Способы реализации метода обратной кинематики

Выполнить анимацию цепочки связанных объектов по методу обратной кинематики в 3ds max можно шестью различными способами, четыре из которых основываются на применении специализированных контроллеров обратной кинематики (в max 6 такие контроллеры называют IK-решениями (IK solvers)), а два не требуют никаких специальных контроллеров.

Виды IK-решении задачи обратной кинематики

С программой max 6 поставляются четыре типа IK-решений, позволяющих выполнять анимацию по методу обратной кинематики:

HD, или History Dependent IK solver (ЗП, или Зависящее от предыстории IK-решение) - контроллер обратной кинематики, существовавший в ранних версиях программы 3ds max, где он именовался контроллером IK (Обратная кинематика). В отличие от старой версии контроллер HD IK solver (ЗП IK-решение) может применяться не только к системе объектов Bones (Кости), но и к любой иерархической цепочке объектов. Зависимость от предыстории означает, что чем больше времени проходит от начала анимации, тем больше вычислительных затрат требуется программе для получения решения задачи обратной кинематики. В связи с этим применять данный контроллер имеет смысл только для анимации коротких но времени фрагментов. Он хорошо подходит для анимации механических устройств, особенно если они содержат скользящие сочленения;
HI, или History Independent IK solver (НЗП, или Не зависящее от предыстории IK-решение) - новый тип контроллера, эффективность которого не зависит от длительности временного сегмента анимации. На расчет решения задачи обратной кинематики в кадре № 1000 затрачивается столько же вычислительных ресурсов, как и на расчет в кадре № 10. Этот контроллер является наиболее предпочтительным для использования при анимации персонажей и создания анимаций большой продолжительности. Может применяться как к системам объектов Bones (Кости), предназначенных для создания скелетов при анимации персонажей, так и к любым другим цепочкам связанных объектов;
IK Limb solver (IK-решение для сустава) - контроллер, применяемый для анимации по методу обратной кинематики только пары связанных объектов («костей»). Так же как и два предыдущих контроллера, данный контроллер может применяться как к объектам Bones (Кости), так и к обычным объектам, связанным друг с другом в иерархические пары. Он быстро работает и пригоден для анимации рук и ног компьютерных персонажей;
SplineIK Solver (Сплайновое IK-решение) - контроллер, предназначенный для анимации связанных иерархических цепочек объектов-костей, используемых в качестве скелета вытянутых извивающихся тел наподобие хвостов, гусениц, щупалец или змей. В соответствии со своим названием позволяет использовать онлайновую или NURBS-кри-вую для придания цепочке костей формы этой кривой и дает возможность управлять кривизной цепочки, перемещая специальные маркеры в вершинах кривой.

Использование IK-решений для анимации связанных объектов будет рассмотрено далее на примере объектов типа Bones (Кости) в разделе «Анимация системы объектов Bones с помощью IК-контроллеров».

Варианты реализации метода обратной кинематики без использования IK-решений

Анимация по методу обратной кинематики была реализована в программе 3ds max раньше, чем в ней появились специализированные котроллеры обратной кинематики. Для анимации цепочки связанных объектов можно использовать один из двух вариантов метода обратной кинематики:

приложенная обратная кинематика (Applied IK) - метод, основанный на использовании направляющего объекта (follow object). Направляющим объектом может служить любой объект сцены, который подвергнут анимации. Часто в качестве направляющего используется вспомогательный объект-пустышка. Для анимации цепочки какой-то из ее объектов должен быть привязан к направляющему объекту при помощи кнопки Bind (Привязать) свитка Object Parameters (Параметры объекта) командной панели Hierarchy (Иерархия), который рассматривается ниже. После запуска процесса анимации выполняется автоматический расчет ключей сразу для всей заданной серии кадров с учетом ограничений подвижности сочленений объектов. При этом не требуется включать режим анимации кнопкой Animate (Анимация);
интерактивная обратная кинематика (Interactive IK) - реализуется путем ручного перемещения и поворота объектов цепочки в окнах проекций при включенном режиме анимации, то есть при нажатой кнопке Animate (Анимация). В этом режиме max 6 также учитывает ограничения на подвижность сочленений, но позволяет создать ключ анимации только в текущем кадре. Результаты, полученные с помощью данного метода, могут отличаться от результатов анимации по методу приложенной IK, при использовании которого движение оптимизируется сразу на всем сегменте времени анимации.

Для реализации методов как интерактивной, так и приложенной обратной кинематики необходимо выполнить ряд однотипных действий, связанных с настройкой свойств объектов, входящих в цепочку, и их сочленений, а также ряд специфических действий, связанных собственно с анимацией объектов по методам интерактивной или приложенной обратной кинематики.

Содержание раздела