Disney предложили оптимальный метод IK-анимации

Научно-исследовательское подразделение Disney Research опубликовало статью с описанием метода улучшения скелетной анимации путем оптимизации управляющих элементов инверсной кинематики (tangent space optimization & constraints). Метод может использоваться для упрощения сложной анимации и устранения эффектов "проскальзывания и утопания" без создания дополнительных ключевых кадров.

Анимация персонажей основывается на интерполяции ключевых кадров по времени. В современном пайплайне аниматор сначала использует комбинацию прямой (Forward Kinematics, FK) и обратной кинематики (Inverse Kinematics, IK), чтобы задать персонажу определенное положение в ключевых кадрах с помощью управляющих элементов (кинематических цепочек или ригов), и манипулирует кривыми управления траекторией (или арками) для точной настройки. Затем программный алгоритм интерполирует ключевые кадры с заданными параметрами управляющих элементов для получения анимации (т.е. генерит промежуточные положения). Поскольку при FK-анимации контакт передается строго в иерархической зависимости — от родителя к дочернему элементу — становится невозможно наложить позиционные ограничения и, например, зафиксировать конечные точки, что приводит к эффекту "проскальзывания" или "утопания". Для устранения эффекта используется IK-анимация для фиксации конечных точек в пространстве на ключевых кадрах, но она часто вызывает ошибки интерполяции и не позволяет задавать позиционные ограничения в неключевых кадрах.

Исследователи из Disney Research решили задачу временнОй интерполяции управляющих элементов с позиционными ограничениями путем оптимизации тангенциальных векторов кривых для точной манипуляции управляющими элементами (tangent space optimization & constraints).

Среди особенностей предложенного метода:

1. Работает в пространстве редактируемых кривых и, следовательно, легко интегрируется в рабочий процесс.
2. Не добавляет новые ключевые кадры.
3. Позволяет создавать траектории движения в таймлайне, расширяя возможности инверсной кинематики.
4. Ускорение работы путем фиксации конечных элементов методом pin-and-drag.

Исследователи продемонстрировали полезность метода на практике с помощью различных примеров, таких как анимация пальцев при игре на гитаре и создание не антропоморфной анимации.

По словам исследователей, эффективность метода ограничена при большом количестве контактов кинематических цепочек и ограничений, наличие которых не позволит интерполировать кривую Безье так, чтобы получилось создать желаемую траекторию движения. В таком случае, необходимо принудительно создавать дополнительные ключевые кадры. Кроме того, может оказаться удобнее использовать разные ключевые кадры для анимации разных частей персонажа. Подобные случаи станут предметом последующих исследований, поясняют ученые.