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浅谈MAYA骨骼设置中IK与FK无缝转换实现 　　摘要：三维动画制作中，存在着正向动力学与反向动力学两种控制方式，这两种控制方式各有特点，在实际项目制作时更是相辅相成，不可缺少，甚至很多时候，需要二者不断转换从而达到制作目的。该文通过对Maya骨骼设置中正向动力学与反向动力学的分析，总结了正向动力学与反向动力学各自的特点，并指出正向动力学与反向动力学在Maya中相互转换的难点所在，最后论述如何通过表达式实现无缝转换的制作思路。 　　关键词：三维动画；骨骼设置；IK；FK 　　中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)09-2141-03 　　1正向动力学与反向动力学 　　在三维软件中，角色动画的控制方式有两种，即正向动力学（Forward Kinematics，简称“FK”）与反向动力学（Inverse kinematics，简称“IK”）。其中正向动力学是遵循父子关系的层级，用父层级物体带动子层级的物体；反向动力学一般运用在骨骼物体上，是通过先确定末端子骨骼的位置,然后反求推导出其所在骨骼链上n级父骨骼的旋转角度，从而确定整条骨骼链形态的方法。 　　正向动力学与反向动力学各自有其特点，正向动力学计算简单，运算速度快，动画时需从父关节到子关节逐一指定每个关节的角度；反向动力学求解方程组需要耗费相对较多的计算机资源，但随着计算机硬件性能的不断升级，这个问题并不明显。事实上，正向动力学与反向动力学，本身没有优劣之分，我们需要结合实际制作项目，具体问题具体分析。例如，人在走路时，手臂进行摆动，这时肩关节带动大臂带动小臂带动手腕进行曲线运动，这时更符合正向动力学的运动方式；如果使用反向动力学，就会造成更多的关键帧去控制末端骨骼以便精确算出其父关节的运动角度。再如，人在做俯卧撑运动时手臂末端关节保持在地上，这时运用反向动力学，反向求出大臂和小臂的骨骼角度更加方便，而这时如果运用正向动力学，通过大臂和小臂的角度变化实现手保持在底面上的效果就会非常困难。由此可见，实际三维动画项目开发中，应灵活运用正向动力学与反向动力学，选择适合的动画方法将使工作达到事半功倍的效果。 　　在实际项??制作中，正向动力学与反向动力学是经常需要综合运用的，例如制作一个伸手开门的动作，在伸出手放到们把手之前，手臂的运动更适合使用正向动力学，而手放到门把手后开门的动作则适合运用反向动力学，可将手部控制器约束到门把手上，这样实现起来更方便。由此可见，正向动力学与反向动力学在三维动画制作中，是非常重要，相互不可替代的，制作动画时，二者需要相辅相成，能够相互转换。 　　2正向动力学与反向动力学转换存在的问题 　　正反向动力学在动画中都是不可或缺的，因此在进行三维动画骨骼设置时，应分别设置正反向动力学，并且需要让其切换自如。在MAYA软件中，骨骼系统需要与相应控制器进行连接，以方便动画的设置。而正向动力学与反向动力学切换的时候，由于两套控制器之间无法直接联系影响，使得骨骼进行正反向动力学切换后，骨骼的位置会发生改变，从而增加动画控制的难度，因此如何解决正向动力学与反向动力学的无缝转换是三维动画骨骼控制系统中的关键问题。 　　3正向动力学与反向动力学无缝转换的实现 　　1）实现思路：之所以造成正向动力学与反向动力学转换时骨骼发生变化，就是因为两套控制系统在转换时所处的位置和角度不同，我们如果试着在IK、FK转换之前将他们的位置角度匹配好，然后再进行转换的时候就不存在骨骼位置的跳转，而每次通过动画师手动去控制位置的匹配会非常麻烦，我们需要寻找一种更方便的方法来实现IK、FK转换之前进行相应控制器的匹配。 　　2）通过MEL语言实现IK、FK控制器位置及角度的匹配：MEL语言是maya自己的一套编程语言，在Maya中可通过xform语句设置或查询transformation节点中的任何元素，同时也能被用来查询一些不能被直接设置的数值,如transformation矩阵或bounding box。这样就可以通过xform语句来匹配控制器的位置和角度。 　　在Maya中通过xform语句实现跟踪物体的方法：如图1，场景中创建一个球体pSphere1，和一个虚拟物体locator1，如果要实现使虚拟物体与球体位置进行匹配，其方法为，在脚本编辑器中输入语句： 　　$abc = `xform -q -ws -t pSphere1`; 　　xform -ws -t $abc[0] $abc[1] $abc[2] locator1; 　　 　　图1 　　其中第一句语句用来查找目标物体在世界坐标中的位置坐标，首先声明一个变量abc（变量名称可自定义），用xform语句获取pSphere1在世界坐标中的位置信息，并赋值给abc变