Quest-ce que la cinématique inverse?

Il existe deux façons principales de poser une chaîne dos:

«Forward Kinematics» (FK) est la manière normale de manipuler une chaîne osseuse, basée sur les relations parent-enfant. Vous devez faire pivoter chaque os individuellement.

La cinématique inverse (IK) est une autre manière, où le mouvement de la chaîne est déterminé par un os « cible » (et éventuellement un os « cible polaire ») au lieu du relations normales parents-enfants. En gros, vous positionnez lextrémité de la chaîne, et le solveur CI calcule ce que le reste des os doit faire pour que cela se produise.

Pourquoi avons-nous besoin de la contrainte de cinématique inverse dans le gréement?

Nous nen avons pas besoin, cela nous facilite simplement la vie. Souvent beaucoup plus facile.

Quand dois-je lutiliser?

Dans toutes les situations où vous avez besoin que lextrémité de la chaîne osseuse se trouve à un endroit spécifique – comme des personnages qui attrapent quelque chose ou le pied sur le sol en marchant.

Quoi fait-il à larmature?

Fait pivoter les os de la chaîne en position selon les deux os de contrôle (cible, pôle).

Article original: Présentation de la cinématique inverse

Vous Jai probablement entendu parler de la cinématique inverse. IK est un outil populaire dans Blender et en infographie, mais si cest la première fois que vous essayez de créer ou dutiliser un système de cinématique inverse, vous voudrez peut-être plus de détails. Je vais expliquer ce quest IK, définir le vocabulaire et passer en revue les utilisations.

Quel est le vocabulaire nécessaire pour comprendre IK?

Avant dentrer dans le cœur de IK , nous devons définir un vocabulaire lié aux savoirs traditionnels. IK est une méthode appliquée à un corps articulé. Quest-ce quun corps articulé?

Corps articulé

Un corps articulé peut représenter la plupart des corps animés tels que les humains et les animaux avec des squelettes. En termes simples, un corps articulé est un arbre de chaînes liées. Les chaînes liées sont constituées darticulations et de maillons, où un maillon est un cylindre rigide.

Figure 1: Corps articulé humain

Même le simple jouet de la photo de couverture ci-dessus représente un corps articulé. Il manque juste les articulations du coude et du genou.

Types darticulations

En ce qui concerne les articulations, il existe deux types. Le premier type darticulation est une articulation révolutionnaire. Il est connecté à un lien qui tourne autour de lui. La figure 2 montre une articulation de révolution.

Figure 2: Articulation révolutionnaire

Une articulation révolutionnaire ressemble beaucoup à la broche centrale dune horloge – avec une aiguille dhorloge comme lien.

Lépingle en or de lhorloge est un joint tournant. Une articulation prismatique est une articulation telle que la liaison connectée se déplace à partir de larticulation pour étendre / raccourcir la liaison. La figure 3 montre un joint prismatique.

Figure 3: Articulation prismatique

Une articulation prismatique agit un peu comme lextension / rétraction de la longueur de la poignée rétractable de votre bagage. Si vous regardez de près, la poignée de bagage escamotable possède 4 articulations prismatiques. 2 joints prismatiques à mi-hauteur de la poignée et 2 autres joints prismatiques tout en bas de la poignée en haut du bagage.

Si vous êtes confus par les joints prismatiques, ne vous inquiétez pas. Ils ne sont pas souvent utilisés en cinématique inverse, et comme vous pourrez peut-être le constater, aucun humain na darticulations prismatiques – seulement des articulations tournantes. Structure hiérarchique

Un corps articulé a une articulation radiculaire. Larticulation radiculaire est la base de la structure. Larticulation de la racine dun humanoïde est généralement le centre des hanches. Le corps articulé est formé à partir dun arbre darticulations et de liens, à partir de larticulation racine. Un nouveau joint et lien est similaire à une nouvelle branche sur un arbre. Une liaison / articulation intérieure est une liaison / articulation qui est plus proche de larticulation racine dans la hiérarchie arborescente du corps articulé, en ce qui concerne larticulation / liaison donnée. Une liaison / articulation externe est une liaison / articulation qui est plus éloignée de larticulation de racine dans la hiérarchie arborescente du corps articulé. Dans la figure 4, larticulation A est larticulation racine, la liaison 1 est la liaison interne de larticulation B, la liaison 2 est la liaison externe de larticulation B.

Effecteur dextrémité

Un effecteur dextrémité est une position à la position la plus externe de la liaison la plus externe.Cest lextrémité libre de la chaîne de joints et de maillons alternés. Leffecteur terminal nest pas un joint. Leffecteur dextrémité est simplement la position à lextrémité dun corps articulé. Un corps articulé peut avoir plusieurs effecteurs dextrémité, tout comme un arbre binaire peut avoir plusieurs feuilles.

Figure 4: Leffecteur dextrémité est représenté par un cercle vert.

Articulations et poses

Une articulation est une rotation / translation dune articulation qui déplace un lien connecté. Par exemple, sur la figure 5, larticulation A a une articulation de 45 °, larticulation B a une articulation de 15 ° et larticulation C a une articulation de -60 °. Par contre, une pose est un ensemble darticulations articulaires qui aboutit au positionnement du corps articulé. En dautres termes, la pose est une valeur vectorielle de au lieu dune valeur scalaire. Par exemple, sur la figure 4, la pose du corps articulé est < 45 °, 15 °, -60 °>.

Figure 5: Corps articulé avec A comme joint de racine

Quest-ce que la cinématique en avant?

Avant de pouvoir entrer dans ce quest la cinématique inverse, nous devons comprendre ce quest la cinématique en avant. La fonction / algorithme Forward Kinematics prend une pose comme entrée et calcule la position de leffecteur dextrémité comme sortie. La cinématique directe est la fonction inverse de la cinématique inverse. Avec Forward Kinematics, vous devez définir la pose entière dun corps articulé afin de fournir la fonction / lalgorithme avec lentrée de pose. Cela signifie que vous devez définir larticulation de chaque articulation dans le corps articulé. Cela peut être bien si vous avez un petit nombre de joints, mais avec un grand nombre de joints, cela a tendance à être fastidieux.

Maintenant, imaginez si vous voulez la fin effecteur de votre corps articulé pour atteindre une position cible particulière. Cela signifie que vous connaissez la position de leffecteur dextrémité que vous souhaitez cibler, mais que vous ne savez pas quelle doit être la pose du corps articulé pour que leffecteur dextrémité atteigne cette position cible. Cest là que la cinématique inverse brille!

Figure 6: La position cible est représentée par un cercle rouge. La position cible est définie comme lentrée, et la pose résultante requise pour que leffecteur dextrémité atteigne la position cible est la sortie.

La cinématique inverse est la fonction / algorithme inverse de la cinématique directe. La fonction / algorithme Forward Kinematics prend une position cible comme entrée, et calcule la pose requise pour que leffecteur final atteigne la position cible – la pose est la sortie.

Comme vous pouvez le voir, lentrée et les sorties sont commutées entre FK et IK. Avec Inverse Kinematics, vous navez pas besoin de définir la pose entière dun corps articulé – cela est calculé pour vous par lalgorithme IK. Avec IK, il vous suffit de définir une position comme entrée.

La cinématique inverse fait tout le travail de calcul difficile de calculer la pose. La figure 6 représente bien cela. Dans la scène avant, il y a un corps articulé avec une pose connue. Il définit une position cible que leffecteur dextrémité doit essayer datteindre. Une fois que lalgorithme IK est appliqué au corps articulé, nous avons atteint la scène après. La scène After montre quune nouvelle pose a été calculée, de sorte que leffecteur dextrémité est maintenant à la position cible.

Quelles sont les utilisations de IK?

À ce stade, nous sachez que lIK sapplique à un corps articulé, nous savons de quoi est composé un corps articulé et nous connaissons la différence entre lIK et le FK. Nous avons jusquà présent une bonne vue densemble de IK, mais complétons-le par quelques bons cas dutilisation dIK. IK peut être utilisé pour quun bras humanoïde atteigne un objet / une cible, comme nous lavons vu. IK peut également être utilisé pour la marche du pied, de sorte que nous disions au pied où marcher et que lIK détermine comment configurer les articulations des jambes. IK nest généralement pas utilisé comme une animation proprement dite (atteignant un objet), mais plutôt comme un outil danimation. Ainsi, si vous implémentez un cycle de marche, vous pouvez positionner certaines des images clés à laide de loutil CI.

Figure 7: Le CI est appliqué avec la rotation du pied comme objectif. Les articulations L & R pivotent pour se conformer au plan incliné.

Un autre point clé concernant IK est que votre objectif / cible ne se limite pas à la position seul – votre objectif peut être défini comme une rotation. Par exemple, si vos pieds doivent pivoter sur un terrain accidenté, votre objectif de rotation CI peut être défini en fonction de la normale du sol. Voir la figure 7. De cette façon, vos pieds sont inclinés le long du sol, par exemple lorsque vous montez une pente. Notez que vous pouvez également utiliser IK pour que votre tête (ou même vos yeux) regarde dans une certaine direction.Si vous voulez que votre tête suive un objet, vous pouvez utiliser IK pour que la tête suive lobjet autour.

Commentaires

• Excellent et in explication profonde! Merci ! Vous devriez avoir plus de vues!

La cinématique inverse rend votre plate-forme plus réaliste. Il nest pas seulement utilisé dans lanimation 3D, mais aussi en robotique. Par exemple, vous pouvez déplacer la main de votre personnage et faire bouger son coude et son épaule dans la bonne orientation. Cela peut être extrêmement utile pour certains artistes qui essaient dobtenir Sils ont déplacé les bras en premier, puis déplacé le dos, ils pourraient constater quils ont perdu leur bonne position pour les bras.