C4D通过python导入外部.txt文件数据驱动物体

最近做了一个粒子动画，需要把关键帧数据导入C4D中去渲染。国内不好找这方面的资源，有点资源也收费，希望这个工作对相关人员有帮助。根据C4D官方网发布的SDK案例 URL（https://github.com/PluginCafe/cinema4d_py_sdk/tree/824760b6aa2e6405f17b92a128ddba4f3c43ea70)）。参照其中有一个做了一个导入关键帧动画数据，用python脚本导入非常方便。该案例如下图1所示：

图1 下载的案例文件

该案例中粒子动画过程如下图2：

图2 案例动画效果

该案例中，粒子的坐标与方向是在python中写好函数生成， 其python脚本如下Code1：
code 1:

#Boids for Py4D by smart-page.net
import c4d
import math
import random

#environment
minx = -2000
maxx = 2000
miny = 1000
maxy = 3000
minz = -2000
maxz = 2000

#boids params
boids_number = 100
target_maxspeed = 60
boid_maxspeed = 50
boid_distance = 200

frame = None
rand = None
target = c4d.Vector()
targetvec = c4d.Vector(0)

bpos = None
bvel = None

def main():
global tp
global doc
global frame
global bpos
global bvel

frame = doc.GetTime().GetFrame(doc.GetFps())
if frame==0:
tp.FreeAllParticles()
tp.AllocParticles(boids_number)

lt = c4d.BaseTime(1000)

bpos = []
bvel = []

for i in tp.GetParticles():
tp.SetLife(i, lt)

bpos.append(tp.Position(i))
bvel.append(tp.Velocity(i))

moveboids(i)

set_target()
movetarget()


def set_target():

v = c4d.Vector()

for x in bpos:
v +=x

v = v / len(tp.GetParticles())

op[c4d.ID_USERDATA, 1].SetRelPos(v) def moveboids(c):

bvel[c] += rule1(c) + rule2(c) + rule3(c) + rule4(c)
bvel[c] = limitspeed(bvel[c], boid_maxspeed)

tp.SetVelocity(c, bvel[c])

vel=bvel[c].GetNormalized()

side = c4d.Vector(c4d.Vector(0,1,0).Cross(vel)).GetNormalized()
up = vel.Cross(side)
m = c4d.Matrix(c4d.Vector(0), side, up, vel)

tp.SetAlignment(c, m)
tp.SetPosition(c, bpos[c] + bvel[c])


def rule1(c):

v = c4d.Vector()

for i, b_pos in enumerate(bpos):
boid_pos = bpos[c]

if b_pos == boid_pos:
continue

v += boid_pos - b_pos

v /= len(tp.GetParticles())

return (bvel[c] -v) / 100


def rule2(c):

d = 0
k = 0

for i, b_pos in enumerate(bpos):
if (b_pos - bpos[c]).GetLength() k += 1
pos = bpos[c]
dif = (pos - b_pos)

if dif.GetLength() >= 0:
dif = math.sqrt(boid_distance) - dif
elif dif.GetLength() <0:
dif = -math.sqrt(boid_distance) - dif

d += dif

if k == 0: return

return bvel[c] - d / 4


def rule3(c):

v = c4d.Vector()

for i in bpos:
v += bvel[c]

v /= len(tp.GetParticles())

return bvel[c] + v / 30


def rule4(c):

return (target - bpos[c]) / 100


def movetarget():

global target
global targetvec

rand = random.Random(1)
rand.seed(frame)

if target.x targetvec.x += rand.random() * target_maxspeed
targetvec.y += rand.random() * target_maxspeed
targetvec.z += rand.random() * target_maxspeed

if target.x > maxx or target.y > maxy or target.z > maxz:
targetvec.x -= rand.random() * target_maxspeed
targetvec.y -= rand.random() * target_maxspeed
targetvec.z -= rand.random() * target_maxspeed

targetvec = limitspeed(targetvec, target_maxspeed)

target += targetvec


def limitspeed(v, speed):

if v.GetLength() > speed:
v = v*(speed / v.GetLength())

return v


当然我不需要这些函数，粒子的位置与方向数据从外部txt文件导入。我的数据已经通过opengl计算好，记录成文本文件。文件格式内容示例如下图3所示：
图3 外部数据

图3中每一帧中有多行数据，每一帧的第一行是提示文字用来表示第几帧，后续每一行数据赋给一个粒子。一行数据有6个，前3个为坐标、后3个为方向。现在只需将文件导入，并分析出每一帧中的数据，将每一帧中每一行数据分别赋给粒子。将案例中的代码修改，并得到下面的示例代码Code2：
code 2:

# Boids for Py4D by smart-page.net
import c4d
import math
import random
# boids params
boids_number = 100 #粒子数量
currentframe = None #当前动画帧
frame_step = boids_number+1 #导入的文件中每一帧的数据，+1是把"frameX"这一行也算上
frame_total = 0
def main():
global tp
global doc
global currentframe
currentframe = doc.GetTime().GetFrame(doc.GetFps()) #获取当前帧
if currentframe == 0:
tp.FreeAllParticles()
tp.AllocParticles(boids_number) #生成粒子
lt = c4d.BaseTime(1000) #粒子的生命
filename = op[c4d.ID_USERDATA, 2] #读入的数据，本文后面解释如何添加该数据
with open(filename, 'r') as fn: # 分析打开的外部文件
lines = fn.readlines()
frame_total = int(len(lines) / frame_step)
frame = 0
i=1
for frame in range(frame_total):
if frame == currentframe:
t_lines = lines[frame * frame_step:frame * frame_step + frame_step - 1] #以frame_step为步长提取每一帧的数据。或许还有更好的方法，暂时没去优化。
if i == tp.GetParticles():
i=1
for line in t_lines:
if line == t_lines[0]: #将每一帧的第一行提示文字过滤掉。
print(line)
continue
else:
x, y, z, dx, dy, dz = line.split()
#print(x, y, z, dx, dy, dz)
pos = c4d.Vector(float(x), float(y) , float(z)) #粒子的坐标
vol = c4d.Vector(float(dx) , float(dy), float(dz) ) #粒子的方向

tp.SetLife(i, lt) # set life time for particle i

vel = vol.GetNormalized() #下面几行是将方向向量作用到粒子
side = c4d.Vector(c4d.Vector(0, 1, 0).Cross(vel)).GetNormalized()
up = vel.Cross(side)
m = c4d.Matrix(c4d.Vector(0), side, up, vel)
tp.SetAlignment(i, m)

tp.SetPosition(i,pos) # set postion(x,y,z)
#tp.SetVelocity(i,vol)
i=i+1
c4d.EventAdd()
if __name__=='__main__':
main()


文件导入时只需在C4D中添加文件，如下图4：

图4 添加的外部文件

具体添加过程如下：
1）选中python标签，如下图所示。

2）然后，进入用户数据管理器，如下图所示。

3）接着，增加一个data，如下图所示。

4）在数据类型（Data Type）中选择“Filename”，如下图所示。

5）保存。然后，去选择电脑上txt文件。如下图所示。

6）最关键一步，鼠标左键按住托动data到python脚本中，将数据赋给一个变量。如下图中所示，外部数据源赋给了变量filename。

7）最后，渲染的结果展示。
用昆虫构成快速奔跑的马：

昆虫构成猛犸象：

昆虫构成鲨鱼

终于发表了论文（欢迎引用，谢谢）：
Chen Q, Luo G, Tong Y, et al. Shape‐constrained flying insects animation[J]. Computer Animation and Virtual Worlds, 2019: e1902.
论文DEMO：https://www.youtube.com/watch?v=4SfVb3ZEQAw

C4D 开发人员支持文档URL（Python: https://developers.maxon.net/docs/Cinema4DPythonSDK/html/index.html）。

TP particle 开发文档参见：https://public.niklasrosenstein.com/cinema4d/docs/python/R13.058/modules/c4d.modules/thinkingparticles/TP_MasterSystem/index.html。

That’s all. 希望对相关人员有帮助。