Hva er invers kinematikk?

Det er to hovedmåter å utgjøre en kjede av bein:

«Forward Kinematics» (FK) er den normale måten å manipulere en beinkjede, basert på foreldre-barnforhold. Du må rotere hvert bein individuelt.

Inverse Kinematics (IK) er en annen måte, der bevegelsen av kjeden bestemmes av et «mål» bein (og eventuelt et «pol mål» bein) i stedet for normale foreldre-barn-forhold. I utgangspunktet plasserer du enden av kjeden, og IK-løseren beregner hva resten av beinene må gjøre for å få det til.

Hvorfor trenger vi den omvendte kinematiske begrensningen i rigging?

Vi trenger det ikke, det gjør bare livet enklere. Ofte mye enklere.

Når skal jeg bruke det?

I alle situasjoner der du trenger at enden av beinkjeden skal være på et bestemt sted – som tegn som tar tak i noe, eller foten på gulvet mens du går.

Hva gjør det med ankeret?

Roter kjedebenene på plass i henhold til de to kontrollbenene (mål, pol).

Opprinnelig artikkel: Oversikt over invers kinematikk

Du Har sannsynligvis hørt om invers kinematikk. IK er et populært verktøy innen blender og datagrafikk, men hvis dette er første gang du prøver å lage eller bruke et invers kinematikk-system, vil du kanskje ha mer informasjon. Jeg skal forklare hva IK er, definere ordforrådet og gjennomgå bruken.

Hva er det nødvendige vokabularet for å forstå IK?

Før vi kommer inn i hjertet av IK , må vi definere noe IK-relatert ordforråd. IK er en metode som brukes på en ledd kropp. Hva er en artikulert kropp?

Artikulert kropp

En artikulert kropp kan representere de fleste animerte kropper som mennesker og dyr med skjeletter. Enkelt sagt, en artikulert kropp er et tre av sammenkoblede kjeder. De lenke kjedene består av ledd og ledd, hvor et ledd er en stiv sylinder.

Figur 1: Menneskelig artikulert kropp

Selv det enkle leketøyet på forsidebildet ovenfor representerer en artikulert kropp. Det mangler bare albue- og kneledd.

Typer ledd

Når det gjelder ledd, er det to typer. Den første typen ledd er et revolutt skjøt. Den er koblet til en lenke som roterer rundt den. Figur 2 viser en revolutskjøt.

Figur 2: Revolute Joint

En revolute joint er omtrent som midtpinnen på en klokke – med en klokkehånd som lenke.

Klokkens gullnål er en revolutskjøt. En prismatisk ledd er en ledd slik at den tilkoblede lenken oversettes fra skjøten for å utvide / forkorte lenken. Figur 3 viser en prismatisk skjøt.

Figur 3: Prismatisk skjøt

Et prismatisk skjøt fungerer omtrent som å forlenge / trekke lengden på det uttrekkbare håndtaket på bagasjen. Hvis du ser nøye på, har det uttrekkbare bagasjehåndtaket 4 prismatiske ledd. 2 prismatiske skjøter halvveis ned i håndtaket, og ytterligere 2 prismatiske skjøter helt ned i håndtaket øverst på bagasjen.

Hvis du er forvirret av prismatiske ledd, ikke bekymre deg. De brukes ikke så ofte i invers kinematikk, og som du kanskje kan fortelle, har ingen mennesker prismatiske ledd – bare revolusjonsledd. Hierarkisk struktur

Et artikulert legeme har en rotfuge. Rotfugen er basen av strukturen. Rotfugen for en humanoid er vanligvis sentrum av hoftene. Den leddede kroppen er dannet av et tre av ledd og ledd, som starter ved rotfugen. En ny ledd og lenke ligner på en ny gren på et tre. En innebygd lenke / ledd er en lenke / ledd som er nærmere rotfugen i trehierarkiet til den leddede kroppen, da den er relatert til gitt ledd / lenke. En utenbordsledd / ledd er en lenke / ledd som er lenger borte fra rotfugen innenfor trehierarkiet til den leddede kroppen. I figur 4 er ledd A rotfugen, ledd 1 er ledd Bs innvendige lenke, lenke 2 er ledd B utenbordsmotorkobling.

End Effector

En endeffektor er en posisjon ved den mest utenbords posisjonen til den mest utenbordslinken.Det er den frie enden av kjeden av vekslende ledd og ledd. Slutteffektoren er ikke en ledd. Endeffekten er bare posisjonen på enden av et leddlegeme. En artikulert kropp kan ha flere endeffektorer, akkurat som et binært tre kan ha flere blader.

Figur 4: Endeffektoren er representert med en grønn sirkel.

Artikulasjoner og positurer

En artikulasjon er en rotasjon / oversettelse av et ledd som beveger en tilkoblet lenke. For eksempel, i figur 5, har ledd A en artikulasjon på 45 °, ledd B har en artikulasjon på 15 °, og ledd C har en artikulasjon på -60 °. På den annen side er en positur et sett med felles artikulasjoner som resulterer i posisjonering av den leddede kroppen. Med andre ord er posituren en vektorverdi av i stedet for en skalarverdi. For eksempel, i figur 4, er stillingen til den leddede kroppen < 45 °, 15 °, -60 °>.

Figur 5: Leddet kropp med A som rotfuger

Hva er Forward Kinematics?

Før vi kan komme inn på hva Inverse Kinematics er, må vi finne ut hva Forward Kinematics er. Forward Kinematics-funksjonen / algoritmen tar en posisjon som inngangen, og beregner posisjonen til slutteffektoren som utgangen. Forward Kinematics er den omvendte funksjonen til Inverse Kinematics. Med Forward Kinematics må du definere hele posisjonen til en artikulert kropp for å gi funksjonen / algoritmen poseinngangen. Dette betyr at du må definere artikulasjonen til hvert ledd i den leddede kroppen. Dette kan være greit hvis du har et lite antall skjøter, men med et høyt antall skjøter har dette en tendens til å være kjedelig.

Tenk deg om du vil ha slutten effektor av den leddede kroppen din for å nå en bestemt målposisjon. Dette betyr at du vet den endeffektorposisjonen du vil målrette mot, men du vet ikke hva den artikulerte kroppens stilling må være for at endeffektoren skal nå denne målposisjonen. Det er her Inverse Kinematics skinner!

Figur 6: Målposisjonen er representert med en rød sirkel. Målposisjonen er definert som inngangen, og den resulterende stillingen som kreves for at endeffektoren skal nå målposisjonen er utgangen.

Invers Kinematics er den inverse funksjonen / algoritmen til Forward Kinematics. Forward Kinematics-funksjonen / algoritmen tar en målposisjon som inngang, og beregner posisjonen som kreves for at endeffektoren skal nå målposisjonen – posen er utgangen.

Som du kan se, er inngangen og utgangene byttes mellom FK og IK. Med invers kinematikk trenger du ikke å definere hele stillingen til en artikulert kropp – dette blir beregnet for deg av IK-algoritmen. Med IK trenger du bare å definere en posisjon som inngangen.

Invers Kinematics gjør alt det utfordrende beregningsarbeidet med å beregne hva stillingen er. Figur 6 representerer denne brønnen. I Before Scene er det en artikulert kropp med noe kjent positur. Den definerer en målposisjon for at slutteffektoren skal prøve å nå. Når IK-algoritmen er brukt på den ledde kroppen, har vi nådd After Scene. After Scene viser at en ny positur er beregnet, slik at endeffektoren nå er i målposisjonen.

Hva bruker IK?

På dette punktet, vi vet at IK blir brukt på en ledd kropp, vi vet hva en ledd kropp består av, og vi vet forskjellen mellom IK og FK. Vi har en god oversikt over IK så langt, men la oss avrunde det med noen gode bruksområder av IK også. IK kan brukes til en humanoidarm for å nå et objekt / mål, som vi har sett. IK kan også brukes til fotspring, slik at vi forteller foten hvor du skal tråkke, og IK finner ut hvordan du skal konfigurere benfuger. IK brukes vanligvis ikke som en animasjon i seg selv (når frem til et objekt), men mer som et animasjonsverktøy. Så hvis du implementerer en tur-syklus, kan du plassere noen av nøkkelrammene ved hjelp av IK-verktøyet.

Figur 7: IK brukes med fotrotasjon som mål. Fuger L & R roterer for å tilpasse seg det skråplanet.

Et annet sentralt punkt om IK er at målet / målet ditt ikke er begrenset til posisjon. alene – målet ditt kan defineres som en rotasjon. Hvis for eksempel føttene dine må rotere basert på ujevnt terreng, kan IK-rotasjonsmålet ditt defineres ut fra gulvets normale. Se figur 7. På denne måten er føttene skrånende langs gulvet, for eksempel når du går opp en skråning. Merk at du også kan bruke IK for å få hodet (eller til og med øynene) til å se i en bestemt retning.Hvis du vil at hodet skal følge et objekt, kan du bruke IK til å få hodet til å følge objektet rundt.

Kommentarer

• Utmerket og in- avd. forklaring! Takk skal du ha ! Du burde ha flere visninger!

Invers kinematikk gjør at riggen din handler mer realistisk. Det brukes ikke bare i 3D-animasjon, men også i robotikk. For eksempel kan du bevege hånden til karakteren din og få albuen og skulderen til å bevege seg i riktig retning. Dette kan være svært nyttig for noen artister som prøver å få riktig posisjon. Hvis de først flyttet armene på plass og deretter beveger ryggen, kan de oppdage at de har mistet riktig posisjon for armene.