SKETCHYPHYSICS BÁSICO

SKETCHYPHYSICS PARA PROFESORES DE TECNOLOGA Antonio lvarez Arajo (I.E.S. Victoria Kent Elche)

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SKETCHYPHYSICS BSICO Traducido y adaptado de http://sites.google.com/site/sketchyphysicstutorial/home

1 INTRODUCCIN A SKETCHYPHYSICS SketchyPhysics (SP a partir de ahora) es un plugin para SketchUp escrito por C. Philips. Permite darle vida a los objetos dibujados con SketchUp en una simulacin real con gravedad, colisiones e interacciones con otros objetos.

Se trata de un asombroso aadido a SketchUp, aunque encontrar ayuda en la red, incluso una simple gua es casi imposible, sobre todo en espaol.

Si has visto en You-Tube el vdeo de un simple coche rodando colina abajo y has intentado hacerlo, vers lo frustrante que SP puede llegar a ser incluso con este sencillo ejemplo cuando veas cmo las ruedas flotan en el aire, cmo el chasis cae hacia abajo o cmo el condenado ni siquiera se mueve.

El objetivo de estas pocas pginas es el de proporcionar un punto de partida para aquel que conozca SketchUp pueda empezar a experimentar con la fsica de los objetos. No se pretende hacer una exhaustiva gua de SP sino ms bien una visin general que te permita comenzar a aprender por ti mismo. Se supone adems que ya tienes una experiencia suficiente con SketchUp antes de empezar con esto.

La versin que utilizaremos ser la 3.2, que te puedes descargar del siguiente enlace: http://code.google.com/p/sketchyphysics/downloads/list

Encontrars las versiones tanto para Windows como para Mac. En el caso de Windows, solo hay que ejecutar el archivo descargado y se autoinstalar (ten cuidado de que SketchUp no se est ejecutando cuando lo hagas.

En Mac, descomprime el archivo zip descargado en Librera Application Support Google SketchUp8 SketchUp Plugins.

2 CONCEPTOS BSICOS

Lo primero que conviene saber es que SketchyPhysics SLO FUNCIONA CON OBJETOS AGRUPADOS.

Si comienzas dibujando un cubo y agrupando todas las partes en un solo objeto, ste ser reconocido por SP, mientras no lo hagas as, el invento no funcionar. El entorno fsico empezar a actuar cuando hagas clic sobre el botn RUN. Lo que vers es cmo el cubo inicia una cada eterna desapareciendo de la pantalla. Para hacer un RESET de la escena, debes pulsar en al segundo botn (el que hay junto a RUN).


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Existen adems una serie de auto-formas proporcionadas en una barra de herramientas que se instala con SP. Estas formas ya estn agrupadas y dispuestas para ser utilizadas. Todo lo que hay que hacer es dibujarlas en nuestro modelo donde queramos.

2.1 ESTADO (STATE) Tras hacer un objeto agrupado, hay dos atributos principales que definir, a los que se accede haciendo clic con el botn derecho sobre el mismo.

La primera opcin es STATE (estado) que hace referencia al comportamiento dinmico del objeto en SP.

Las opciones ms importantes de STATE son:


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IGNORE: El objeto no se mueve y los dems no interactan sobre l, sino que pasan a su travs. Se comporta como un fantasma.

FROZEN: el objeto permanecer en su sitio sin caer hasta que sea golpeado por otro; a partir de entonces, se comportar de acuerdo a las leyes fsicas.

STATIC: El objeto NUNCA se mover, pase lo que pase. Los otros objetos rebotarn sobre l.

NOCOLLISION: Es similar a ignore pero el objeto puede moverse.

En el prximo apartado trataremos la segunda opcin: SHAPE (forma)

2.2 ENVOLTORIO (SHAPE). MODELADO Y COMPORTAMIENTO

La otra opcin de men contextual es la de SHAPE (forma o envoltorio). Otra opcin relacionada con esta es DEBUG; ambas se utilizan juntas.

SHAPE establece la forma en que SP ve al grupo.

El hecho de que hayas agrupado un cubo, no significa que SP lo vea como tal. UTILIZA LA OPCIN SHAPE EN CADA OBJETO QUE CREES PARA SKETCHY PHYSICS!!!

DEBUG: Usa esta opcin para chequear la forma que ve SP. Despus de agrupar un objeto y establecer su forma (shape), selecciona la opcin DEBUG y presiona RUN. SP dibujar un contorno almbrico del objeto TAL Y COMO L LO VE.

Si te fijas en la siguiente figura, vers cada una de las opciones aplicadas al mismo objeto. La realidad que SP utiliza para interactuar con otros objetos es lo que se ve representado como estructura de alambre. Puedes comprobar que la forma que mejor se ajusta al contorno real del objeto es staticmesh; sin embargo, un objeto al que se asigne este tipo de envoltorio ser siempre esttico (sirve para definir la topografa por la que de movern los objetos mviles).


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Tambin hay que tener en cuenta la orientacin del objeto al asignar la forma. As si queremos asignar un envoltorio CYLINDER a una rueda, sta deber estar tumbada. Despus, una vez asignada a CYLINDER, la podemos girar a su posicin. Si no tomas esta precaucin, te puedes sorprender de lo que ves.

Asignacin incorrecta de forma

A este objeto cilndrico se le ha asignado la forma cilindro, pero con la ayuda de la opcin DEBUG, puedes ver la envoltura almbrica que muestra cmo SP piensa que es el objeto. Si cualquier otro objeto interacta con este cilindro, golpear el enrejado negro, no el cilindro que t dibujaste.

Puedes asignar a propsito una forma equivocada a un objeto por diversin. Por ejemplo, si vuelco este cilindro, podr girar como una moneda al lanzarla en un juego de cara o cruz.


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Qu puedes hacer si la forma no se ajusta correctamente? Intenta otra forma. La ESFERA funciona realmente bien para un cilindro corto, aunque lo mejor es ponerlo en posicin horizontal, asignarle la forma cilindro y despus girarlo.

Otra de las formas notables es "CONVEX HULL" (literalmente, cscara), y es exactamente lo que su nombre describe. Envuelve al objeto en una cscara cerrada pero, como veremos a continuacin, tiene algunas limitaciones.

Puedes ver que la forma convex hull construye un envoltorio similar al engranaje de la figura, pero si quieres hacerlo trabajar junto a otro, no lo har.

Es como sin envolviramos el engranaje con papel de regalo; se queda sin la forma de los dientes, por lo que ser imposible que engrane con otro.

El siguiente ejemplo presenta un problema similar. El arco que ves a continuacin, se mecer perfectamente hacia delante y hacia atrs cuando usemos la forma convex hull pero si lanzamos una bola para que ruede por la superficie interior del mismo, rebotar antes de alcanzarla.

Si activamos la opcin DEBUG, vemos como convexhull no soporta figuras cncavas.

No existe una forma estndar que nos solucione el problema. Lo que haremos ser recurrir a..

AGRUPAR GRUPOS: lo que haremos, en lugar de dibujar un arco, ser construirlo a partir de grupos similares a los ladrillos en un edificio y agrupar cada subgrupo junto para formar un arco.

Ahora, la bola caer dentro del arco y adems, este se mecer hacia delante y hacia atrs. Todava se puede perfeccionar si en lugar de dejar cada ladrillo con la forma box (la que SP asigna por defecto), lo construimos como convex hull; la bola rodar ms suavemente.


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La agrupacin de grupos es adems, la nica forma de hacer un agujero en un objeto mvil.

NOTA: puedes hacer un agujero en un objeto utilizado staticmesh, pero entonces, ese objeto no se mover.

3 UNIONES Hasta ahora, slo hemos construido objetos afectados por la gravedad y por colisiones en SP. Ahora, aprenderemos cmo usar uniones para hacer movimientos especficos en nuestros modelos.

Una unin es un tipo especial de objeto agrupado que puede controlar otros objetos en SP.


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Hay una serie de uniones para aadir a tu modelo y cada una de ellas tiene un comportamiento especfico.

Adems, las uniones tienen su herramienta especial para definir sus conexiones: el Conector de Uniones:

Hay tres pasos bsicos para aadir una unin a un modelo:

Aadir una unin para la parte que quieres mover. Hacer un grupo con la parte mvil y la unin (o con la parte fija y la

unin). Conectar la unin a un objeto padre en el modelo.

Estos tres pasos funcionarn para la mayor parte de las uniones en casi todas las ocasiones.

Antes de empezar, hay que dejar clara la terminologa usada en este manual:

CONECTAR UNA UNIN a un objeto implica utilizar el Conector de Uniones.

AGRUPAR un objeto a su unin significa que hacemos con ellos un grupo como otro cualquiera en SketchUp.


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4 EJEMPLO (TUTORIAL) Uno de los conceptos ms difciles de asimilar es el cundo utilizamos una u otra estrategia. Para ello recurriremos a un ejemplo y construiremos un coche que ruede. Si quieres seguir el tutorial, descarga el modelo bsico AQU.

NOTA: El modelo slo contiene las primitivas. Para hacerlo funcionar, debers seguir el tutorial y ponerlas juntas.

Lo primero que hay que hacer es dibujar un cuerpo simple como el de la figura y agruparlo .

Despus, crearemos una rueda y la agruparemos.

Ajustar la forma de la rueda a convex hull o a esfera y hacer tres copias de la misma. Tambin podemos dibujarla en posicin horizontal, ajustarla a cylinder y despus rotarla a su posicin. Una vez hecho esto, haremos tres copias.

Ahora es un buen momento para hacer un debug de las ruedas y del chasis para estar seguros de se les ha asignado la forma correcta.

Despus, moveremos las ruedas a su sitio. Es fcil moverlas si se las dibuja con alguna referencia del centro (es por eso por lo que se han dibujado en cuatro secciones en lugar de con un crculo slido).


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Ahora procederemos con las uniones y su agrupamiento para que esto funcione. Recuerda los tres pasos mencionados antes; comenzaremos con el paso uno:

I. Aadir una unin para la parte que quieres mover.

Usaremos una unin de tipo HINGE (eje) en cada rueda para hacerla girar. Sita una de estas uniones en el centro de la primera rueda y sita el eje. Es un paso con dos clics. El primer paso sita la unin y el segundo ajusta el eje dependiendo de a dnde muevas el cursor.

II. Crea un grupo con la parte mvil y la unin.

Agrupando la rueda y la unin, los haremos comportarse como una pieza, pero no girar hasta que definamos un objeto padrepara ella en relacin al que girar.

III. Conexin de la unin a un objeto padre en el modelo.

Usando la herramienta conector de uniones, conectamos el eje de la rueda al chasis. Para ello, hacemos clic en el icono de la herramienta y despus en el eje; mantenemos pulsada la tecla Ctrl (Alt en Mac) y hacemos clic en el chasis. Una vez hecho esto, volvemos a pulsar en el icono del conector de uniones.


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Haciendo esto, asignamos el eje al chasis y girar en relacin a ste. Como la rueda est agrupada al eje, girar a la vez que ste. Se repetir el proceso para las tres ruedas, teniendo en cuenta que no podemos copiar el eje a las otras tres ruedas, sino que hay que crear uno nuevo para cada una.

Como norma, no copies uniones, porque lleva a resultados inesperados.

Ahora es el momento de probar nuestro coche. Si hacemos clic en el icono de PLAY, el coche caer hacia abajo. Nos hace falta un suelo en el que descanse nuestro vehculo. Puedes hacer un plano y asignarle la forma de STATIC MESH o puedes usar la auto forma SOLID FLOOR para hacerlo con un solo clic.

Ejecuta la aplicacin y podrs tirar del coche con las ruedas girando cuando se mueve.

A partir de ste punto las opciones son varias. Podras hacer que una de las uniones fuera un motor en lugar de un eje libre, con lo que el coche se movera por s mismo, o podras dar pendiente al suelo con lo que el coche se movera cuesta abajo. INTENTA T REPRODUCIR UNA SITUACIN SIMILAR A LA DE LA FIGURA SIGUIENTE.


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Si quieres ir ms all y aadir marcha atrs y direccin, continuaremos con la configuracin avanzada de uniones.

5 VENTANA INTERFAZ DE USUARIO (UI) Ahora que hemos aprendido los conceptos ms bsicos de SP, veamos algunas de las caractersticas ms avanzadas de que disponemos.

En la barra de herramientas de SP veremos un icono con las letras UI; se trata de la ventana del interfaz de usuario (User Interface) de Sketchy Physics (UI).

El UI contiene informacin y controles ajustables relacionados con el objeto seleccionado en el modelo. Cada vez que seleccionamos un objeto en el modelo, esta ventana muestra las propiedades generales del mismo. Esto es particularmente til cuando examinamos las propiedades de las uniones.

El UI contiene informacin y controles ajustables relacionados con el objeto seleccionado en el modelo. Cada vez que seleccionamos un objeto en el modelo, esta ventana muestra las propiedades generales del mismo. Esto es particularmente til cuando examinamos las propiedades de las uniones.

Si nos detenemos en la parte inferior de la ventana UI, veremos una serie de tems bajo el ttulo STATE.


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Como ejemplo, con showcollision tenemos algo similar a la opcin debug solo que en lugar de mostrar una envoltura almbrica del objeto slo en su posicin inicial, sta es visible a lo largo de todo el movimiento. As, podremos ver cmo y cundo los objetos chocan entre s y no slo cmo son al inicio.

Otras opciones:

Ignore: el objeto se comportar como si fuera un fantasma. Los dems objetos pasarn a su travs como si nada.

Frozen: el objeto permanece esttico hasta que es golpeado por otro.

Static: El objeto permanece quieto todo el rato. Los dems objetos rebotarn contra l.

Staticmesh: se utiliza para modelado de superficies que acten como suelo por el que se desplazan los objetos.

En la zona superior del UI, vers numerosos ajustes para uniones como: min, max, accel, damp (rozamiento) y controller. Primero selecciona una unin y despus utiliza estos ajustes para mejorar el control sobre ella.

Estas opciones dependen del tipo de unin seleccionada. Algunos, todos o ninguna de estas opciones pueden estar disponibles en funcin del tipo de unin.

Para ver lo potente que puede llegar a ser la UI, empecemos con un simple eje de giro (hinge joint) y veamos qu clase de modificaciones le podemos hacer. Por medio de la UI, podemos hacer que se comporte como un servo, o incluso como un motor personalizado con capacidad de girar hacia delante o hacia atrs.

Comencemos creando un modelo simple con un eje como ejemplo. En el molino de la figura siguiente, las aspas giran sobre un eje que vamos a controlar.

(Descarga el modelo AQU)


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El eje est agrupado a las aspas y conectado a la base. Si lo seleccionamos y abrimos la ventana UI, veremos las opciones del mismo.

Los primeros ajustes que podemos ver son los de Max y Min, mediante los que podemos asignar un rango de movimientos al eje. En un eje normal, los ajustes por defecto son ambos de cero; en este caso, el eje gira 360 como una rueda loca.

Si cambiamos estos ajustes de Min y Max a -90 y 90 respectivamente, el giro estar limitado a 90 en cada direccin desde el punto de inicio (esto podra ser til, por ejemplo, en una puerta). Por ahora, dejaremos los ajustes por defecto.

Otros dos parmetros que podemos modificar son Accel y Damp. Si asignamos al primero un valor de 1.0, veremos como las aspas acelerarn y adquirirn una velocidad cada vez mayor. Con Damp, actuamos sobre el rozamiento. Si asignamos un valor de 0.2 al mismo, las aspas acelerarn hasta alcanzar una velocidad determinada de forma que, mientras mayor sea el valor asignado al parmetro damp, menor ser la velocidad estable alcanzada. Hemos convertido un eje simple en un MOTOR (una diferencia entre MOTOR y HINGE, es que el primero solo puede girar en una direccin mientras que el segundo puede girar en las dos direcciones).

Lo prximo que miraremos es la lnea Controller. En ella podremos, por ejemplo nombrar una unin.

Para un eje, sta lnea est vaca por defecto. Normalmente, un eje no necesita ningn tipo de control.

Siempre que ejecutamos una animacin en Sketchy Physics, aparece un panel de control. Este panel contiene todas las uniones con nombre que haya en el modelo.

Si ejecutramos la animacin ahora, el panel de control aparecera en blanco. Todava no le hemos asignado a nuestro eje un controlador.

Una vez que asignemos un nombre al eje, aparecer en el panel de control al iniciar la simulacin. Lo vamos a convertir en un servo con el nombre ASPAS. Si escribimos en la lnea controller slider(aspas), al presionar RUN, el panel de control nos mostrar un deslizador para controlarlo. Ya no se comportar como un eje libre.


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Si movemos el deslizador hacia la derecha o hacia la izquierda, el eje girar en esa direccin. Si volvemos a poner -90 y 90 en min y max respectivamente, limitaremos ese giro a 90 en cada sentido. Hemos creado un servo. Podra ser til, por ejemplo para mover el volante de un coche.

Si combinamos lo visto anteriormente con los parmetros accel y damp y la lnea controller, podremos hacer que las aspas giren en las dos direcciones. Mientras ms lejos llevemos el deslizador, ms rpido giarn las aspas.

NOTA: En este ejemplo de utilizacin del UI, el eje es ms un hbrido que un motor real. Si movemos el deslizador medio camino en cualquier direccin, el eje intentar actuar como una especie de mezcla entre servo y motor. Cuando el deslizador se desplaza hasta el extremo, actuar como un motor real. Si necesitas precisin, utiliza la unin apropiada (un motor o un servo).

Otra cosa interesante que podemos hacer es utilizar el valor de la lnea controller para asignar el mismo nombre de controlador a mltiples uniones. Haciendo esto, se pueden controlar muchas uniones con un solo controlador (por ejemplo, las direccin de las dos ruedas del coche; podemos hacer que giren las dos ruedas y el volante con un nico deslizador).

Ahora que ya conoces los conceptos bsicos de la UI, continuaremos aadiendo control de direccin y marcha adelante y atrs al coche de nuestro ejemplo.


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6 MS USOS AVANZADOS DE UNIONES Ya que tenemos algn conocimiento acerca de la UI, la utilizaremos para ponerle a nuestro coche marcha adelante y atrs y direccin.

Si queremos que el coche se mueva, podemos reemplazar los ejes por motores. Esto hara girar las ruedas, pero solo en una direccin. Si queremos que giren en ambas direcciones, modificaremos las propiedades de nuestros ejes mediante la interfaz de usuario.

(Puedes descargar el modelo AQU para seguir con el manual) Comenzaremos seleccionando uno de los ejes traseros y ajustando el valor de accel en la UI a uno y el de damp a 0.5. Esto le permitir girar por s solo. Despus escribiremos en la lnea Controller lo siguiente: slider(drive).

Repite los mismos pasos para la otra rueda. Asegrate de asignar en Controller el mismo nombre que el del otro eje (drive) para que trabajen juntos con un deslizador.

Prueba el modelo ahora. Utiliza el deslizador drive y comprueba que las ruedas giran en la misma direccin. Si una rueda gira en la direccin opuesta que la otra, usa la herramienta rotar para darle la vuelta a uno de los ejes.


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NOTA: NO USAR el comando del men contextual dar la vuelta pues es posible que el modelo no funcione con SketchyPhysics. Rotar siempre un eje utilizando las herramientas mover o rotar!.

En la figura siguiente rotamos un eje para hacerlo girar en la misma direccin que la rueda del otro lado.

Prueba otra vez el modelo y asegrate de que las ruedas giran en la misma direccin. Mueve el deslizador hacia izquierda y derecha. Ahora deberas tener marcha hacia delante y hacia atrs en tu coche. Si el coche se descontrola o las ruedas no giran de manera uniforme, juega con los ajustes del parmetro damp o baja el valor de accel.

Ahora trataremos sobre la direccin del coche. Esto es un poco ms complejo que la traccin puesto que debemos aadir algunos elementos ms al modelo e incluso nuevas uniones.

El concepto bsico consiste en situar un objeto entre las ruedas y el chasis que pueda rotar horizontalmente. La forma ms fcil es aadir un par de bloques al frontal del coche.

Estos bloques son grupos SEPARADOS. NO forman parte del chasis o de las ruedas, y son independientes entre s.

El prximo paso es aadir un servo a cada bloque. Agruparemos cada uno de estos servos con su bloque y despus usaremos el conector de uniones para asociar cada servo al chasis.


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Ahora necesitamos utilizar el UI para dar a los servos de direccin el comportamiento que queremos. Ajusta el min y el max de cada servo a -45 y 45 para limitar su movimiento. Adems, asignaremos a cada uno el mismo nombre para su controlador (por ejemplo, direccin) para que trabajen juntos; pondremos en la lnea correspondiente a controller: slider(direccin).

El siguiente paso es hacer que las ruedas se muevan con los bloques de direccin. Utilizaremos el conector de uniones para romper la conexin que tenan las ruedas con el chasis (usando SHIFT) y haremos una nueva conexin a su bloque de direccin (usando CTRL en Windows o ALT en Mac).

Lo ltimo que hay que hacer es modificar el chasis para que las ruedas tengan algn espacio para girar (pasos de rueda).

Aqu mostramos una forma de hacerlo:

Si te quieres ahorrar parte del trabajo, descarga el modelo desde AQU (el trabajo est sin acabar; acbalo t mismo)

Observa que el chasis est ahora formado por dos objetos agrupados juntos: el cuerpo principal y la nariz. Si hubiera utilizado la herramienta empujar-tirar para rebajar los pasos de rueda y hubiera dejado slo un objeto, SP lo vera como


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una caja rectangular y las ruedas chocaran con l, con lo que el coche no podra girar.

Puedes utilizar la opcin showcollision en el UI para ver la forma real de tu chasis hasta que trabaje correctamente.

Un inconveniente de cambiar el objeto original a otro formado por dos grupos es que al reagrupar las dos partes se pierden las conexiones de las uniones que habamos hecho anteriormente, por lo que habr que redefinirlas.

Este es el punto en que a menudo la gente se frustra con el modelo porque las cosas no funcionan como deberan y los objetos se caen. Veamos algunas razones posibles de estos fallos.

7 Cuando las cosas van mal Calma, utiliza debug o show collision y examina las conexiones de las uniones.

Sigue los siguientes pasos para solucionar los problemas en un modelo testarudo:

Siempre que explotes un grupo, o agrupes un grupo existente con otro objeto (incluso una unin), las uniones que haba originalmente conectadas a l se rompern.

Si las cosas no se mueven como debieran o parece que las uniones estn forzadas, probablemente estarn atascndose contra algo (quizs algo invisible). Utiliza debug en tu geometra.

Si las partes unidas se caen del modelo, debes rehacer las conexiones de uniones.

Cuando todo eso falla, se puede probar borrando una unin completamente y reemplazndola por una nueva.

If you want to reference the finished model, it can be found HERE. Un consejo para cuando pruebes el modelo:

Despus de presionar RUN, y antes de comenzar a mover el coche, haz clic con el botn derecho sobre el coche y selecciona la cmara en follow. As no se te ir el coche fuera de la pantalla.

El coche todava est lejos de estar completo. Las uniones necesitan ser ajustadas (accel, damp, etc.). Ya tienes las herramientas necesarias para hacerlo.

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