در این مقاله مزایا و معایب کینماتیک و دینامیک در کنترل حرکت برای متحرک سازی کاراکترهای سه بعدی بحث می کنیم در این مقاله یک سیستم کنترل حرکت براساس دینامیک ارائه میدهیم .
برنامه های چنین سیستمی بخصوص در محیط راه رفتن و چنگ انداختن می‌باشند . این نشان می دهد که شبیه سازی نوشتن یک نامه یک پروسه مناسب دینامیک است برای اینمیشن دست آمدت علم حرکت وکینماتیک قابل اطمینان تر است شکل تغییر فرم سطح نیز بصورت کامل مورد توجه قرار گرفته است .
لغات کلیدی : کینماتیک یا علم حرکت ، دینامیک کاراکترهای سه بعدی راه رفتن و نوشتن بدست آوردن و چنگ زدن .
معرفی :
در این مقاله ما مشکل مهم حالت گرفتن بازوها و حرکت دادن در انیمیشن انسان را مورد بررسی قرار می دهیم : چه زاویه ای برای شانه ها داشته باشد . آرنج و مچ لازم است در حالیکه دست باید به یک موقعیت خاصی ودر
نقطه ای از فضا حرکت کند ؟
چگونه بازو را بصورت واقعی برای مثلا نوشتن یک نامه متحرک سازی کنیم؟
این اساسا یک مشکل کنترل حرکت است . برای حل این مشکل راههای مختلفی توضیح داده شده و کلاسه بندی شده اند .
در قدم اول تست و پویو در سال 1988 مدلها را در مدلهای کنیماتیک دینامیک کلاسه بندی کردند مدلهای کینماتیک حرکت را از موقعیت ها ایجاد می کردند وهمچنین از روی سرعت و شتاب مدلهای دینامیک حرکت را با یکسری فشارها و چرخشها توصیف می کردند که از اطلاعات کینماتیک بدست
می‌آمد.
سیستمها همچنین می توانند براساس خصوصیات حرکت هایی که اجازه دادند کلاسه بندی شوند . برای مثال ژلتور ( 1985) سیستمهای انیمیشن را با راهنمایی و مرحله متحرک ساز یاسیستم مرحله اجرا کلاسه بندی کرد .
راهنمایی : در این سیستمها متحرک ساز بصورت کامل جزئیات حرکت را تعریف می کند .
در این جا هیچ نوع تعریف کار بردی برا ی هماهنگی با حرکت یا هماهنگی نیست . سیستمهای راهنمایی شامل ضبط حرکت ، الحلق شکل ، سیستمهای
تغییر شکل کلیدی و سیستمهای براساس ثبت می باشند .
مرحله متحرک ساز :
این سیستمها بصورتی تعریف شده اند که به متحرک ساز اجازه ایجاد حرکت الگوریتمی را می دهند .
مرحله کاری : این سیستمها باید برای اجرای برنامه های موتور برای کنترل کاراکترها زمانبندی شوند .
کینماتیک ( علم حرکت ):
مشکل کینماتیک های مستقیم شامل پیدا کردن موقعیت و چرخش یک کار دستی با توجه به منبع ثابت شده سیستم هماهنگ مانند یک عملگر زمانی بدون توجه به فشارها ویا لحظه های ایجاد حرکت می باشد . یک کینماتیک نوعی یک انیمیشن پارامتر یک است که شامل مشخهصه هایی برای بعضی موقعیتهای کلیدی زاویه های مختلف برای اتصال های کاراکتر اسکلتی دارد .
یک اسکلت بصورت مجموعه قطعات بهم متصل شده تعریف می شود که برابر با اعضا بدن و مفاصل می باشد مفصل تقاطع دو قطعه است یعنی یک نقطه ای اسکلتی است هایی که بازویی که متصل است به آن نقطه حرکت می کند زاویه بین دو قطعه زاویه مفصل نامیده می شود .
یک مفصل حداکثر سه مدل زاویه می گیرد . انحناء چرخش محوری و حرکت پیچش حرکت انحناء یک چرخش دست است که با مفصل تاثیر می گردد و روی حرکت تمام بازوهای متصل به این مفصل تاثیر می گذارد این حرکت انحناء با نقطه اتصال مفصل و محور انحناء که تعریف شده است رابطه دارد .
چرخش محوری یک گردش از محور انحناء هول بازو ایجاد می کند که با مفصل تاثیر می گیرد .
پیچ خوردگی یک پیچش روی بازها ایجاد می کند که با مفصل تاثیر می گیرد حرکت محور پیچش شباهت به حرکت چرخش محوری دارد .
این یک ضرورت است که ما نقاط ثابت داشته باشیم برای مثال برای ساخت یک کاراکتر نشسته یک نقطه ثابت باید برای پاها تعریف شود تا از بالا رفتن کل پا ( لنگ ) جلوگیری کند .
برای راه رفتن نقطه ثابت باید از یک پایه های دیگر تغییر کند در یک سکانس انیمیشن نقطه ثابت ممکن است تغییر کند .
هر موقعیت کلیدی شامل موقعیت باز دیگر در یک بازه زمانی است بنابراین
یک سکانس انیمیشن از یک سری موقعیتهای کلیدی تشکیل می شود حرکت اسکلت توسط درج مقدار زاویه هر مفصل که برای اسکلت تعریف شده است محاسبه می شود که این کار توسط نوارهای باریک انجام می شود .
تغییر نوارهای منحنی با تغییر پارامترهای منحنی ممکن است در کل برای ساخت یک سکانس انیمیشن لازم است که :
1- تصمیم گیری در مورد حرکت بازیگر بنابه داستان سکانس
2- تعریف زاویه های مفصلی برای زمانهای مشخص شده
3- تعیین پارامترهای نواری برای الحاق
شکل کینماتیک معکوس شامل تعیین مفصلهای متغییر که موقعیت و جهت آخر کنترل کننده را با توجه به سیستم متعادل مرجع می گیرد . این مشکل کلیدی است چون متغیرهای مستقل در یک ربات ویک بازیگر مصنوعی متغیرهای مفصلی هستند .
متاسفانه تغییر شکل موقعیت از کار تیشن تا مفصل مربوط عموما یک راه حل بسته ندارد .
بهرحال یکسری ترتیب های خاص محورهای مفصلی که برای راه حلهای بسته موجود است وجود دارد .