Kinematyka odwrotna w projektowaniu 3D
Animacja 3D zapewnia inżynierom i autorom opowieści narzędzia do przedstawiania wciągających historii w nowym wymiarze.
Projektowanie 3D poprawia jakość i głębię wszystkiego, od gier komputerowych przez modele architektoniczne po skany medyczne.
Animacja 3D wymaga przede wszystkim kreatywności, ale też umiejętności technicznych. Kinematyka odwrotna to ramy matematyczne pozwalające uzyskać bardziej realistyczny i naturalny wygląd tekstur i ruchów postaci. Kolekcja Substance 3D pozwala utworzyć model, nadać mu teksturę i dodać do niego materiały inteligentne, a następnie wyeksportować go do narzędzia do animowania.
W tym przewodniku przeanalizujemy działanie kinematyki odwrotnej oraz wyjaśnimy, dlaczego jest tak przydatna i jak można zacząć ją stosować w projektach.
Co to jest kinematyka odwrotna?
Kinematyka odwrotna to model matematyczny służący do obliczania wszystkich parametrów łączeń łańcucha kinematycznego. W prostszym ujęciu: kinematyka odwrotna określa, które parametry łączeń są potrzebne, aby uzyskać bardziej naturalną animację. To podstawowa koncepcja umożliwiająca tworzenie realistycznych postaci. Wystarczy jedynie wskazać oprogramowaniu punkt początkowy i punkt końcowy szkieletu, a zajmie się ono resztą.
Kinematyka prosta określa natomiast punkt końcowy na podstawie serii łączeń. Służy ona bardziej do znajdowania punktu końcowego, podczas gdy kinematyka odwrotna służy przede wszystkim do rozbijania całego łańcucha na niezbędne połączenia w celu uzyskania bardziej realistycznego produktu.
Kinematyka odwrotna jest powszechnie stosowana w robotyce, ponieważ ułatwia inżynierom podejmowanie decyzji o tym, gdzie należy umieścić łączenia (stawy) w ramionach robota. Kinematyka odwrotna jest też stosowana w następujących dziedzinach:
- Projektowanie ergonomicznych protez kończyn
- Tworzenie postaci 3D z naturalnym rozmieszczeniem dłoni i stóp w otoczeniu
- Tworzenie naturalnie poruszających się rysów twarzy 3D
Zastosowania animacji opartej na kinematyce odwrotnej
Kinematyka odwrotna jest w animacji 3D niezbędna, ponieważ ułatwia uzyskiwanie naturalnych i realistycznych animacji postaci. Przed animacją opartą na kinematyce odwrotnej zaprojektowanie postaci, które mogłyby sięgnąć po przedmiot bez konieczności sterowania każdym stawem, wymagało dużego nakładu pracy. Na szczęście kinematyka odwrotna usprawnia proces animacji dzięki możliwości rozłożenia łączeń, czyli stawów, jednym kliknięciem.
Zalety stosowania kinematyki odwrotnej
Kinematyka odwrotna oferuje kilka korzyści, takich jak:
- Oszczędność czasu. Nie trać godzin na zmagania z mechaniką. Kinematyka odwrotna automatyzuje tę ciężką pracę, pozwalając na zajmowanie się snuciem opowieści.
- Sprawdzanie większej liczby możliwości twórczych. Kinematyka odwrotna poszerza horyzonty twórcze i pozostawia więcej czasu na poszukiwania twórcze. Tworzenie naturalnie poruszających się rysów twarzy 3D
- Zwiększenie wydajności. Dzięki kinematyce odwrotnej animatorzy pracują wydajniej, co pozwala grafikom na tworzenie bardziej realistycznych animacji mniejszym nakładem pracy.
Kinematyka odwrotna w interakcjach modeli 3D
Kinematyka odwrotna świetnie sprawdza się w animacji, ale ma też kluczowe znaczenie w modelach 3D. Dzięki tej technologii modele 3D stają się bardziej realistyczne, co poprawia zarówno ich jakość, jak i odbiór przez użytkowników końcowych.
Kinematyka odwrotna obsługuje na przykład środowiska rzeczywistości wirtualnej i rzeczywistości rozszerzonej, które są bardziej wciągające dla odbiorców. Dostawcy z branży służby zdrowia używają tej technologii do uczenia studentów medycyny tego, jak przeprowadzać operacje, a projektanci samochodów — do realizowania burzy mózgów na temat projektów, zanim przygotują kosztowne prototypy fizyczne.
Sprawdzone procedury pracy z kinematyką odwrotną
Kinematyka odwrotna jest w nowoczesnym projektowaniu niezbędna. Jednak aby w pełni wykorzystać możliwości tej funkcji, warto przestrzegać kilku praktycznych zasad:
- Równowaga między automatyzacją a poprawkami ręcznymi. Oprogramowanie automatycznie wykonuje wiele zadań, ale może być konieczne ręczne dostosowanie kilku kości, aby uzyskać dokładnie taki ruch, jaki jest wymagany.
- Dbanie o prostotę na początku. Złożone szkielety i siatki o wysokiej rozdzielczości mogą spowolnić działanie kinematyki odwrotnej. Podczas wstępnego konfigurowania kinematyki odwrotnej użyj uproszczonego szkieletu, który później dostosujesz.
- Sprawdzanie ograniczeń. W przypadku zaobserwowania dziwnych ruchów lub zapadniętych łańcuchów sprawdź, czy występują ograniczenia łączeń lub nadmiernie rozciągnięte łańcuchy.
Pierwsze kroki z kolekcją Adobe Substance 3D
Dzięki kinematyce odwrotnej animowanie i projektowanie grafiki 3D odbywa się szybciej, w bardziej kreatywny sposób i pozwala osiągać wysoce realistyczne wyniki. Aby jednak właściwie stosować tę technikę, są potrzebne odpowiednie narzędzia.
Modele możesz przygotowywać w kolekcji Adobe Substance 3D, a następnie importować do programów do animowania, aby tworzyć profesjonalne dzieła cyfrowe. Kinematyka odwrotna zapewnia wiele możliwości, więc bez obaw eksperymentuj z tą technologią, aby tchnąć życie w swoje prace.
Często zadawane pytania
JAKIE TECHNIKI KINEMATYKI ODWROTNEJ STOSUJE SIĘ W GRAFICE KOMPUTEROWEJ?
JAKICH DWÓCH TYPÓW KINEMATYKI UŻYWA SIĘ W ANIMACJI 3D?
Istnieją dwa typy kinematyki:
1. Kinematyka prosta. Ten typ kinematyki określa punkt końcowy modelu na podstawie podanych kątów łączeń.
2. Kinematyka odwrotna. Ta metoda jest przeciwieństwem kinematyki prostej. W przypadku kinematyki odwrotnej używa się punktów początkowego oraz końcowego, aby obliczyć kąty łączeń.
JAKICH NARZĘDZI UŻYWA SIĘ DO OBSŁUGI KINEMATYKI ODWROTNEJ?
Do pracy z kinematyką odwrotną możesz używać gamy narzędzi, takich jak:
● Blender
● Maya
● 3ds Max