Ce este cinematica inversă?

Există două modalități principale de a prezenta un lanț de oase:

„Cinematica directă” (FK) este modalitatea normală de manipulare a unui lanț osos, pe baza relațiilor părinte-copil. Trebuie să rotiți fiecare os individual.

Cinematica inversă (IK) este un alt mod, în care mișcarea lanțului este determinată de un os „țintă” (și opțional un os „țintă pol”) în loc de relații normale părinte-copil. Practic, poziționați capătul lanțului, iar soluția IK calculează ce trebuie să facă restul oaselor pentru ca acest lucru să se întâmple.

avem nevoie de constrângerea cinematică inversă în instalare?

Nu avem nevoie, ci simplifică viața. Deseori mult mai ușor.

Când ar trebui să-l folosesc?

În orice situație unde aveți nevoie ca sfârșitul lanțului osos să fie într-un anumit loc – cum ar fi personajele care apucă ceva sau piciorul pe podea în timp ce mergeți.

are efect asupra armăturii?

Rotește oasele lanțului în poziție conform celor două oase de control (țintă, stâlp).

Articolul original: Prezentare generală a cinematicii inverse

Tu Probabil că am auzit de cinematică inversă. IK este un instrument popular în Blender și în grafica computerizată, dar dacă este prima dată când ați încercat să creați sau să utilizați un sistem de cinematică inversă, este posibil să doriți mai multe detalii. Voi explica ce este IK, voi defini vocabularul și voi examina utilizările.

Care este vocabularul necesar pentru a înțelege IK?

Înainte de a intra în inima IK , trebuie să definim un anumit vocabular legat de IK. IK este o metodă care se aplică unui corp articulat. Ce este un corp articulat?

Corp articulat

Un corp articulat poate reprezenta majoritatea corpurilor animate, cum ar fi oamenii și animalele cu schelete. Pur și simplu, un corp articulat este un copac de lanțuri legate. Lanțurile legate sunt formate din articulații și verigi, unde o verigă este un cilindru rigid.

Figura 1: Corpul articulat uman

Chiar și jucăria simplă din fotografia de pe coperta de mai sus reprezintă un corp articulat. Lipsesc doar articulațiile cotului și genunchiului.

Tipuri de articulații

În ceea ce privește articulațiile, există două tipuri. Primul tip de articulație este o articulație revolută. Este conectat la o legătură care se rotește în jurul său. Figura 2 prezintă o articulație revolută.

Figura 2: Articulația revolută

O articulație revolută este asemănătoare pinului central al unui ceas – cu o mână de ceas ca o legătură.

Știftul de aur al ceasului este o articulație revolută. O articulație prismatică este o articulație astfel încât legătura conectată se traduce din articulație pentru a extinde / scurta legătura. Figura 3 prezintă o articulație prismatică.

Figura 3: Articulație prismatică

O articulație prismatică acționează la fel ca extinderea / retragerea lungimii mânerului retractabil de pe bagaj. Dacă priviți cu atenție, mânerul retractabil al bagajelor are 4 articulații prismatice. 2 articulații prismatice la jumătatea mânerului și alte 2 articulații prismatice până la mâner în partea de sus a bagajului.

Dacă vă confundă articulațiile prismatice, nu vă faceți griji. Nu sunt folosite atât de des în cinematica inversă și, așa cum ați putea spune, niciun om nu are articulații prismatice – doar articulații revolute. Structura ierarhică

Un corp articulat are o articulație a rădăcinii. Articulația rădăcinii este baza structurii. Articulația rădăcinii pentru un umanoid este de obicei centrul șoldurilor. Corpul articulat este format dintr-un copac de articulații și legături, începând de la articulația rădăcinii. O nouă îmbinare și legătură este similară cu o ramură nouă pe un copac. O legătură / articulație interioară este o legătură / articulație care este mai aproape de articulația rădăcină în cadrul ierarhiei arborelui corpului articulat, deoarece se referă la articulația / legătura dată. O legătură / articulație exterioară este o legătură / articulație care este mai departe de articulația rădăcină în cadrul ierarhiei arborelui corpului articulat. În figura 4, articulația A este articulația rădăcină, legătura 1 este legătura interioară a articulației B, legătura 2 este legătura exterioară a articulației B.

Efector final

Un efector final este o poziție la cea mai extinsă poziție a celui mai extins link.Este capătul liber al lanțului de articulații și verigi alternante. Efectorul final nu este o articulație. Efectorul final este doar poziția de la capătul unui corp articulat. Un corp articulat poate avea mai mulți efectori finali, la fel ca un copac binar poate avea mai multe frunze.

Figura 4: efectorul final este reprezentat de un cerc verde.

Articulații și poziții

O articulație este o rotație / translație a unei articulații care mută o legătură conectată. De exemplu, în figura 5, articulația A are o articulație de 45 °, articulația B are o articulație de 15 ° și articulația C are o articulație de -60 °. Pe de altă parte, o poziție este un set de articulații articulare care are ca rezultat poziționarea corpului articulat. Cu alte cuvinte, poza este o valoare vectorială în loc de o valoare scalară. De exemplu, în Figura 4, poziția corpului articulat este < 45 °, 15 °, -60 °>.

Figura 5: Corp articulat cu A ca articulație rădăcină

Ce este Cinematica Forward?

Înainte de a putea intra în ceea ce este Cinematica Inversă, trebuie să ne dăm seama ce este Cinematica Forward. Funcția / algoritmul de cinematică directă ia o poziție ca intrare și calculează poziția efectorului final ca ieșire. Cinematica directă este funcția inversă a cinematicii inverse. Cu Forward Kinematics, trebuie să definiți întreaga poziție a unui corp articulat, astfel încât să furnizați funcția / algoritmul cu intrarea de poziție. Aceasta înseamnă că trebuie să definiți articulația fiecărei articulații în corpul articulat. Acest lucru ar putea fi bine dacă aveți un număr redus de articulații, dar cu un număr mare de articulații, acest lucru tinde să fie obositor.

Acum, imaginați-vă dacă doriți sfârșitul efectorul corpului tău articulat pentru a atinge o anumită poziție țintă. Aceasta înseamnă că știți poziția efectorului final pe care doriți să îl vizați, dar nu știți care trebuie să fie poziția corpului articulat pentru ca efectorul final să atingă această poziție țintă. Aici strălucește Cinematica inversă!

Figura 6: Poziția țintă este reprezentată de un cerc roșu. Poziția țintă este definită ca intrare, iar poziția rezultată necesară pentru ca efectorul final să atingă poziția țintă este ieșirea.

Cinematica inversă este funcția inversă / algoritmul cinematicii înainte. Funcția / algoritmul cinematică înainte ia o poziție țintă ca intrare și calculează poziția necesară pentru ca efectorul final să atingă poziția țintă – poza este ieșirea.

După cum puteți vedea, intrarea și ieșirea se comută între FK și IK. Cu Cinematica inversă, nu este nevoie să definiți întreaga poziție a unui corp articulat – acest lucru este calculat pentru dvs. de către algoritmul IK. Cu IK, trebuie doar să definiți o poziție ca intrare.

Cinematica inversă face toată munca de calcul provocatoare de calculare a poziției. Figura 6 reprezintă această fântână. În Scena dinainte, există un corp articulat cu o poziție cunoscută. Acesta definește o poziție țintă pentru efectorul final pentru a încerca să ajungă. Odată ce algoritmul IK este aplicat corpului articulat, am ajuns la After Scene. After Scene arată că a fost calculată o nouă poziție, astfel încât efectorul final se află acum în poziția țintă.

Care sunt utilizările IK?

În acest moment, noi știm că IK se aplică unui corp articulat, știm din ce este format un corp articulat și știm diferența dintre IK și FK. Avem o prezentare generală bună a IK până acum, dar să o completăm și cu câteva cazuri bune de utilizare a IK. IK poate fi folosit pentru ca un braț umanoid să ajungă la un obiect / țintă, așa cum am văzut. IK poate fi, de asemenea, utilizat pentru pasul piciorului, astfel încât să-i spunem piciorului unde să pășească și IK să descopere cum să configureze articulațiile piciorului. IK nu este de obicei folosit ca animație în sine (căutarea unui obiect), ci mai mult ca instrument de animație. Deci, dacă implementați un ciclu de mers, puteți poziționa unele dintre cadrele cheie folosind instrumentul IK.

Figura 7: IK se aplică cu rotirea piciorului ca obiectiv. Articulațiile L & R rotesc pentru a se conforma planului înclinat.

Un alt punct cheie despre IK este că obiectivul / ținta dvs. nu este limitat la poziție singur – obiectivul tău poate fi definit ca o rotație. De exemplu, dacă picioarele dvs. trebuie să se rotească pe baza unui teren neuniform, obiectivul dvs. de rotație IK poate fi definit în funcție de normalul podelei. Vezi Figura 7. În acest fel, picioarele tale sunt înclinate de-a lungul podelei, cum ar fi atunci când urci pe o pantă. Rețineți că puteți utiliza, de asemenea, IK pentru ca capul (sau chiar ochii) să privească într-o anumită direcție.Dacă doriți ca capul dvs. să urmărească un obiect, puteți folosi IK pentru ca capul să urmărească obiectul.

Comentarii

• Excelent și explicație de departament! Mulțumesc ! Ar trebui să aveți mai multe vizualizări!

Cinematica inversă face ca echipamentul dvs. să acționeze mai realist. Nu este folosit doar în animația 3D, ci și în robotică. De exemplu, puteți mișca mâna personajului și ați putea cotul și umărul să se deplaseze în orientarea corectă. Acest lucru poate fi extrem de util pentru unii artiști care încearcă să obțină poziția corectă. Dacă au mutat brațele în poziție mai întâi și apoi au mutat spatele, ar putea descoperi că și-au pierdut poziția corectă pentru brațe.