Hvad er invers kinematik?

Der er to hovedmåder at udgøre en kæde af knogler:

“Forward Kinematics” (FK) er den normale måde at manipulere en knoglekæde på, baseret på forhold mellem forældre og barn. Du skal rotere hver knogle individuelt.

Inverse Kinematics (IK) er en anden måde, hvor bevægelsen af kæden bestemmes af en “mål” knogle (og eventuelt en “pol mål” knogle) i stedet for normale forhold mellem forældre og barn. Dybest set placerer du enden af kæden, og IK-opløseren beregner, hvad resten af knoglerne skal gøre for at få det til at ske.

Hvorfor har vi brug for den omvendte kinematiske begrænsning i rigning?

Vi har ikke brug for det, det gør livet bare nemmere. Ofte meget lettere.

Hvornår skal jeg bruge det?

I enhver situation hvor du har brug for enden af benkæden for at være et bestemt sted – som tegn, der griber noget eller foden på gulvet, mens du går.

Hvad gør det med ankeret?

Roterer kædens knogler på plads i henhold til de to kontrolknogler (mål, pol).

Originalartikel: Oversigt over invers kinematik

Dig Har sandsynligvis hørt om invers kinematik. IK er et populært værktøj inden for blender og computergrafik, men hvis det er første gang, du prøver at oprette eller bruge et invers kinematiksystem, vil du måske have flere detaljer. Jeg vil forklare, hvad IK er, definere ordforrådet og gennemgå anvendelserne.

Hvad er det nødvendige ordforråd for at forstå IK?

Før vi kommer ind i hjertet af IK , skal vi definere noget IK-relateret ordforråd. IK er en metode, der anvendes på en leddelte krop. Hvad er en artikuleret krop?

Artikuleret krop

En artikuleret krop kan repræsentere de fleste animerede kroppe såsom mennesker og dyr med skelet. Kort sagt, en leddet krop er et træ af sammenkædede kæder. De sammenkædede kæder består af samlinger og led, hvor et led er en stiv cylinder.

Figur 1: Human artikuleret krop

Selv det enkle legetøj i ovenstående forsidebillede repræsenterer en artikuleret krop. Det mangler bare albue- og kneleddet.

Typer af led

Hvad angår leddene er der to typer. Den første type led er en revolutled. Det er forbundet til et link, der roterer omkring det. Figur 2 viser et revolutfuger.

Figur 2: Revolute Joint

En revolute joint er meget lig den midterste pin på et ur – med en urhånd som et link.

Urets guldstift er en revolutforbindelse. Et prismatisk led er et led, således at det forbundne link oversættes fra leddet for at udvide / forkorte leddet. Figur 3 viser en prismatisk samling.

Figur 3: Prismatisk led

Et prismatisk led fungerer ligesom at forlænge / trække længden af det udtrækkelige håndtag på din bagage ud. Hvis du ser nøje, har det udtrækkelige bagagehåndtag 4 prismatiske samlinger. 2 prismatiske samlinger halvvejs ned i håndtaget og yderligere 2 prismatiske samlinger helt ned i håndtaget øverst på bagagen.

Hvis du er forvirret af prismatiske samlinger, skal du ikke bekymre dig. De bruges ikke så ofte i invers kinematik, og som du måske kan fortælle, har ingen mennesker prismatiske led – kun revolverled. Hierarkisk struktur

En artikuleret krop har en rodfuger. Rødleddet er bunden af strukturen. Rødleddet for en humanoid er normalt centrum af hofterne. Den leddelte krop er dannet af et træ af led og led, der starter ved rodfugen. Et nyt led og led ligner en ny gren på et træ. Et indbygget led / led er et led / led, der er tættere på rodfugen inden i træhierarkiet i det leddelte legeme, da det vedrører givet led / led. Et udenbords led / led er et led / led, der er længere væk fra rodfugen inden i træhierarkiet i den leddelte krop. I figur 4 er led A rodfoden, led 1 er led Bs indenbords link, link 2 er led Bs påhængsforbindelse.

Sluteffekt

En sluteffektor er en position ved den mest påhængende position for det mest påhængende link.Det er den frie ende af kæden med vekslende samlinger og led. Sluteffektoren er ikke en ledd. Endeeffektoren er blot positionen ved enden af et leddelt legeme. En artikuleret krop kan have flere sluteffektorer, ligesom et binært træ kan have flere blade.

Figur 4: Sluteffektoren er repræsenteret af en grøn cirkel.

Artikulationer og udgør

En artikulation er en rotation / translation af et led, der bevæger et forbundet link. For eksempel, i figur 5, har led A en artikulation på 45 °, fælles B har en artikulation på 15 °, og fælles C har en artikulation på -60 °. På den anden side er en pose et sæt fælles artikulationer, som resulterer i positionering af det leddelte legeme. Med andre ord er stillingen en vektorværdi af i stedet for en skalær værdi. For eksempel i figur 4 er stillingen af det leddelte legeme < 45 °, 15 °, -60 °>.

Figur 5: Leddet krop med A som rodfuger

Hvad er fremad kinematik?

Før vi kan komme ind på, hvad invers kinematik er, er vi nødt til at finde ud af, hvad fremad kinematik er. Den fremadgående kinematikfunktion / algoritme tager stilling som input og beregner sluteffektorens position som output. Fremad kinematik er den omvendte funktion af invers kinematik. Med Forward Kinematics er du nødt til at definere hele artiklenes stilling for at give funktionen / algoritmen poseinput. Dette betyder, at du skal definere artikulationen af hver led i den leddelte krop. Dette kan være fint, hvis du har et lavt antal led, men med et stort antal samlinger har det tendens til at være kedeligt.

Forestil dig nu, om du vil have afslutningen effektor af din leddelte krop for at nå en bestemt målposition. Dette betyder, at du kender sluteffektorpositionen, som du gerne vil målrette mod, men du ved ikke, hvad den artikulerede krops stilling skal være for, at sluteffektoren når denne målposition. Det er her, invers kinematik skinner!

Figur 6: Målpositionen er repræsenteret af en rød cirkel. Målpositionen er defineret som input, og den resulterende stilling, der kræves for, at sluteffektoren når målpositionen, er output.

Invers kinematik er den inverse funktion / algoritme for fremad kinematik. Fremad-kinematikfunktionen / algoritmen tager en målposition som input og beregner den stilling, der kræves for, at sluteffektoren når målpositionen – stillingen er output.

Som du kan se, er input og output skiftes mellem FK og IK. Med invers kinematik behøver du ikke at definere hele en artikuleret krops stilling – dette beregnes for dig af IK-algoritmen. Med IK behøver du kun definere en position som input.

Invers Kinematics gør alt det udfordrende beregningsarbejde med at beregne, hvad stillingen er. Figur 6 repræsenterer denne brønd. I Before Scene er der en artikuleret krop med en eller anden kendt stilling. Det definerer en målposition for sluteffektoren at prøve at nå. Når først IK-algoritmen er anvendt på den leddelte krop, er vi nået til After Scene. After Scene viser, at en ny stilling er beregnet, således at sluteffektoren nu er på målpositionen.

Hvad bruger IK?

På dette tidspunkt ved, at IK påføres en leddelte krop, vi ved, hvad en leddelte krop består af, og vi kender forskellen mellem IK og FK. Vi har hidtil et godt overblik over IK, men lad os også afrunde det med nogle gode brugssager af IK. IK kan bruges til en humanoidarm til at nå frem til et objekt / mål, som vi har set. IK kan også bruges til fodtrap, således at vi fortæller foden, hvor de skal træde, og IK finder ud af, hvordan benledene skal konfigureres. IK bruges normalt ikke som en animation i sig selv (når ud til et objekt), men mere som et animationsværktøj. Så hvis du implementerer en gangcyklus, kan du placere nogle af nøglerammerne ved hjælp af IK-værktøjet.

Figur 7: IK anvendes med fodrotation som mål. Samlinger L & R roterer for at tilpasse sig det skrå plan.

Et andet nøglepunkt ved IK er, at dit mål / mål ikke er begrænset til position alene – dit mål kan defineres som en rotation. For eksempel, hvis dine fødder har brug for at rotere baseret på ujævnt terræn, kan dit IK-rotationsmål defineres ud fra gulvets normale. Se figur 7. På denne måde skråner dine fødder langs gulvet, f.eks. Når du går op ad en skråning. Bemærk, at du også kan bruge IK til at få dit hoved (eller endda øjne) til at se i en bestemt retning.Hvis du vil have dit hoved til at følge et objekt, kan du bruge IK til at få hovedet til at følge objektet rundt.

Kommentarer

• Fremragende og in- dept forklaring! Tak skal du have ! Du burde have flere visninger!

Invers kinematik får din rig til at handle mere realistisk. Det bruges ikke kun i 3D-animation, men også inden for robotteknologi. For eksempel kan du flytte hånden på din karakter og få hans albue og skulder til at bevæge sig i den rigtige retning. Dette kan være yderst nyttigt for nogle kunstnere, der prøver at få den rigtige stilling. Hvis de først flyttede armene på plads og derefter bevægede ryggen, kunne de opleve, at de har mistet deres rette position for armene.