Wat is Inverse Kinematics?

Er zijn twee manieren om een ketting van botten te vormen:

“Forward Kinematics” (FK) is de normale manier om een botketen te manipuleren, gebaseerd op ouder-kindrelaties. U moet elk bot afzonderlijk roteren.

Inverse Kinematics (IK) is een andere manier, waarbij de beweging van de ketting wordt bepaald door een “target” bot (en optioneel een “pole target” bot) in plaats van het normale ouder-kindrelaties. In feite positioneer je het einde van de keten, en de IK-oplosser berekent wat de rest van de botten moeten doen om dat mogelijk te maken.

Waarom hebben we de inverse kinematische beperking nodig bij het optuigen?

We hebben het niet nodig, het maakt het leven gewoon gemakkelijker. Vaak veel gemakkelijker.

Wanneer moet ik het gebruiken?

In elke situatie waar u het uiteinde van de bottenketen op een specifieke plaats moet hebben, zoals karakters die iets grijpen, of de voet op de grond tijdens het lopen.

Wat doet het met het anker?

Roteert de botten van de ketting in positie volgens de twee controlebotten (doelwit, paal).

Origineel artikel: Overzicht van inverse kinematica

Jij Ik heb waarschijnlijk gehoord van Inverse Kinematics. IK is een populaire tool in Blender en computergraphics, maar als dit de eerste keer is dat je hebt geprobeerd een Inverse Kinematics-systeem te maken of te gebruiken, wil je misschien meer details. Ik ga uitleggen wat IK is, de woordenschat definiëren en de toepassingen bekijken.

Wat is de noodzakelijke woordenschat om IK te begrijpen?

Voordat we ingaan op de kern van IK , we moeten een aantal IK-gerelateerde woordenschat definiëren. IK is een methode die wordt toegepast op een geleed lichaam. Wat is een gearticuleerd lichaam?

Gearticuleerd lichaam

Een gearticuleerd lichaam kan de meest geanimeerde lichamen voorstellen, zoals mensen en dieren met skeletten. Simpel gezegd, een gearticuleerd lichaam is een boom van gekoppelde kettingen. De gekoppelde kettingen zijn opgebouwd uit verbindingen en schakels, waarbij een schakel een stijve cilinder is.

Figuur 1: Menselijk gearticuleerd lichaam

Zelfs het simpele speeltje op de bovenstaande omslagfoto stelt een gearticuleerd lichaam voor. Er ontbreken gewoon elleboog- en kniegewrichten.

Soorten gewrichten

Wat gewrichten betreft, zijn er twee soorten. Het eerste type verbinding is een ronddraaiend gewricht. Het is verbonden met een link die eromheen draait. Figuur 2 toont een ronddraaiende verbinding.

Figuur 2: Revolute joint

Een revolute joint lijkt veel op de middelste pin van een klok – met een wijzer als schakel.

De gouden pin van de klok is een ronddraaiende verbinding. Een prismatische verbinding is een verbinding zodanig dat de verbonden schakel zich vertaalt van de verbinding om de verbinding te verlengen / verkorten. Figuur 3 toont een prismatische verbinding.

Figuur 3: Prismatisch gewricht

Een prismatisch gewricht werkt net als het verlengen / intrekken van de lengte van de intrekbare handgreep van uw bagage. Als je goed kijkt, heeft de intrekbare bagagehandgreep 4 prismatische verbindingen. 2 prismatische verbindingen halverwege de handgreep en nog eens 2 prismatische verbindingen helemaal langs de handgreep aan de bovenkant van de bagage.

Maak je geen zorgen als je in de war bent door prismatische verbindingen. Ze worden niet zo vaak gebruikt in Inverse Kinematics, en zoals je misschien kunt zien, heeft geen mens prismatische gewrichten – alleen draaiende gewrichten. Hiërarchische structuur

Een gearticuleerd lichaam heeft een wortelgewricht. Het wortelgewricht is de basis van de structuur. Het wortelgewricht voor een mensachtige is meestal het midden van de heupen. Het gelede lichaam is gevormd uit een boom van gewrichten en schakels, beginnend bij het wortelgewricht. Een nieuwe verbinding en link is vergelijkbaar met een nieuwe tak aan een boom. Een binnenboordverbinding / verbinding is een verbinding / verbinding die dichter bij de wortelverbinding ligt binnen de boomhiërarchie van het gelede lichaam, aangezien het betrekking heeft op een gegeven verbinding / verbinding. Een buitenboordverbinding / verbinding is een verbinding / verbinding die verder weg is van de wortelverbinding binnen de boomhiërarchie van het gelede lichaam. In figuur 4 is gewricht A de wortelverbinding, schakel 1 is de binnenste schakel van gewricht B, schakel 2 is de buitenboordkoppeling van gewricht B.

Eindeffector

Een eindeffector is een positie bij de meest buitenboordmotorpositie van de meest buitenboordkoppeling.Het is het vrije uiteinde van de ketting van wisselende verbindingen en schakels. De eindeffector is geen verbinding. De eindeffector is slechts de positie aan het einde van een geleed lichaam. Een gelede body kan meerdere eindeffectoren hebben, net zoals een binaire boom meerdere bladeren kan hebben.

Figuur 4: De eindeffector wordt weergegeven door een groene cirkel.

Articulaties en poses

Een articulatie is een rotatie / translatie van een gewricht dat een verbonden schakel beweegt. In figuur 5 heeft gewricht A bijvoorbeeld een articulatie van 45 °, heeft gewricht B een articulatie van 15 ° en heeft gewricht C een articulatie van -60 °. Aan de andere kant is een pose een reeks gewrichtsarticulaties die resulteert in het positioneren van het gelede lichaam. Met andere woorden, de pose is een vectorwaarde in plaats van een scalaire waarde. In figuur 4 is de pose van het gelede lichaam bijvoorbeeld < 45 °, 15 °, -60 °>.

Figuur 5: Gelede romp met A als het wortelgewricht

Wat is Forward Kinematics?

Voordat we kunnen ingaan op wat Inverse Kinematics is, moeten we erachter komen wat Forward Kinematics is. De functie / algoritme Forward Kinematics neemt een pose aan als invoer en berekent de positie van de eindeffector als uitvoer. Forward Kinematics is de inverse functie van Inverse Kinematics. Met Forward Kinematics moet u de hele pose van een gearticuleerd lichaam definiëren om de functie / het algoritme te voorzien van de pose-invoer. Dit betekent dat u de articulatie van elk gewricht in het gelede lichaam moet definiëren. Dit kan prima zijn als je een laag aantal joints hebt, maar met een hoog aantal joints is dit vaak vervelend.

Stel je voor dat je het einde wilt effector van uw gearticuleerde lichaam om een bepaalde doelpositie te bereiken. Dit betekent dat u de eindeffectorpositie kent waarop u zich wilt richten, maar u weet niet wat de houding van het gelede lichaam moet zijn om de eindeffector deze doelpositie te laten bereiken. Dit is waar Inverse Kinematics uitblinkt!

Figuur 6: De doelpositie wordt weergegeven door een rode cirkel. De doelpositie wordt gedefinieerd als de invoer, en de resulterende pose die de eindeffector nodig heeft om de doelpositie te bereiken, is de uitvoer.

Inverse Kinematics is de inverse functie / algoritme van Forward Kinematics. De functie / algoritme voorwaartse kinematica neemt een doelpositie als invoer aan en berekent de pose die nodig is om de eindeffector de doelpositie te laten bereiken – de pose is de uitvoer.

Zoals u kunt zien, zijn de invoer en uitgang wordt geschakeld tussen FK en IK. Met Inverse Kinematics hoeft u niet de hele pose van een gearticuleerd lichaam te definiëren – dit wordt voor u berekend door het IK-algoritme. Met IK hoef je alleen een positie als input te definiëren.

Inverse Kinematics doet al het uitdagende rekenwerk om te berekenen wat de pose is. Figuur 6 geeft dit goed weer. In de Before Scene is er een gearticuleerd lichaam met een bekende pose. Het definieert een doelpositie die de eindeffector moet proberen te bereiken. Zodra het IK-algoritme is toegepast op het gelede lichaam, hebben we de After Scene bereikt. De After Scene laat zien dat er een nieuwe pose is berekend, zodat de eindeffector zich nu op de doelpositie bevindt.

Wat zijn de toepassingen van IK?

Op dit punt weten dat IK wordt toegepast op een gelede carrosserie, we weten waaruit een gelede carrosserie bestaat, en we kennen het verschil tussen IK en FK. We hebben tot nu toe een goed overzicht van IK, maar laten we het afronden met enkele goede use cases van IK. IK kan worden gebruikt voor een humanoïde arm om een object / doel te bereiken, zoals we hebben gezien. IK kan ook worden gebruikt voor voetstappen, zodat we de voet vertellen waar hij moet stappen en de IK uitzoekt hoe de beengewrichten moeten worden geconfigureerd. IK wordt meestal niet als animatie zelf gebruikt (reiken naar een object), maar meer als animatietool. Dus als u een loopcyclus implementeert, kunt u enkele van de keyframes positioneren met de IK-tool.

Figuur 7: IK wordt toegepast met voetrotatie als doel. Gewrichten L & R roteren om te voldoen aan het hellende vlak.

Een ander belangrijk punt over IK is dat je doel / doel niet beperkt is tot positie alleen – uw doel kan worden gedefinieerd als een rotatie. Als uw voeten bijvoorbeeld moeten roteren op basis van oneffen terrein, kan uw IK-rotatiedoel worden gedefinieerd op basis van de normale vloer. Zie figuur 7. Op deze manier staan uw voeten schuin over de vloer, bijvoorbeeld wanneer u een helling oploopt. Merk op dat je IK ook kunt gebruiken om je hoofd (of zelfs ogen) in een bepaalde richting te laten kijken.Als je wilt dat je hoofd een object volgt, kun je IK gebruiken om het hoofd het object rondom te laten volgen.

Opmerkingen

• Uitstekend en in- afd. uitleg! Dank je ! Je zou meer views moeten hebben!

Inverse kinematica zorgt ervoor dat je rig realistischer werkt. Het wordt niet alleen gebruikt in 3D-animatie, maar ook in robotica. Je kunt bijvoorbeeld de hand van je personage bewegen en zijn elleboog en schouder in de juiste richting laten bewegen. Dit kan uitermate nuttig zijn voor sommige artiesten die proberen de juiste houding. Als ze de armen eerst in positie en daarna de rug bewogen, zouden ze merken dat ze hun juiste positie voor de armen verloren hebben.