足夠大的出力就必須要用更沉重的減速機。而且因為越是到末端關節,其重量就會不斷累積下來的關係,如果為了讓手肘出力夠高而配置大型減速機的話,就可能會讓鋼彈肩膀舉不起來。並不是用得越大就越好,正是這裡的困難之處。
 
  在要讓關節活動時,首先要決定的事情,就是應該要用什麼程度的速度和加速度來活動。這部份決定好之後,就可以決定關節的構造,並且以這些參數來計算出重量和力矩。接著就可以找出能夠承受這種力矩的減速機,再決定要搭配使用的發動機。最後一步是要調整大小,如果太大的話就要變更發動機數量,或者是調整筐架形狀來配合設計才行。
 
  如果做到這種程度還是無法吻合的話,就必須要減輕重量,所以得從決定重量的步驟重新來過。吉崎航回首製造過程,表示這一連串的步驟重覆過非常多次,真的是相當辛苦。
 
  • image
 
  在步行動作中,抬起來的那一隻腳看起來很像是會踩到地面上,但其實並沒有貼緊地面,而是配合動作讓轉向架移動。這時在步行動作中沒有移動的那一隻腳,其實並不是真的完全沒有動作,而是為了不讓腳掌看起來像是在地面上滑行,所以會執行全身上下的運動控制。
 
  而且吉崎航還說,在這些控制上,並不是單純使用在開發遊戲時也會用到的逆運動學(IK)。像這次的鋼彈這樣,實際物理限制很嚴格的情況下,逆運動學演算反而有可能會變成一種阻礙,於是在開發過程中刻意不去管逆運動學的正確性。
 
  • image
  • image
  • image
    包含動作製作、自動調整、力矩可視化,以及實際控制在內,都是以吉崎航獨自開發的 V-Sido 來執行。圖片右邊以 Unity 開發的「V-Sido Visualizer」,則是為了把動作的印象概念更清楚傳達給各關聯公司,而開發的情報共享軟體。在以虛擬實境方式共享情報時,富野由悠季監督表示「鋼彈看起來意外小台啊」
  • image
    實際使用的資料格式一覽表,為了能夠開啟所有檔案,所以使用了其實並不是很普遍的 Shade
  • image
    吉崎航平常使用的軟體一覽表,
    以遊戲業界來說 Shade 和 Blender 的使用目的可能會有重疊,但要開啟 CAD 檔案的話還是 Shade 比較合適

為了兼顧鋼彈的設計與動作

 
  以下要報導後篇講座的內容,首先是要讓鋼彈動起來會面臨到的問題,有「到底應該要怎麼樣動,才能讓原本沒有考慮到要在現實中動作的鋼彈動起來」,以及「要怎麼樣才能夠兼顧到設計和可動性」
 
  在此處要介紹的是鋼彈的內部筐架,比如說下面這張圖片的「1-a」部份,可以看到明明腳懷筐架初期設計案是完全筆直,但是最終採用方案則是朝向內側彎曲。為了能夠在關節部位安裝發動機,所以要朝向外側擴張。也因此需要能夠遮蓋住這個部位的遮蔽物,但是鋼彈原本設計上小腿肚部份比較纖細,加上遮蔽物看起來會感覺不太對勁。於是只好讓一部份筐架轉向內側,讓發動機可以安裝在空出來的空間,才能夠保持鋼彈原本的造型。
 
  • image
    大腿部份也一樣,想要能夠行動的話,就不可能只靠一個遮蔽物來擋住整個筐架。所以就把前後大腿上的遮蔽物切割開來,採用能夠滑動的構造。在鋼彈模型上有運用的構造,也能夠拿來套用在這種地方,是頗為有趣之處
  和 2009 年第一架製造的實物大小鋼彈相較之下,「會動的鋼彈」明明一樣是 RX-78-2,但是造型設計上卻改變不少。特別是這次因為要讓鋼彈動作,所以風與重量的影響很大。也因此要盡可能讓手腳更纖細,或是讓光束軍刀以及背包小型化,盡可能減輕整體重量。
 
  • image
 
  至於說到差距最大的部份,希望大家可以注意肩部(請參考上面圖片的最右邊)。排列變成了八字形,會這樣變更有兩個理由。其一是在要把手舉起來的時候,舉到斜上方時因為會有橫向動作的關係,動作看起來就會感覺更有魄力。另外一個理由,是鋼彈可能會把手彎起來,也可能會讓腰部左右扭動,為了不會互相干涉必須要確保有足夠空間。
 
  另外看到腳部也會發現膝蓋的位置比較低,雖然拉高膝蓋位置可以讓腳看起來比較長,但是「會動的鋼彈」則是為了讓單膝跪地時看起來更美觀,採用和人類一樣,大腿和小腿相比差不多是一比一的比例。因為把膝蓋向下拉,所以膝蓋遮蔽物向上凸出的長度也變得比較長。
 
  在要讓鋼彈行動時,如何讓在軟體上的模擬結果,與實際行動能夠配合一致,也是很辛苦的地方。就像前面提到的一樣,並不是先做出鋼彈之後再來思考動作,而是先以設計資料為藍本製作出 CG 動作,所以實際到底能夠重現 CG 的動作到什麼程度,在進行確認時真的是十分緊張。
 
  • image
  • image
 
  在製作實機之前,其實有許多不同的試作機。最小規模的是五百分之一大小,以 3D 列印技術加上紙模型方式製作。除此之外還有改造現有模型,用來確認關節、設計以及可動性的試作機。
 
  「會動的鋼彈」還有以「1/48 RX-78F00 鋼彈」為名推出模型商品,其實這也有用來當作動作的參考資料。
 
  • image
  • image
  • image
  • image
    控制軟體使用的開發語言有 C++、VC++、C#、Java Script,可以說是「頗複雜的合成獸」
  • image
    用來解說實際上在控制時是在做什麼的圖表,一開始要先輸入關節構成和物理參數,然後指定擺出的姿勢。接下來進入沒有接收到指示的關節會互相連動,並且避免有部位衝突的自動修正階段。透過前面提到的試作機確認實際動作後,輸出成動作檔案。這一連串的流程,全都是在同一套軟體上執行
  在被問到「富野監督是如何監修的呢」這個問題時,吉崎航表示他不會提出很強烈的否決方案,而且也給出許多具有建設性的意見。除此之外,似乎還有主動提出「能不能比出 V 手勢」這樣的要求。
 
  當時沒辦法直接讓他看到實在是很令人不甘心,於是直到這次講座舉行的一個星期前(8 月 21 日),才終於能夠讓他看到可以比出 V 手勢的照片(只不過是沒有對外一般公開的動作)。
 
  • image
    因為手指無法朝橫方向撐開,所以是調整外觀讓動作看起來更像是 V 手勢
  另一方面,石井啟範在與富野監督的討論過程當中,最有印象的一點就是他指出「由 G 運輸車支撐起來好嗎」這個問題。如果有考慮到實現可能性,就一定需要有東西支撐。但是從富野監督的角度來看,應該是認為「這是想要看到鋼彈這個虛構作品,與實際製作產物之間的界限何在。如果打從一開始就考慮要使用轉向架就太偏向現實了,應該要更勇於挑戰才對」。
 
  幸好實際完成的鋼彈,比富野監督想像中的還要接近虛構作品,開發團隊也很高興能看到他表現出開心的模樣。
 
  在講座最後還宣傳了一下,介紹「會動的鋼彈」幕後製作書籍。只要看完這本書就可以做出鋼彈…… 雖然是不會這樣保證,但是從軟體方面、機械方面以及設計方面上,都收錄了非常詳盡的內容,如果有興趣的話,絕對是不可錯過吧。
 
  在 GUNDAM FACTORY YOKOHAMA 的展示預定到 2022 年 3 月 31 日為止。
 
  • image
 

新聞評語

載入中...

相關新聞


face基於日前微軟官方表示 Internet Explorer 不再支援新的網路標準,可能無法使用新的應用程式來呈現網站內容,在瀏覽器支援度及網站安全性的雙重考量下,為了讓巴友們有更好的使用體驗,巴哈姆特即將於 2019年9月2日 停止支援 Internet Explorer 瀏覽器的頁面呈現和功能。
屆時建議您使用下述瀏覽器來瀏覽巴哈姆特:
。Google Chrome(推薦)
。Mozilla Firefox
。Microsoft Edge(Windows10以上的作業系統版本才可使用)

face我們了解您不想看到廣告的心情⋯ 若您願意支持巴哈姆特永續經營,請將 gamer.com.tw 加入廣告阻擋工具的白名單中,謝謝 !【教學】