Cinemática inversa (IK) é uma técnica usada em motores de jogos e software de animação para controlar o movimento das articulações de um personagem de uma forma mais realista. Ele permite que o desenvolvedor do jogo especifique a posição final desejada para o membro de um personagem e, em seguida, calcula as rotações das articulações individuais necessárias para alcançar essa posição. Isso é o oposto da cinemática frontal, onde a posição de um membro é determinada pelas rotações de suas articulações.
IK é particularmente útil para criar movimentos mais naturais e realistas para personagens, como caminhar, correr e subir escadas. Também pode ser usado para criar interações mais verossímeis entre os personagens e o ambiente, como agarrar objetos ou alcançar um ponto de apoio.
A implementação de IK em um mecanismo de jogo pode ser complexa, pois requer a resolução de um sistema de equações para determinar as rotações das juntas. Existem vários algoritmos diferentes que podem ser usados para resolver IK, como inverso jacobiano, descida cíclica de coordenadas (CCD) ou FABRIK. Neste tutorial, vamos repassar o básico e ver como podemos implementar um controlador de personagem simples com IK em U3D.
Aqui está um tutorial passo a passo sobre como usar IK em U3D para criar um modelo animado que pode subir escadas:
- Primeiro, crie um modelo de personagem com um esqueleto e um conjunto de animações.
- Em seguida, crie um conjunto de escadas na cena.
- Crie um script que controle o movimento do personagem. Neste script, crie um solucionador IK para cada perna do personagem.
- Na função de atualização do script, calcule a posição de destino para cada perna usando a posição das escadas.
- Use o solucionador IK para calcular a rotação de cada articulação da perna que levará o pé do personagem à posição desejada.
- Aplique as rotações calculadas nas articulações das pernas do personagem.
- Repita as etapas 4 a 6 para cada quadro da animação.
- Teste a animação para garantir que os pés do personagem estejam posicionados corretamente na escada enquanto ele sobe. Faça os ajustes necessários.
As etapas acima devem dar uma ideia geral de como implementar IK em U3D. No entanto, é importante observar que o IK pode ser complexo e requer muita tentativa e erro para acertar. Aqui está um exemplo de código U3D que demonstra como controlar o movimento do personagem e criar um solucionador IK para cada perna do personagem:
#include "CharacterMovement.h"#include "IKSolver.h"using namespace Urho3D;CharacterMovement::CharacterMovement(Context* context) : Component(context){ // Create an IK solver for each leg of the character leftLegIK = new IKSolver(context); rightLegIK = new IKSolver(context);}void CharacterMovement::Update(float timeStep){ // Get the position of the stairs Vector3 stairPos = scene_->GetChild("Stairs")->GetWorldPosition(); // Calculate the target position for the left leg Vector3 leftTargetPos = CalculateLeftLegTargetPos(stairPos); // Calculate the target position for the right leg Vector3 rightTargetPos = CalculateRightLegTargetPos(stairPos); // Use the IK solver to calculate the rotation of each joint in the left leg leftLegIK->Solve(leftTargetPos); // Use the IK solver to calculate the rotation of each joint in the right leg rightLegIK->Solve(rightTargetPos); // Apply the calculated rotations to the joints of the character's legs leftLegIK->Apply(); rightLegIK->Apply();}Vector3 CharacterMovement::CalculateLeftLegTargetPos(Vector3 stairPos){ // Get the position of the character Vector3 characterPos = node_->GetWorldPosition(); // Get the forward direction of the character Vector3 characterForward = node_->GetWorldDirection(); // Get the right direction of the character Vector3 characterRight = node_->GetWorldRight(); // Calculate the distance to the stair float distanceToStair = (stairPos - characterPos).Length(); // Calculate the height of the stair float stairHeight = stairPos.y_ - characterPos.y_; // Calculate the target position for the left leg Vector3 leftTargetPos = characterPos + (characterForward * distanceToStair) - (characterRight * 0.5f) + Vector3(0.0f, stairHeight, 0.0f); return leftTargetPos;}Vector3 CharacterMovement::CalculateRightLegTargetPos(Vector3 stairPos){ // Get the position of the character Vector3 characterPos = node_->GetWorldPosition(); // Get the forward direction of the character Vector3 characterForward = node_->GetWorldDirection(); // Get the right direction of the character Vector3 characterRight = node_->GetWorldRight(); // Calculate the distance to the stair float distanceToStair = (stairPos - characterPos).Length(); // Calculate the height of the stair float stairHeight = stairPos.y_ - characterPos.y_; // Calculate the target position for the right leg Vector3 rightTargetPos = characterPos + (characterForward * distanceToStair) + (characterRight * 0.5f) + Vector3(0.0f, stairHeight, 0.0f); return rightTargetPos;}Este código de exemplo demonstra como usar um solucionador IK para controlar o movimento das pernas de um personagem. A função Atualizar é chamada para cada quadro da animação e usa a posição da escada para calcular a posição de destino para cada perna. O solucionador IK é então usado para calcular a rotação de cada articulação da perna que levará o pé do personagem à posição desejada, e as rotações calculadas são aplicadas às articulações das pernas do personagem.
Com informações de GameDev.net.
