Род птиц включает в себя всех пернатых - от певчих до хищных, от орлов до гусей, даже непластичные розовые фламинго относятся к нему. Всех их роднит одно: у них есть крылья. Человек изучал птиц тысячелетиями, чтобы овладеть секретом полета. Если вы хотите смоделировать летящих птиц, которые выглядели бы вполне естествен но, то прихватите бинокль и отправляй тесь в горы. Термин наблюдатель за птицами означает именно это.
Рис. 3.14 Упрощенная картина полета, использовав шаяся ранее в мультипликации. Эту схему можно применять для имитации вполне реалистично го полета.
а б
в
г
Первые анимационные изображения птиц, созданные на заре мультиплика ционного кино, использовали четыре основные позиции крыльев, цикличес ки сменявшиеся во время полета. Очевидно, что две из них - это крайние положения крыльев, поднятых вверх и опущенных вниз (см. рис. 3.14). Однако промежуточные положения крыльев отнюдь не столь просты. Если первая позиция начиналась с поднятых вверх крыльев, то во второй позиции крылья должны были располагаться горизонтально. Но поскольку художники-аниматоры стремились придать движению гибкость и показать его стремительность, крылья выгибались так, чтобы их кончики были направле ны слегка вверх. Таким образом подчеркивалась задержка движения концов крыльев во время нисходящего взмаха. В третьей позиции крылья находятся в нижнем положении, однако их кончики все еще слегка вывернуты наружу, демонстрируя сопротив ление воздуха движению крыльев вниз. Четвертая позиция крыльев обознача ет изменение направления взмаха. Эти четыре положения крыльев дают вполне реалистичную картину полета, хотя и достаточно схематично. Если же вы хотите, чтобы движения трехмерной модели были по-настоящему плавными, следует учесть особенности структур ной анатомии реального полета птиц (см. рис. 3.15).
Строение настоящих крыльев сложнее их изображений со сплошной однородной поверхностью из мультипликацион ного кино. Наружная поверхность крыла птицы изогнута так, чтобы поток воздуха легко скользил по оперению при восходящем движении крыльев. На самых кончиках крыльев перья расходят ся подобно растопыренным пальцам. Естественно, что в мультфильмах многие птицы используют эти перья в качестве рук, напоминающих человеческие. Наличие промежутков между концами маховых перьев позволяет воздуху свободно проходить сквозь них, уменьшая столь простым способом завихре ния воздуха, возникающие на концах крыльев при их движении вверх и вниз.Когда происходит взмах крыла вверх, оно разворачивается навстречу воздушному потоку. Напор воздуха помогает подъему крыла в верхнее исходное положение. Движение вниз
Рис. 3.15 Крыло птицы немного изогнуто в местах, соответствующих вашему локтю и кисти. Для уменьшения сопротивления воздуха крыло искривлено внутрь по направлению от локтя к телу птицы
Рис. 3.16 На этой фотографии птицы в полете показан взмах крыла вперед в процессе нисходящего движения
Copyright © David Goodnow 1992
является наиболее важной фазой махового полета. Когда крыло движется вниз, оно благодаря своему изгибу загребает воздух, и птица толкает себя вперед.
В полете крыло не просто бьется вверх и вниз. При восходящем взмахе оно движется вверх и назад, а при нисходящем - вниз и вперед с наклонен ным книзу ведущим краем, как показано на рис. 3.16. Такое усилие заставляет массу воздуха, расположенного ниже и позади крыльев, двигаться назад и позволяет птице отталкиваться от этой воздушной массы вперед. Как правило, в процессе этого нисходящего движения крылья бывают расправле ны и движутся мощно и медленно.
Движущееся крыло птицы в чем-то похоже на пропеллер самолета. Действи тельно, внешняя, начинающаяся от кисти половина крыла иногда ассоцииру ется с пропеллером. Крыло не делает такого же полного оборота, как пропеллер, однако во время взмахов крыла при движении его внутренней части вверх и вниз кончик крыла действи тельно описывает полукруг. Подобное пропеллеру действие крыла может переключаться с толкающего на тормозящее - у пропеллера это называется реверсом. Данное явление чаще всего наблюдается в момент приземления птицы. Когда крылья идут вверх, реверсивное движение замедляет ее спуск, обеспечивая плавное приземление на лапки.
Рис. 3.17 Гусь - это сравнительно простой для изучения летающий объект, так как медленный взмах его крыльев позволяет легко рассмотреть все стадии движений а
б
в г
Для изучения движений крыла часто выбирают гуся, потому что его крылья длинные, а машет он ими довольно медленно, что облегчает наблюдение за техникой полета. Набор фотографий, представленных на рис. 3.17, взят из замечательной серии, сделанной Давидом Гудноу (David Goodnow).
■ На первой фотографии крылья находятся в верхнем положении, они готовы начать движение вниз.
■ На второй фотографии крылья развернуты в стороны, причем толчковое движение маховых перьев подает конец крыла вперед так, что он практически выравнивается с передним краем крыла.
■ На третьей фотографии гусь поднимает кисти над своим телом так, что кончики крыльев переносятся внутрь, ближе к телу.
■ На четвертой фотографии гусь завершает взмах резким перемеще нием кистей и их разворотом, раскрывая веер основного оперения и приготавливаясь к последующему движению крыла вниз.
Рис. 3.18 Необычное положение утки в момент начала нисходящего взмаха крыльев - это результат приспособления крыльев к форме и размеру тела
Некоторые птицы имеют необычное расположение крыльев, приспособлен ное к форме или размерам их тел. Иногда, когда утка начинает взмах крыльями вниз, кажется, что она вращается в воздухе. Если посмотреть на нее в этот момент спереди, можно заметить, как она в целях сохранения равновесия наклоняет свое тело вправо и переносит голову влево. Оба крыла оказываются сдвинутыми в правую сторону (см. рис. 3.18).
В технике полета птиц есть один важный момент, который нужно запомнить. Тело птицы немного сдвигается вверх при каждом нисходящем взмахе крыла в результате усилия, с которым крыло давит на воздух. Когда крыло поднимается, тело птицы опускается. В результате во время полета тело птицы совершает периодические движения вверх и вниз, как показано на рис. 3.19.
У птиц с большой и длинной шеей, таких, как лебедь или пеликан, в полете может дополнительно наблюдаться перемещение головы вперед и назад. Их шея и голова вытягиваются вперед при взмахе крыльев вниз и возвращаются в исходное положение, когда крылья поднимаются.
Колибри отличаются от всех остальных птиц. Их крыло работает как одно целое, подобно лопасти пропеллера, и может полностью разворачиваться вперед и назад. Это позволяет колибри перемещаться вверх и вниз, назад и вперед, быстро лететь или зависать на одном месте. Суставы такого крыла работают по принципу шарнирного соединения. (Крыло этой птицы колеблется настолько быстро, что его движения не видны невооруженным глазом. В связи с этим вы можете легко выполнить имитацию такого движения в компьютер ной модели, используя полупрозрачный
Рис. 3.19 Тело птицы в полете движется вверх и вниз в результате маховых движений ее крыльев
Рис. 3.20 Перо птицы представляет собой стержень с чешуйчатыми отростками, прикрепленными подобно зубчикам гребенки
Учитывайте при моделировании: чем больше птица, тем медленнее ее движения и тем сильнее вертикальные смещения ее тела. Чем меньше птица, тем быстрее ее движения и тем меньше толчки, перемещающие ее тело вверх-вниз.
материал, несколько промежуточных положений крыла и эффект смаза движений.)
Хотя строение крыльев птиц само по себе достаточно совершенно, крылья были бы абсолютно бесполезны без перьев. Перья изгибаются и поворачива ются во время полета, компенсируя действие потоков воздуха и воздушного давления. Каждое из маховых перьев крыла представляет собой длинный трубчатый стержень с чешуйчатыми отростками, отходящими в стороны подобно зубчикам гребенки. Чешуйчатые отростки прикреплены к древку пера под углом, создающим их наклон по направлению к концу пера. Это позволяет перу распластываться, делаясь шире, когда это необходимо (см. рис. 3.20).
Каждая группа перьев выполняет определенные функции и управляется расположенными под поверхностью кожи мышцами и мембранами. Чешуя рыб или мех животных не могут
Совет перемещаться с помощью аналогичных мышц, поэтому наличие перьев, являющихся плодом длительной эволюции, создает птицам значительные преимущества в полете.
Перья хвоста - это другая важная часть тела птиц, которую мы обсудим ниже. Перья хвоста управляются мышцами, способными двигать эти перья вверх и вниз, а также распускать и складывать хвост подобно вееру. Когда птица складывает свой хвост, ее центр тяжести смещается назад, и она взлетает вверх. Если птица раскрыва ет хвост, центр тяжести смещается вперед, и она опускается. Взгляните на птицу, пришедшую поклевать из своей кормушки. Она раскрывает свой хвост, как при приземлении, работая им практически так же, как и при торможении в воздухе. В полете птица пользуется хвостом для сохранения равновесия и для управления полетом.
Перед началом конструирования трехмерной модели птицы важно определить ее размер и породу. Большие, статные птицы, например орлы, имеют длинный, плавный взмах крыльев в отличие от резкого и короткого взмаха воробья. Маленькие птицы порхают по небу, тогда как большие движутся плавно.
Калифорнийские кондоры, подобно всем древним планирующим птицам, вынуждены дожидаться появления порывов ветра для того, чтобы взлететь с земли, либо использовать в качестве стартовой площадки крутой обрыв. После взлета они расправляют свои трехметровые крылья и парят, опираясь на восходящие воздушные потоки, поднимающиеся от нагретой земли. Неудобства такой зависимости от ветра и температуры очевидны, в случае голода или опасности это может привести к катастрофе.