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). Isso 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 Refex de cinemática inversa comporta-se como não Refex, com a diferença de que não é possível redirecionar seu Controlador Refex 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 a orientação de objetos pai são determinadas 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 boas 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.