Praca z kinematyką odwrotną

Kinematyka odwrotna (IK) umożliwia tworzenie realistycznych animacji poprzez łączenie części w taki sposób, aby poruszały się względem siebie w sposób realistyczny.

Na przykład: za pomocą IK można przesunąć nogę do określonego miejsca poprzez wykonywanie ruchów zginania w stawach nogi, która ma osiągnąć wymagane położenie. IK korzysta ze struktury kości połączonych ze sobą w strukturę o nazwie szkielet IK. Pakiet fl.ik ułatwia tworzenie animacji przypominających ruch naturalny. Umożliwia płynne animowanie wielu szkieletów IK bez konieczności posiadania szczegółowej wiedzy na temat zasad fizyki w algorytmach IK.

Najpierw należy utworzyć szkielet IK z pomocniczymi kośćmi i stawami w programie Flash Professional. Następnie należy uzyskać dostęp do klas kinematyki odwrotnej w celu animowania szkieletu w środowisku wykonawczym.

Szczegółowe informacje dotyczące tworzenia szkieletów kinematyki odwrotnej zawiera sekcja poświęcona korzystaniu z kinematyki odwrotnej w dokumentacji Korzystanie z programu Flash Professional.

Po utworzeniu szkieletu IK w programie Flash Professional należy użyć klas fl.ik w celu ograniczenia jego ruchu, śledzenia zdarzeń i animowania szkieletu w środowisku wykonawczym.

Poniższa ilustracja prezentuje klip filmowy o nazwie Wheel. Oś jest instancją IKArmature o nazwie Axle. Klasa IKMover porusza szkieletem w synchronizacji z obrotami koła. Kość IKBone, ikBone2, w szkielecie jest dołączona do koła przy stawie ogonowym.

A.

Koło

B.

Oś

C.

ikBone2

W trakcie wykonywania koło obraca się zgodnie z animacją ruchu __motion_Wheel omówioną w sekcji Opisywanie animacji. Obiekt IKMover inicjuje i kontroluje ruch osi. Poniższa ilustracja prezentuje dwa zrzuty szkieletu osi dołączonego do obracającego się koła w różnych klatkach obrotu.

import fl.ik.* 
 
var tree:IKArmature = IKManager.getArmatureByName("Axle"); 
var bone:IKBone = tree.getBoneByName("ikBone2"); 
var endEffector:IKJoint = bone.tailJoint; 
var pos:Point = endEffector.position; 
 
var ik:IKMover = new IKMover(endEffector, pos); 
ik.limitByDistance = true; 
ik.distanceLimit = 0.1; 
ik.limitByIteration = true; 
ik.iterationLimit = 10; 
 
Wheel.addEventListener(Event.ENTER_FRAME, frameFunc); 
 
function frameFunc(event:Event) 
{ 
    if (Wheel != null) 
    { 
        var mat:Matrix = Wheel.transform.matrix; 
        var pt = new Point(90, 0); 
        pt = mat.transformPoint(pt); 
         
        ik.moveTo(pt); 
    } 
}

Klasy IK używane do poruszania osią:

Pełny i szczegółowy opis tych klas zawiera dokumentacja pakiet ik.

Najpierw należy zadeklarować szkielet, kość i staw, które tworzą części, jakie będą się poruszały.

W poniższym kodzie wykorzystano metodę getArmatureByName() klasy IKManager w celu przypisania wartości szkieletu Axle do zmiennej tree klasy IKArmature. Szkielet Axle został poprzednio utworzony w programie Flash Professional.

var tree:IKArmature = IKManager.getArmatureByName("Axle");

I podobnie — w poniższym kodzie wykorzystano metodę getBoneByName() klasy IKArmature w celu przypisania do zmiennej IKBone wartości kości ikBone2.

var bone:IKBone = tree.getBoneByName("ikBone2");

Staw ogonowy kości ikBone2 jest częścią szkieletu, która jest dołączona do obracającego się koła.

Poniższa linia deklaruje zmienną endEffector i przypisuje ją do właściwości tailjoint kości ikBone2:

var endEffector:IKJoint = home.tailjoint;

var pos:Point = endEffector.position;

W tym przykładzie pos jest pozycją stawu na końcu osi, w miejscu, w którym łączy się z kołem. Oryginalna wartość tej zmiennej jest uzyskiwana z właściwości position stawu IKJoint.

Instancja klasy IKMover porusza osią.

var ik:IKMover = new IKMover(endEffector, pos);

Właściwości klasy IKMover umożliwiają ograniczanie ruchu szkieletu. Ruch można ograniczyć na podstawie odległości, iteracji oraz czasu ruchu.

Poniższe pary właściwości wymuszają te ograniczenia. Pary zawierają wartość Boolean, która wskazuje, czy ruch jest ograniczony, oraz liczbę całkowitą, która określa limit:

Domyślnie wszystkie wartości typu Boolean są ustawiane na false, a zatem ruch nie jest ograniczony, o ile wartość Boolean nie zostanie jawnie ustawiona na true. Aby wymusić limit, należy ustawić odpowiednią właściwość na true, a następnie określić wartość odpowiadającej jej właściwości typu Integer. Jeśli zostanie ustawiona wartość limitu, ale nie zostanie określona odpowiednia wartość Boolean, wówczas limit zostanie zignorowany. W takim przypadku silnik IK będzie kontynuował ruch obiektu do czasu osiągnięcia innego limitu lub pozycji docelowej klasy IKMover.

ik.limitByDistance = true; 
ik.distanceLimit = 0.1; 
ik.limitByIteration = true; 
ik.iterationLimit = 10; 

Mechanizm kinematyki odwrotnej dostępny w aplikacji Flash Professional CS5 pozwala na obsługę sprężynowania kości. Sprężynowanie kości może być ustawiane podczas tworzenia, a atrybuty sprężynowania mogą być dodawane i modyfikowane w środowisku wykonawczym. Sprężystość jest właściwością kości i jej stawów. Właściwość jest opisana dwoma atrybutami: IKJoint.springStrength, który określa stopień sprężynowania, oraz IKJoint.springDamping, który zwiększa tłumienie drgań sprężyny i wpływa na szybkość zaniku efektu sprężynowania.

Stopień sprężynowania to wartość wyrażona w procentach od 0 (domyślnie, całkowita sztywność) do 100 (elastyczność, sterowanie silnikiem Physics). Kości posiadające właściwość Spring reagują na ruch w ich stawach. Jeśli nie wystąpiła żadna zmiana (rotacja, przesunięcie x lub y), wówczas ustawienia sprężynowania nie mają wpływu na zachowanie kości.

Tłumienie sprężynowania to wartość wyrażona w procentach od 0 (brak oporu) do 100 (pełne tłumienie). Tłumienie wpływa na czas, jaki upływa między początkiem ruchu kości a jej powrotem do pozycji spoczynkowej.

Aby sprawdzić, czy sprężynowanie zostało aktywowane dla obiektu IKArmature, należy odczytać jego właściwość IKArmature.springsEnabled. Inne właściwości i metody Spring nalezą do poszczególnych obiektów IKJoint. Staw może umożliwiać obroty i przesunięcia wzdłuż osi x i y. Kąt sprężynowania dla stawu obrotowego można ustawić za pomocą właściwości IKJoint.setSpringAngle, a pozycję sprężyny dla stawu umożliwiającego przesuwanie można ustawić za pomocą właściwości IKJoint.setSpringPt.

Ten przykład ilustruje wybór kości wg nazwy i identyfikację jej właściwości tailJoint. Kod testuje nadrzędny szkielet w celu sprawdzenia, czy sprężynowanie zostało aktywowane, a następnie ustawia właściwości sprężynowania dla stawu.

var arm:IKArmature = IKManager.getArmatureAt(0); 
var bone:IKBone = arm.getBoneByName("c"); 
var joint:IKJoint = bone.tailJoint; 
if (arm.springsEnabled) { 
    joint.springStrength = 50; //medium spring strength 
    joint.springDamping = 10; //light damping resistance 
    if (joint.hasSpringAngle) { 
        joint.setSpringAngle(30); //set angle for rotational spring 
    } 
}

Klasa IKEvent umożliwia utworzenie obiektu zdarzenia, który zawiera informacje dotyczące zdarzeń IK. Informacje w klasie IKEvent opisują ruch, który zakończył się z powodu przekroczenia limitu czasu, odległości lub iteracji.

Poniższy kod prezentuje detektor zdarzenia i moduł obsługi zdarzenia dla śledzenia zdarzeń przekroczenia limitu czasu. Ten moduł obsługi zdarzeń zgłasza właściwości dotyczące czasu, odległości, liczby iteracji i stawu biorącego udział w zdarzeniu w przypadku przekroczenia limitu czasu klasy IKMover.

var ikmover:IKMover = new IKMover(endjoint, pos); 
ikMover.limitByTime = true; 
ikMover.timeLimit = 1000; 
 
ikmover.addEventListener(IKEvent.TIME_LIMIT, timeLimitFunction); 
 
function timeLimitFunction(evt:IKEvent):void 
{ 
    trace("timeLimit hit"); 
    trace("time is " + evt.time); 
    trace("distance is " + evt.distance); 
    trace("iterationCount is " + evt.iterationCount); 
    trace("IKJoint is " + evt.joint.name); 
}