骨骼反向動(dòng)力學(xué)(INVERSE IK)的實(shí)現(xiàn)
Kinematics，F(xiàn)K）；而IK則是先確定子骨骼的方位，反向推導(dǎo)出其繼承鏈上n級(jí)父骨骼方位的方法。
IK在游戲里常見的應(yīng)用是foot
placement，就是當(dāng)角色站在一個(gè)不平的表面上（臺(tái)階，斜坡）時(shí)，自動(dòng)調(diào)整兩腳的高低（當(dāng)然，同時(shí)會(huì)影響小腿和大腿的姿態(tài)）以便看上去腳是真正“踩”在地面上的，而不是浮在空氣中或者陷入地面以下。
如果不用IK的話，要解決這個(gè)問(wèn)題就只能為所有可能的地形起伏情況制作不同的角色動(dòng)作，其工作量是不可想象的。另外的應(yīng)用就是象《波斯王子》，《古墓麗影》這樣的游戲，經(jīng)常會(huì)需要主角向前躍起然后抓住一樣?xùn)|西，比如一根旗桿。主角的彈跳能力通常是固定的，游戲也不可能要求玩家控制角色在一個(gè)準(zhǔn)確的特定地點(diǎn)朝一個(gè)準(zhǔn)確的特定方向跳躍，一般都是允許一個(gè)誤差范圍。那么問(wèn)題就出現(xiàn)了，當(dāng)主角飛到旗桿附近時(shí)，可能旗桿在頭頂上，也可能在肩膀之下，或者偏左偏右都有可能，這時(shí)IK就可以使主角的雙手自然地伸向旗桿，不管它在哪里（當(dāng)然，必須physically
possible，也就是在生理學(xué)上夠得著的距離內(nèi)）。
Coordinate
Descent，中文不知道叫什么），這是一種迭代的方法，在絕大多數(shù)情況下，目標(biāo)骨骼的位置都會(huì)收斂到指定位置。見下圖，即使不寫程序，自己拿幾根火柴棍也很容易驗(yàn)證這個(gè)算法的有效性。
對(duì)所有受IK影響的骨骼，按從子骨骼到父骨骼的順序執(zhí)行迭代操作：旋轉(zhuǎn)當(dāng)前骨骼，使當(dāng)前骨骼位置到目標(biāo)骨骼的連線指向IK目標(biāo)位置。由于所有骨骼是從一個(gè)特定狀態(tài)出發(fā)開始IK計(jì)算，所得到的結(jié)果也會(huì)比較穩(wěn)定。通常5～10次迭代之后就能得到很好的結(jié)果。
目前為止，指定骨骼到達(dá)指定位置已經(jīng)沒問(wèn)題了，但通常這是不夠的。如果是人體骨骼的話，不是所有的關(guān)節(jié)都可以向任意方向旋轉(zhuǎn)，所以我們必須對(duì)骨骼的旋轉(zhuǎn)加以限制，比如肘關(guān)節(jié)實(shí)際上只有一個(gè)軸的自由度，而且不能向后彎曲。由于通常骨骼動(dòng)畫都是用四元數(shù)來(lái)表示旋轉(zhuǎn)，而關(guān)節(jié)的角度限制只能用歐拉角來(lái)表示，所以在迭代過(guò)程中每次算出骨骼的旋轉(zhuǎn)后都要轉(zhuǎn)成歐拉角，看是否超過(guò)很限值，如果超過(guò)則需要校正，然后再轉(zhuǎn)回四元數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
限制了旋轉(zhuǎn)角之后，結(jié)果看起來(lái)就很好了。但是還有一個(gè)細(xì)節(jié)需要注意，當(dāng)所有需要IK控制的骨骼正好在一條直線上，而IK目標(biāo)位置正好在也落在這條直線上時(shí)（如下圖），算法就會(huì)失敗，因?yàn)椴徽摰嗌俅危恳粋€(gè)骨骼都會(huì)認(rèn)為自己不需要旋轉(zhuǎn)。所以一個(gè)小技巧是，如果發(fā)現(xiàn)骨骼鏈“很直”，就向骨骼允許的任意方向加一些細(xì)微的旋轉(zhuǎn)；或者干脆在骨骼的限制角度數(shù)據(jù)中就禁止完全“伸直”。
- 上一篇：簡(jiǎn)單的IK骨骼動(dòng)畫IK解算方法 2018/11/15
- 下一篇：motionbuilder 導(dǎo)入動(dòng)捕動(dòng)作數(shù)據(jù)教學(xué) 2018/10/17
