آشنائی با جنبش های پس رو یا Inverse Kinematics

[CodePlus 15,426]

سلام دوستان ..

 

در این سری آموزش به بررسی جنبش های پس رو میپردازیم ..

 

 

کپی برداری با ذکر منبع مجاز می باشد .

 

=*=

 

یک سیستم از اشیاء در محیط مکس در واقع تعدادی از اشیا هستند که به هم پیوند دارند . پس از ساخت یک سیستم و تنظیم پارامترهای پیوند بین آنها هر گاه اشیا پدر را جابجا یا دستکاری کنید کلیه اشیا فرزند آن نیز جابجا میشوند . این جابجائی بر اساس فرمولهای Kinematics است .

 

اما جنبش های معکوس یا آنچه آن را Inverse Kinematics می نامیم سیستمی مشابه با FK است با این تفاوت که در سیستم IK آخرین شی در سلسله مراتب حرکت کرده و حرکات را به اشیا پدر منتقل میکنند .

 

انگشت پا در این مورد بهترین مثال است ..حرکت آن باعث حرکت مفاصل و در نهایت لگن و کل کاراکتر میشود .

[CodePlus 15,426]

FK و IK

 

رهگشائی Kinematics فقط بر یک زنجیره Kinematics قابل پیاده سازی است . سیستم FK سبب میشود تا اشیائی که پائین سلسله مراتب قرار گرفته اند به تبعیت از اشیا پدر حرکت داشته باشند.

مثلا ساختار پیوندی بازوی یک کاراکتر را در نظر بگیرید .. جائی که بازو به آرنج پیوند دارد و آرنج به مچ و انگشتان .. در سیستم FK انگشتها زمانی حرکت میکنند که بازو حرکت کند .. اما این به کار ما نمی آید ! .. در انیمیت کردن کاراکتر به دلیل همین ضعف سیستم FK ما از IK استفاده میکنیم ..

 

این سیستم به اشیا فرزند اجازه میدهد تا حرکات خود جوش داشته و سبب حرکت اشیا پدر شوند .. با تغئیر در حالت مچ دست .. بازو نیز تغئیر وضعیت میدهد .

 

 

[CodePlus 15,426]

ایجاد یک سیستم ik

 

قبل از متحرک سازی سیستم ik باید این سیستم را اجرا نموده و پیوندهاا را برقرار ساخته و از طریق دستکاری نقاط اتکای استخوانها اتصالات استخوانها را تعریف کرده و در نهایت قیها و محدودیت های اتصالات را مشخص کنید .

[CodePlus 15,426]

اولین گام برای ایجاد یک سیستم IK آن است که چند شی را ایجاد نموده و سپس آنها را با هم پیوند دهید برای ایجاد پیوند میتوانید از دکمه Select and link در نوار ابزار اصلی استفاده کنید .

 

سپس نقاط اتکای اشیای فرزند را در مرکز ناحیه اتصال بین آن شی و شی پدر قرار میدهید . بعنوان مثال نقطه اتکای قسمت بالا و پائین بازوی کاراکتر باید ناحیه آرنج باشد .

 

پس از ایجاد سیستم پیوندی و اصلاح مکان نقاط باید پانل Hierarchy را باز کرده و دکمه IK را کلیک کنید . قسمت های گوناگون پائین پانل آشکار میشود .که توسط آن سیستم IK و اشیا داخل آن را دستکاری میکنید.

 

[CodePlus 15,426]

انتخاب ترمیناتور

 

در سیستمهای IK حرکات اشیا فرزند سبب حرکت اشیا پدر خواهد شد . بهمین دلیل اگر تنظیمات این سیستم نادرست باشد ممکن است حرکات ایجاد شده در انگشتان یک کاراکتر نهایتا سبب چرخش سر کاراکتر شود .!

 

برای مقابله با این مشکل باید یک شی در سیستم به عنوان ترمیناتور یا پایان دهنده انتخاب نمائید .

 

ترمیناتور آخرین شی در سیستم IK است که توسط حرکات شی فرزند باید تحت تاثیر قرار گیرد . به این ترتیب میتوانید بازوی بالائی کاراکتر را به عنوان ترمیناتور قرار دهید تا هرگونه حرکات انگشتان کاراکتر با این شی ختم شود . برای تعئین این شی ابتدا آن را داخل دیدگاه انتخاب کرده و سپس داخل پانل و زیر قسمت Object parameters گزینه Terminator را فعال کنید .

 

[CodePlus 15,426]

تعئین قید های اتصالات

 

در مرحله بعدی با ید قید های اتصالات را تعریف و مشخص نمائید که توسط قسمتهای Sliding joints و Rotational joints داخل پانل انجام می دهید.

بطور پیش فرض هر اتصال در این سیستم شش درجه حرکات آزاد دارد.یعنی هر دو شی که اتصالات مشترک دارند .. میتوانند در سه جهت XوYوZ حرکت و چرخش داشته باشند . مقید کردن و محدود ساختن این حرکات بشما امکان میدهد تا از بروز حرکات غیر طبیعی در اتصالات جلوگیری نمائید .مثلا آرنج یک کاراکتر نباید به عقب خم شود.

برای مقید کردن محور حرکات ابتدا شی که شامل نقطه اتکای مربوط به اتصال مورد نظر میباشد را انتخاب نموده سپس زیر قسمت Sliding joints یا زیر قسمت Rotational joints گزینه Active مربوط به محور مورد نظر را غیر فعال نمائید.به این ترتیب آن محور در آن اتصال مقید وغیر فعال میشود .اما اگر میخواهید حرکات رخ داده در یک اتصال را محدود نمائید باید گزینه Limit را فعال کنید.

 

هنگامی که گزینه Limited را فعال میکنید در فیلدهای From و to دامنه حرکت آن شی را محدود میکنید . گزینه Ease سبب میشود هرگاه حرکت شی به محدوده های تعریف شده نزدیک شود حرکات با کندی بیشتری انجام گیرد.

 

گزینه Spring back به شی امکان میدهد تا مقداری را در فیلد عددی آن وارد کنید که هر گاه شی تحت فشار قرا گیرد به موقعیت اولیه برگردد .

 

در فیلد Spring tension مقدار نیروئی را مشخص میکنید که لازم است تا شی را از وضعیت استقرار آن جابجا نماید .

 

در فیلد Damping مقدار مقاومت اتصال را تعئین میکنید . این مقدار سبب مقاومت شی در برار نیروهای وارده میشود.

 

[CodePlus 15,426]

کپی کردن . چسباندن و قرینه سازی اتصالات

 

کار تنظیم قیدها و محدودیت ها در پروژه های بزرگ بسیار طاقت فرساست . به کمک دکمه های Copy و Paste زیر قسمت Object parameters و زیر قسمتهای Sliding joints و Rotational joints میتوانید قید ها ومحدودیت های تنظیم شده را کپی کرده و جای دیگری بچسبانید .

 

مقید سازی اشیا

 

هنگام کار در این سیستم لازم است تا یک شی را به شی دیگر مقید کنید (Bind) اتصال موجود در سیستم IK که با یک شی (Follow مقید شده باشد از حرکات شی اطراف صحنه تبعیت میکند . کنترلهای قیدها داخل پانل Hierarchy زیر قسمت Object parameters قرار دارند.

 

برای مقید نمودن یک شی ابتدا دکمه Bind را فعال نموده و سپس شی را انتخاب نمائید.

 

علاوه بر مقید سازی یک شی به هدف میتوانید اتصالات موجود در یک سیستم IK را به سیستم World در هر یک از محور ها مقید کنید . اتصال قفل شده و درجهت محور مقید شده حرکت یا چرخش نخواهد داشت .

 

 

 

[CodePlus 15,426]

عملکرد گزینه Precedence

 

هنگامی که مکس رهگشائی IK را محاسبه میکند ترتیب محاسبه اتصالات تعئین کننده نتیجه نهائیست . در فیلد Precedence میتوانید ترتیب قرارگیری اتصالات در محاسبه را تغئیر دهید . ابتدا شی را داخل IK انتخاب نموده و سپس مقدار مناسب را در فیلد Precedence وارد کنید .

 

اشیائی که مقدار Precedence آنها بیشتر باشند .. زودتر محاسبه میشوند.

 

 

مقدار Precedence همه اشیل بطور پیش فرض برار 0 است . به ایت ترتیب اشیائی که در سیستم IK پائین تر قرار دارند بیشترین حرکات را خواهند داشت .

 

پائین فیلد Precedence 2 دکمه قار دارد که تنظیمات آماده را در اختیار شما قرار میدهد.

 

Child to parent : مقدار تقدم شی ریشه در سیستم را معادل 0 قرار داده و .قدار تقدم هر یک از اشیا که پائین ریشه قرار دارند را در هر سطح معادل 10 واحد افزایش میدهد.

 

Parent to chiled : تقدم معکوس ایجاد میکند یعنی شی ریشه 0 میگیرد و هر شی قرار گرفته پائین ریشه در هر سطح 10 واحد منفی میگیرد.