Cinemática inversa (IK) é um método de animação que reverte a direção da manipulação de cadeia. Ao invés de trabalhar a partir da raiz da árvore, ele funciona a partir das folhas.
Usando IK para animar uma perna
Vamos usar o exemplo de um braço. Para animar um braço usando a cinemática direta, você rotaciona o braço a partir do ombro, então gira o antebraço, a mão a partir do pulso e assim por diante, ao adicionar pontos de rotação para cada objeto filho.
Para animar o braço usando cinemática inversa, você move uma meta que posiciona o pulso. O bíceps e antebraço são rotacionados pela solução de cinemática inversa que move o ponto de giro do pulso, chamado de atuador do final, para o objetivo.
No caso de uma perna, por exemplo, o pé é restringido ao piso pela meta. Se você mover a pélvis, os pés permanecem no lugar pois a meta não foi movida, e isso faz com que os joelhos dobrem. Toda a animação está contida em quadros-chave para a meta e a raiz, sem chaves sendo aplicadas aos objetos de cadeia individual.
Com a cinemática inversa é possível definir rapidamente e animar movimentos complexos. O procedimento básico envolve as seguintes tarefas:
- Construir um modelo. Ela pode ser uma estrutura articulada, muitas peças ou uma única superfície contínua.
- Vincule o modelo articulado e defina os pontos de giro, conforme descrito em Hierarquias.
Para um modelo de superfície contínuo, crie uma estrutura Bones ou utilize um bípede para animar a pele do personagem.
- Aplique Solucionadores IK na hierarquia articulada. Você provavelmente vai criar diversas cadeias IK em toda a hierarquia, em vez de apenas uma. Você também pode criar várias hierarquias independentes, ao invés de vincular tudo a uma grande hierarquia. Para animações da cinemática inversa simples você pode utilizar o IK interativo, sem aplicar qualquer IK Solver.
- Defina o comportamento da junta nos pontos de giro, definir limites ou ângulos preferido, dependendo do tipo do solucionador IK que você está utilizando. Aqui é possível definir juntas deslizantes ou juntas giratórias.
Você poderá também precisar mover a raiz da hierarquia, ou pode desejar adicionar objetos de controles como fachada ou pontos.
- Anime a meta (no caso de um Solucionador HI ou solucionador de membro IK) ou o atuador final (no caso do Solucionador HD). Isto anima todos os componentes da cadeia IK.
É possível aplicar restrições às metas ou objetos de controles ou à raiz de uma cadeia.
Você pode referenciar externamente cadeias IK em sua cena. Uma cadeia XRef IK se comporta como uma cadeia não XRef, exceto que você não pode redefinir seu controlador XRef quando estiver em sua cena principal. Para obter mais informações, consulte Objetos XRef.
Objeto de controle para auxiliar o Assist IK
É possível vincular uma meta ou um atuador final aos pontos, splines ou objetos de fachada que servem como controles rápidos para converter ou rotacionar o final da cadeia. Esses objetos de controle podem ser vinculados entre si, ou eles podem ser controlados com restrições. Você também pode usar a conexão de parâmetros para estabelecer relações entre os objetos de controle.
É possível conectar objetos de controle aos auxiliares do manipulador ou atributos personalizados, criando uma interface facilmente acessível para seu modelo animável.
É possível adicionar mais controles para manipular os elementos no meio da cadeia.
Diferenças entre cinemática direta e inversa
A cinemática direta utiliza um método descendente, onde você começa pelo posicionamento e rotação dos objetos pai e trabalha para baixo no posicionamento da hierarquia e girando cada objeto filho.
Os princípios básicos da cinemática direta incluem:
- Vinculação hierárquica do pai para filho.
- Pontos de giro definindo as juntas entre objetos.
- Objetos filhos herdam as transformações de seus pais.
Estes princípios são indulgentes. Contanto que tudo está vinculado e os pontos de giro são localizados nas posições da junta, você pode animar a estrutura com sucesso.
A cinemática inversa (IK) utiliza um método direcionado à meta, onde é possível definir a posição de um objeto meta e o 3ds Max calcula a posição e orientação da extremidade da cadeia. A posição final da hierarquia, após todos os cálculos, é denominada como Solução de cinemática inversa. Há uma variedade de solucionadores IK que podem ser aplicados em uma hierarquia.
A cinemática inversa começa com a vinculação e posicionamento de pontos de giro como sua fundação e então, adiciona os seguintes princípios:
- As juntas podem ser limitadas com propriedades específicas de posição e rotação.
- A posição e orientação de objetos pai são determinados pela posição e orientação dos objetos filhos.
Por causa dessas adições, o IK exige mais planejamento em como vincular os objetos e inserir pontos de giro. Onde diferentes soluções para vincular objetos podem ser adequadas para cinemática direta, há normalmente apenas algumas boa soluções para qualquer abordagem IK.
A cinemática inversa, com frequência é mais fácil de usar do que a cinemática direta, e você pode criar movimentos complexos com rapidez. Se você precisar editar os movimentos mais tarde, pode ser mais simples para revisar a animação se estiver utilizando o IK. Ele também é a melhor forma para simular o peso de uma animação.