domingo, 21 de septiembre de 2014

"IK" no significa "¿Y qué?"

Qué encontrarás en esta entrada?
  • Cinemática inversa en Blender.
  • Imágenes y vídeos de ejemplo.


La cinemática inversa (en inglés, "inverse kinematics", conocida a veces como "IK") es una disciplina que intenta calcular el movimiento de una cadena de articulaciones dadas ciertas restricciones, por ejemplo, la posición de la punta de la cadena.

Esto puede tener aplicaciones interesantes en robótica. En animación 3D, también tiene su utilidad, que es de lo que vamos a hablar en esta entrada.

Hasta hace poco, para mi esta era una parte muy oscura de la animación. Mi intención es arrojar algo de luz sobre el procedimiento básico en Blender con los últimos conocimientos que he adquirido para todo aquel que se encuentre en la situación en la que yo estaba hace unos días.

Cuando queremos animar un modelo 3D, el primer paso es tener el modelo, por lo que, lógicamente, hay que modelarlo. No entraremos en este post en los detalles del mundo del modelado, sobre el cual hay información de sobra en la red.

Una vez tengamos nuestro modelo 3D inerte, le dotamos de un esqueleto (en Blender se le llama "armature"). Un esqueleto es una estructura formada por huesos ("bones"). La creación del esqueleto es un proceso muy parecido al del modelado, salvo que en vez de usar figuras geométricas, se utilizan huesos, que geométricamente no son más que objetos con dos vértices ("cabeza" y "cola"). Los huesos se construyen según cómo queramos que se mueva nuestro modelo. Entre hueso y hueso hay una articulación que puede rotar, deformando la parte del modelo a la que esté asociada.


Esqueleto y algunos movimientos posibles con cinemática inversa
Cuando tengamos construido nuestro esqueleto, hay que asociarlo con las partes del modelo que se van a mover. Esto se realiza seleccionando siempre primero el modelo, luego el esqueleto, y con "ctrl+p". Se selecciona entonces la opción de asignar pesos automáticos.


Con esto tenemos una asignación básica de la parte a la que afectaría cada hueso. En mi opinión, es muy importante revisarla. Desde el menú de edición del modelo, una vez asociado el esqueleto, en la pestaña de grupos de vértices, aparecerán grupos con los nombres que hayamos dado a cada hueso. Desde allí se puede revisar exactamente qué conjunto de vértices de nuestro modelo están afectados por cada hueso, y redefinirlo con la ayuda de los botones "assign" (asignar el conjunto de vértices seleccionado), "remove" (borrar el conjunto de vértices que había sido asignado previamente), "select" (seleccionar el conjunto de vértices que fue asignado previamente) y "deselect" (desmarcar el conjunto de vértices asignado).


Con esto habríamos acabado la tarea de añadir un esqueleto a nuestro modelo, y podríamos deformarlo moviendo cada uno de los huesos. Sin embargo, hay una forma más interesante de animar a nuestro personaje, y es con la cinemática inversa.

El primer paso es crear unos huesos auxiliares en el esqueleto que estén desemparentados. Este paso es importante, durante mucho tiempo mi error era pensar que estos huesos eran opcionales, y por ello no obtuve el resultado deseado. El objetivo de estos huesos auxiliares "libres" es que podamos "tirar de ellos" para que se arrastre la cadena que tienen enganchada. Se crea un hueso auxiliar en cada parte del esqueleto de la que queramos "tirar" y se desemparenta seleccionando la "x" del apartado "parent", de tal manera que éste quede vacío y no muestre el nombre de ningún otro hueso. Así le hacemos que sea libre, y podremos transladarlo a nuestro antojo.


Evidentemente, no nos interesa que sea libre del todo, porque si no, no afectaría a nuestro sujeto. Lo que tenemos que hacer es encadenarlo a la punta de la cadena. Para ello, seleccionamos el hueso del que vayamos a tirar, después el último hueso de la cadena, y pulsamos "shift+i", de esta manera definimos una relación "IK", que podremos utilizar más tarde. No es raro que se descoloque nuestro modelo en este paso. Eso se debe a que la cadena que tenemos definida es de nivel 0. Hay que aumentar el valor de la longitud de la cadena ("Chain Length") en tantas unidades como articulaciones queramos que sean afectadas.


Una vez hecho esto, en el modo de pose, moviendo cada hueso auxiliar la cadena que lleva enganchada se moverá con él, pudiendo manejar a nuestro modelo como un titiritero tirando de cada cuerda. No tocamos todas las articulaciones, sino que tiramos de las puntas de las cadenas, y la cinemática inversa se encargará de recolocar el resto de los huesos cumpliendo con las restricciones que le hayamos metido.

Una vez obtenido el resultado deseado, lo guardamos con "i" y seleccionamos "Whole Character". Nos movemos a cualquier otro fotograma y repetimos la operación. Blender se encargará de generar una transición continua que una las dos poses.

A continuación, un muy breve ejemplo de lo que me ha salido a mi.


Estoy trabajando en un proyecto más amplio donde podréis ver a este simpático dinosaurio en acción. Espero poder enseñároslo pronto y también que este breve tutorial os haya aclarado algunas de vuestras dudas.

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