Eredeti cikk: Az inverz kinematika áttekintése

Ön Valószínűleg hallottunk az inverz kinematikáról. Az IK a Blender és a számítógépes grafika egyik népszerű eszköze, de ha először próbálkozik egy Inverse Kinematics rendszer létrehozásával vagy használatával, akkor érdemes lehet további részletekre. Elmagyarázom, mi az IK, meghatározom a szókincset, és áttekintem a felhasználásokat.

Mi szükséges az IK megértéséhez?

Mielőtt az IK szívébe kerülnénk , meg kell határoznunk néhány IK-vel kapcsolatos szókincset. Az IK olyan módszer, amelyet egy csuklós testre alkalmaznak. Mi az a csuklós test?

Csuklós test

A csuklós test képes képviselni a legtöbb animációs testet, például embereket és csontvázas állatokat. Egyszerűen fogalmazva: a csuklós test összekapcsolt láncok fája. Az összekapcsolt láncok összekötésekből és összekötőkből állnak, ahol a lánc merev henger.

ábra 1: Az emberi csuklós test

A fenti címlapképen még az egyszerű játék is egy csuklós testet képvisel. Csak a könyök- és térdízületek hiányoznak.

Ízületek típusai

Ami az ízületeket illeti, két típus létezik. Az első ízületi típus egy forgócsukló. Olyan linkhez csatlakozik, amely körül forog. A 2. ábra egy forgócsuklót mutat.

2. ábra: Forgócsukló

A forgócsukló hasonlít az óra középső csapjára – az óramutatóval linkként.

Az óra aranytűje forgócsukló. A prizmatikus ízület olyan ízület, amelynél az összekapcsolt kapcsolat lefordul az ízületből, hogy meghosszabbítsa / lerövidítse a kapcsolatot. A 3. ábra egy prizma ízületet mutat.

3. ábra: Prizmás ízület

A prizmatikus ízület hasonlít a poggyászánál a behúzható fogantyú hosszának meghosszabbításához / behúzásához. Ha alaposan megnézi, a behúzható csomagtartó fogantyúja 4 prizmás csatlakozással rendelkezik. 2 prizma ízület a fogantyú félig, és további 2 prizma ízület a poggyász tetején lévő fogantyúig.

Ha a prizma ízületek zavarják, ne aggódjon. Ezeket az inverz kinematikában nem használják olyan gyakran, és mint azt ön is elmondhatja, egyetlen embernek sincs prizmatikus ízülete – csak forgócsuklói. Hierarchikus felépítés

A csuklós testnek van egy gyökérízülete. A gyökérízület a szerkezet alapja. A humanoid gyökérízülete általában a csípő közepe. A csuklós test az ízületek és az összekötő fákból képződik, a gyökér ízületétől kezdődően. Egy új kötés és láncszem hasonló egy fa új ágához. A fedélzeti összeköttetés / csukló olyan link / csukló, amely közelebb van a gyökérízülethez a csuklós test fahierarchiájában, mivel az adott csuklóhoz / összeköttetéshez kapcsolódik. A külső csukló / csukló olyan csatolás / csukló, amely távolabb van a gyökér ízületétől a csuklós test fahierarchiájában. A 4. ábrán az A csatlakozás a gyökércsukló, az 1. összeköttetés a B csukló belső kapcsolata, a 2. összeköttetés a B csatlakozás külső kapcsolata.

Végeffektor

A végeffektor a a legtöbb külső kapcsoló a legtöbb külső helyzetben.Ez a váltakozó ízületek és linkek láncának szabad vége. A végeffektor nem ízület. A végeffektor csupán egy helyzet a csuklós test végén. Egy csuklós testnek több végeffektora lehet, akárcsak egy bináris fának több levele is lehet.

4. ábra: A végeffektort zöld kör ábrázolja.

artikulációk és pózok

Az artikuláció egy olyan csukló forgása / fordítása, amely egy összekapcsolt linket mozgat. Például az 5. ábrán az A ízület 45 °, a B ízület 15 °, a C ízület pedig -60 °. Másrészről a póz együttes ízületek, amelyek a csuklós test helyzetét eredményezik. Más szavakkal, a póz egy skaláris érték helyett vektorérték. Például a 4. ábrán a csuklós test póz < 45 °, 15 °, -60 °>.

5. ábra: Csuklós test A gyökércsuklóval

Mi az előre kinematika?

Mielőtt belemerülhetnénk, mi is az inverz kinematika, ki kell derítenünk, mi is az az előre kinematika. A Forward Kinematics függvény / algoritmus pózt vesz be bemenetként, és kimenetként kiszámítja a végeffektor helyzetét. Az előre kinematika az inverz kinematika inverz függvénye. A Forward Kinematics alkalmazással meg kell határoznia a csuklós test teljes pózját, hogy a függvény / algoritmus a póz bemenettel rendelkezzen. Ez azt jelenti, hogy meg kell határoznia az egyes ízületek csuklóját a csuklós testben. Ez jó lehet, ha alacsony az ízületek száma, de az ízületek nagy számával ez általában unalmas.

Most képzelje el, hogy szeretné-e a végét csuklós testének effektora, hogy elérje egy adott célpozíciót. Ez azt jelenti, hogy ismeri a végeffektor helyzetét, amelyet meg akar célozni, de nem tudja, hogy milyen legyen a csuklós test pózja, hogy a végeffektor elérje ezt a célpozíciót. Itt ragyog az inverz kinematika!

6. ábra: A célpozíciót piros kör jelöli. A célpozíciót bemenetként definiálják, és az eredményül kapott póz, amely a végeffektor számára a célpozíció eléréséhez szükséges, a kimenet.

Az inverz kinematika az előre kinematika inverz függvénye / algoritmusa. A Forward Kinematics függvény / algoritmus célpozíciót vesz be bemenetként, és kiszámítja azt a pózt, amely szükséges ahhoz, hogy a végeffektor elérje a célhelyzetet – a póz a kimenet.

Mint láthatja, a bemenet és a kimenetet az FK és az IK között kapcsolják. Az inverz kinematika használatával nem kell meghatároznia egy csuklós test teljes pózját – ezt az IK algoritmus számítja ki az Ön számára. Az IK használatakor csak egy pozíciót kell megadnia bemenetként.

Az inverz kinematika elvégzi az összes kihívást jelentő számítási munkát a póz kiszámításához. A 6. ábra ezt jól mutatja. A jelenet előtt van egy tagolt test néhány ismert pózzal. Meghatározza a végeffektor célpozícióját, amelyet megpróbál elérni. Miután az IK algoritmust alkalmaztuk a csuklós testre, elértük az After Scene-t. Az Utáni jelenet azt mutatja, hogy új pózt számítottak ki, úgy, hogy a végeffektor most a célpozícióban van.

Milyen célokra használják az IK-t?

Ezen a ponton tudjuk, hogy az IK-t egy csuklós testre alkalmazzák, tudjuk, hogy miből áll egy csuklós test, és tudjuk, mi a különbség az IK és az FK között. Eddig jó áttekintésünk van az IK-ről, de egészítsük ki az IK néhány jó felhasználási esetével is. Az IK felhasználható arra, hogy egy humanoid kar elérje a tárgyat / célt, amint láttuk. Az IK használható láblépésekhez is, például hogy megmondjuk a lábnak, hová kell lépni, és az IK kitalálja, hogyan kell konfigurálni a lábízületeket. Az IK-t általában nem önmagában animációként használják (objektumért nyúlnak), hanem inkább animációs eszközként. Tehát, ha séta ciklust valósít meg, akkor néhány kulcskeretet elhelyezhet az IK eszköz használatával.

7. ábra: Az IK-t úgy alkalmazzák, hogy a lábfej elforduljon. Az ízületek L & R forognak, hogy megfeleljenek a ferde síknak.

Az IK másik kulcsfontosságú pontja, hogy a cél / cél nem korlátozódik a pozícióra egyedül – célod forgatásként határozható meg. Például, ha a lábának egyenetlen terep alapján kell forognia, akkor az IK forgási célját a padló normál értéke alapján lehet meghatározni. Lásd a 7. ábrát. Így a lábad a padló mentén hajlik, például amikor lejtőn jársz felfelé. Ne feledje, hogy az IK segítségével azt is használhatja, hogy a feje (vagy akár a szeme) egy bizonyos irányba nézzen.Ha azt szeretné, hogy a feje kövesse egy objektumot, használhatja az IK-t, hogy a fej kövesse az objektumot.

Megjegyzések

• Kiváló és beépített részleg magyarázat! Köszönöm ! Több nézetre lenne szüksége! Nemcsak a 3D animációban, hanem a robotikában is használják. Például megmozgathatja karakterének kezét, és könyökét és vállát megfelelő irányba mozdíthatja. Ez rendkívül hasznos lehet néhány művész számára, aki megpróbálja megszerezni a megfelelő póz. Ha először a karokat helyeznék helyzetbe, majd hátul mozgatnák, azt tapasztalhatják, hogy elvesztették a karok megfelelő helyzetét.