本文轉(zhuǎn)自公眾號(hào)：十二只熊

IK即反向運(yùn)動(dòng)學(xué)(inverse kinematics)，通過可位移的手柄控制器，反向描述關(guān)節(jié)鏈中的骨骼旋轉(zhuǎn)。使用IK，可以直接專注于關(guān)節(jié)鏈的最終形態(tài)，而不必糾結(jié)于每個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

一、IK結(jié)構(gòu)

IK控制器（手柄），可以僅通過控制器兩端之間的距離、方向，控制某一段關(guān)節(jié)鏈（Joint Chains）中所有骨骼的旋轉(zhuǎn)值，該控制器分為三部分：

起始關(guān)節(jié)（Start Joint）

末關(guān)節(jié)（End Joint）

控制柄（IK Handle）

菜單Skeleton - Create IK Handle，切換到IK控制器創(chuàng)建模式，分別點(diǎn)擊需要操控的關(guān)節(jié)鏈的首尾兩端的骨骼關(guān)節(jié)，即可為當(dāng)前關(guān)節(jié)鏈創(chuàng)建IK控制器。

解算器（ikXXsolver）節(jié)點(diǎn)

IK系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，是由IK解算器根據(jù)末端效應(yīng)器（ikEffector）的位置、方向，從而最終解算并應(yīng)用IK控制的關(guān)節(jié)鏈中各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)不同的關(guān)節(jié)鏈形式，Maya支持以下幾種IK解算器類型：

單鏈IK：Single Chain IK solver (ikSCsolver)

旋轉(zhuǎn)平面IK：Rotate Plane IK solver (ikRPsolver)

樣條IK：Spline IK solver (ikSplineSolver)

人體IK：Human IK solver (hikSolver)

效應(yīng)器（ikEffector）節(jié)點(diǎn)

骨骼層級(jí)關(guān)系中，效應(yīng)器一般與IK關(guān)節(jié)鏈中的末端關(guān)節(jié)同級(jí)，所以稱為末端效應(yīng)器，該效應(yīng)器的位置屬性被末端骨骼的Translate屬性所控制，間接的受IK控制器移動(dòng)手柄的影響。

效應(yīng)器的位置就是IK鏈末端的最終位置，為解算器提供解算信息。

控制柄（ikHandle）

控制柄即視圖中所顯示的 十字手柄以及連接到骨骼上的柄干部分：

選中控制柄，右鍵調(diào)出熱盒菜單，Disable ikHandle和Enable ikHandle可以禁用和開啟控制柄的影響。

決定關(guān)節(jié)鏈中的骨骼的整體旋轉(zhuǎn)方向的向量等屬性即可在ikHandle節(jié)點(diǎn)的屬性面板中修改。

注意：官方文檔建議，使用IK控制器時(shí)，目標(biāo)關(guān)節(jié)鏈中的各個(gè)關(guān)節(jié)最好提前調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)的彎曲程度，這樣控制器能夠更輕便地識(shí)別彎曲方向。

創(chuàng)建方式

一般IK控制器的創(chuàng)建方式，都是執(zhí)行Create IK 相關(guān)命令，使鼠標(biāo)光標(biāo)進(jìn)入IK創(chuàng)建模式，然后點(diǎn)擊目標(biāo)起始、末端關(guān)節(jié)，指定當(dāng)前的IK關(guān)節(jié)鏈。Maya會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建并連接相關(guān)的必要節(jié)點(diǎn)（如上所述的節(jié)點(diǎn)類型）。

二、解算器類型

文檔建議：對只有2-4個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)鏈，使用單鏈IK或旋轉(zhuǎn)平面IK；對于較長的關(guān)節(jié)鏈（如蛇類的骨骼），則最好使用樣條IK。

默認(rèn)情況下，如果創(chuàng)建多個(gè)相同類型的IK控制柄，則它們就會(huì)共享同一個(gè)解算器節(jié)點(diǎn)，如果想要單獨(dú)針對某個(gè)控制柄修改解算器，則可以使用Mel命令另外創(chuàng)建新的解算器節(jié)點(diǎn)。

createNode ikSCsolver; 

對于單鏈和旋轉(zhuǎn)平面，都可以通過菜單命令——Create IK Handle的創(chuàng)建選項(xiàng)面板中的設(shè)置，選擇當(dāng)前所創(chuàng)建的完整IK控制系統(tǒng)是基于單鏈解算器還是旋轉(zhuǎn)平面解算器，從而決定最終創(chuàng)建哪個(gè)解算器節(jié)點(diǎn)：

已創(chuàng)建的ikHandle節(jié)點(diǎn)的屬性面板中，仍可以修改解算器，從而相應(yīng)創(chuàng)建另一類解算器，用于切換連接當(dāng)前選擇的解算器節(jié)點(diǎn)：

單鏈IK（Single Chains）

創(chuàng)建途徑：菜單-Skeleton-Create IK Handle-口 創(chuàng)建選項(xiàng)-Current Solver選項(xiàng)面板：選擇創(chuàng)建基于單鏈IK的控制系統(tǒng)。

關(guān)聯(lián)了單鏈IK解算器的IK十字手柄，其位移和旋轉(zhuǎn)可以分別影響關(guān)節(jié)鏈的整體彎曲程度和彎曲方向。

也就是說，除了手柄的位移可以操控關(guān)節(jié)鏈的彎曲，手柄的旋轉(zhuǎn)也可以操控關(guān)節(jié)鏈的彎曲方向。

旋轉(zhuǎn)平面IK（Rotate Plane）

創(chuàng)建途徑——

菜單-Skeleton-Create IK Handle-口 創(chuàng)建選項(xiàng)-Current Solver選項(xiàng)面板：選擇創(chuàng)建基于旋轉(zhuǎn)IK的控制系統(tǒng)。

關(guān)聯(lián)了旋轉(zhuǎn)IK解算器的IK十字手柄，僅可以通過其位移影響關(guān)節(jié)鏈的整體彎曲程度，但其旋轉(zhuǎn)不會(huì)影響關(guān)節(jié)鏈的彎曲方向。

Pole Vector

在基于該解算器的IK系統(tǒng)中，關(guān)節(jié)鏈的彎曲方向是通過ikHandle節(jié)點(diǎn)屬性面板中的極向量（Pole Vector）參數(shù)控制的：

最終得到的“極坐標(biāo)向量”，是以IK關(guān)節(jié)鏈的起始關(guān)節(jié)的位置為極坐標(biāo)中心，以面向 末端關(guān)節(jié)方向的面片為極坐標(biāo)平面（也就是旋轉(zhuǎn)平面Rotate Plane），通過Pole Vector參數(shù)定義的三維向量 在 旋轉(zhuǎn)平面（Rotate Plane）上的投影，得到的結(jié)果向量：

該向量在旋轉(zhuǎn)平面上的方向，即決定著IK關(guān)節(jié)鏈中的所有關(guān)節(jié)的彎曲方向。

極向量的三維方向也決定著ikHandle的移動(dòng)范圍——一旦ikHandle的方向與極向量所指方向之間的角度達(dá)到180°，或大于180°時(shí)，則會(huì)發(fā)生重置方向的旋轉(zhuǎn)：

→

Twist——

用于在極坐標(biāo)向量決定的方向基礎(chǔ)上，重新定向。

關(guān)節(jié)鏈平面（Joint Chain Plane）

關(guān)節(jié)鏈平面，是一個(gè)有方向的抽象面片，以IK起始端到末端位置做為面片的長度和方向的參考，以極向量在旋轉(zhuǎn)平面上的方向做為面片寬度上的朝向。操縱極向量時(shí)，實(shí)際上就是在操控關(guān)節(jié)鏈平面，直接決定關(guān)節(jié)鏈的彎曲方向。

操作相關(guān)——

選中IK手柄，快捷鍵T切換至操縱器模式，可以單擊IK末端的旋轉(zhuǎn)盤，拖動(dòng)調(diào)整極坐標(biāo)方向：

樣條IK（Spline）

Spline IK控制器通過Nurbs曲線控制關(guān)節(jié)鏈的整體彎曲。

注意——

1 - 樣條IK無法直接操控IK控制手柄的位置，只能通過操控曲線的頂點(diǎn)，控制關(guān)節(jié)鏈的形態(tài)。

2 - 創(chuàng)建樣條IK控制之前，最好使骨骼關(guān)節(jié)的坐標(biāo)軸向和場景的世界坐標(biāo)對齊。

創(chuàng)建曲線

自動(dòng)創(chuàng)建：

執(zhí)行Skeleton - Create IK Spline Handle命令的工具設(shè)置面板：

Auto Create Curve：默認(rèn)勾選，自動(dòng)根據(jù)骨骼走勢創(chuàng)建Nurbs曲線。

Number of spans：用于指定自動(dòng)創(chuàng)建的曲線的細(xì)分點(diǎn)數(shù)量。

手動(dòng)創(chuàng)建：

首先，手動(dòng)繪制NURBS曲線（最好避免出現(xiàn)急彎）。然后執(zhí)行Skeleton - Create IK Spline Handle命令的工具設(shè)置面板：

Auto Create Curve：取消勾選。

先后選中起始關(guān)節(jié)、末端關(guān)節(jié)，最后再選中手動(dòng)繪制的曲線即可。

操控曲線

創(chuàng)建由曲線控制的樣條IK系統(tǒng)后，即可以通過操控曲線的細(xì)分頂點(diǎn)，控制IK關(guān)節(jié)鏈的整體形態(tài)。

為方便操作，需要為曲線的頂點(diǎn)添加Cluster變形器，一般情況下為幾何對象添加Cluster時(shí)，需要選中三維對象的組件（Components），然后執(zhí)行Deform菜單下的Cluster命令添加1個(gè)Cluster控制器；對于曲線，則可以直接選中曲線，執(zhí)行Select菜單下的Cluster Curve，該命令會(huì)為當(dāng)前選中曲線的每一個(gè)點(diǎn)批量創(chuàng)建對應(yīng)的Cluster。

骨骼翻滾（旋轉(zhuǎn)）

選中IK控制柄，快捷鍵T，會(huì)在關(guān)節(jié)鏈的首尾兩端出現(xiàn)控制旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)圓環(huán)，可以單擊選中，并直接拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)圓環(huán)分別對應(yīng)ikHandle節(jié)點(diǎn)的Roll和Twist參數(shù)。

Root控制點(diǎn)

其中起始關(guān)節(jié)處的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)中心位置，有一個(gè)控制點(diǎn)，該控制點(diǎn)對應(yīng)ikHandle節(jié)點(diǎn)的Offset參數(shù)，可以使關(guān)節(jié)鏈在曲線上整體偏移：

https://help.autodesk.com/view/MAYAUL/2022/ENU/?guid=GUID-390788DB-527D-4EE5-A8DC-B99BE2D4861F

全文完

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