Patarakin: 1 версия импортирована

2026-02-17T09:03:55Z

1 версия импортирована

← Предыдущая версия	Версия от 12:03, 17 февраля 2026
(нет различий)

ru_wikipedia>Alex NB OT: замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (2), замена устаревших имён параметров (42)

2025-07-16T10:45:02Z

замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (2), замена устаревших имён параметров (42)

Новая страница

'''Инверсная кинематика''' ('''инверсная кинематическая анимация''', {{lang-en|inverse kinematics}}, IK) — процесс определения параметров связанных подвижных объектов (например, [[кинематическая пара]] или [[кинематическая цепь]]) для достижения необходимой позиции, ориентации и расположения этих объектов. Инверсная кинематика является типом {{не переведено|Планирование движения|планирования движения|en|Motion planning}}. Инверсная кинематика активно используется в [[Робототехника|робототехнике]], трёхмерной [[Компьютерная анимация|компьютерной анимации]] и в [[Разработка компьютерных игр|разработке компьютерных игр]]. Она используется в основном в тех ситуациях, когда необходимо точное позиционирование подвижных сочленений одного объекта относительно других объектов окружающей среды. Алгоритм инверсной кинематики противоположен алгоритму [[Прямая кинематика|прямой кинематики]].

== Описание ==
Инверсная кинематика, как и [[Прямая кинематика|прямая]], применяются к моделям каких-либо персонажей или объектов, которые созданы с использованием [[Скелетная анимация|скелетной анимации]]. Суть скелетной анимации состоит в том, что объект состоит из набора твёрдых сегментов (компонентов), соединённых сочленениями ({{lang-en|joint}}). При этом сегменты могут объединяться в [[кинематическая пара|кинематические пары]], которые в свою очередь объединяются в [[кинематическая цепь|кинематические цепи]]. Данные сегменты образуют иерархические цепочки, которые имеют «верхний» и «нижний» уровень. Сегменты (компоненты) верхних уровней называются компонентами-предками (или родительскими сегментами), а компоненты нижних — компонентами-потомками (или дочерними сегментами). Например, если рассмотреть руку человека, то плечевой сустав будет самым верхним уровнем, а кончик пальца — самым нижним, т. е. компонентом-потомком к плечевому суставу. Локтевой сустав находится внутри цепочки, он будет иметь как родительские (плечо), так и дочерние (запястье, пальцы) сегменты.<ref name="mir3d.ru">{{cite web|url=http://www.mir3d.ru/learning/974/|title=Скелетная анимация, прямая и инверсная кинематика|author=Юрий Ильин|publisher=[[Mir3D.ru]]|datepublished=2009-07-27|access-date=2009-12-07|archive-url=https://www.webcitation.org/60uCDAw9X?url=http://www.mir3d.ru/learning/974/|archive-date=2011-08-13}}</ref>

Основным отличием прямой кинематики от инверсной кинематики является то, что при прямой любое воздействие передается по иерархической цепочке сверху вниз. Например, при движении тазобедренного сустава двигаются все потомки, т. е. коленный сустав и все остальные. Инверсная кинематика использует принцип, диаметрально противоположный принципу прямой — перемещение компонентов-потомков приводит к изменению положения компонентов-предков, то есть алгоритм рассчитывает положение и ориентацию компонентов-предков, исходя из положения и ориентации компонентов-потомков.<ref name="mir3d.ru"/>

В инверсной кинематике дочерний сегмент (компонент-потомок), который вызывает изменение положения и ориентацию других объектов и расположен в середине отдельной иерархической цепочке сегментов, называется эффектором ({{lang-en|effector}})<ref name="mir3d.ru"/>. Если эффектор является конечным объектом данной иерархической цепочки, то он называется конечным эффектором ({{lang-en|end effector}}). Именно через эффектор осуществляется манипулирование всей иерархической цепочкой. Изменение положения и/или ориентации конечного эффектора приводит к изменению положения и/или ориентации всех сегментов иерархической цепочки по законам инверсной кинематики. Изменение положения и/или ориентации простого (не конечного) эффектора приводит к тому, что положение объектов, стоящих по иерархии ниже его, меняется по законам прямой кинематики, а объектов с более высокой иерархией — по законам инверсной кинематики.

Ключом к успешной реализации инверсной кинематики является анимация в пределах ограничений ({{lang-en|constraints}}): конечности модели персонажа должны вести себя в разумных антропоморфических пределах. Точно такая же ситуация и с робототехническими устройствами, которые имеют физические ограничения, такие как среда, в которой они работают, ограничения движения их суставов и ограниченные физические нагрузки и скорости, с которыми они в состоянии работать.<ref name="mir3d.ru"/>

== Использование и примеры ==
Инверсная кинематика является инструментом, который часто используют художники [[Трёхмерная графика|трёхмерной графики]]. Для художника проще выразить желаемое пространственное действие, чем непосредственно манипулировать углами сочленений. Например, инверсная кинематика позволяет художнику двигать рукой модели трёхмерного гуманоидного персонажа к желаемой позиции и ориентации. При этом сам алгоритм, а не художник, выбирает правильные углы запястья, локтя и плечевого сустава.

Например, если человек хочет схватить дверную ручку рукой, то его [[мозг]] должен сделать необходимые вычисления для правильного позиционирования руки и туловища человека. Основная цель состоит в том, чтобы двигать рукой, но нужно задействовать много сложных суставов с несколькими сочленениями, чтобы добраться рукой к желаемому объекту. Подобным образом происходит процесс в технологических приложениях — чтобы достичь желаемой цели, должны быть выполнены математические вычисления инверсной кинематики для расположения конечностей правильным образом. Примером, когда вычисления инверсной кинематики часто необходимы, является робототехника. Например, оператор [[робот]]а хочет поместить какой-либо объект с помощью [[Манипулятор (механизм)|манипулятора]], однако, естественно, он не хочет управлять каждым сочленением манипулятора отдельно.

Другими приложениями, где используется инверсная кинематика, являются приложения [[Компьютерная графика|компьютерной графики]] и [[Компьютерная анимация|анимации]]. Например, аниматоры хотят управлять моделью гуманоидного персонажа, анимация которого генерируется компьютером, однако очень трудно анимировать индивидуальные сочленения. Решение состоит в том, чтобы смоделировать виртуальные сочленения «марионеточной куклы» и позволить аниматору двигать руками, ногами и туловищем куклы, а компьютер с использованием инверсной кинематики автоматически сгенерирует необходимые позиции конечностей для достижения результата.

Инверсная кинематика часто используется в [[Компьютерная игра|компьютерных играх]] для создания анимации гуманоидных персонажей. В основном инверсная кинематика используется для создания анимации ног моделей человекоподобного существа или человека. Например, довольно просто создать анимацию передвижения (ходьба, бег) человека или наземного животного, если он движется по ровной плоскости. Однако если ландшафт неровный (бугристый, ухабистый, пересечённая или горная местность), то создание точной анимации ходьбы является фактически невозможной задачей. Анимация ног не будет соответствовать рельефу поверхности, что проявится в таких эффектах, как проскальзывание ног по поверхности и неточном позиционировании ног относительно её (ступня будет «утопать» в поверхность или «не доставать» до неё). Именно для качественного и эффективного решения этих проблем используется инверсная кинематика.<ref name="mir3d.ru"/>

К другим приложениям, которые используют инверсную кинематику, относятся интерактивная манипуляция, управление анимацией и [[Обнаружение столкновений|избежание столкновений]].

== Примечания ==
{{примечания}}

== Внешние ссылки ==
'''Англоязычные источники'''
* {{cite web|url=http://freespace.virgin.net/hugo.elias/models/m_ik.htm|title=Inverse Kinematics|author=Hugo Elias|publisher=freespace.virgin.net|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uCEXySZ?url=http://freespace.virgin.net/hugo.elias/models/m_ik.htm|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://freespace.virgin.net/hugo.elias/models/m_ik2.htm|title=Inverse Kinematics - Improved Methods|author=Hugo Elias|publisher=freespace.virgin.net|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uCFHqC2?url=http://freespace.virgin.net/hugo.elias/models/m_ik2.htm|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://www.learnaboutrobots.com/inverseKinematics.htm|title=Robot Inverse Kinematics|author=|publisher=www.learnaboutrobots.com|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uJtXj2s?url=http://www.learnaboutrobots.com/inverseKinematics.htm|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://electronics.howstuffworks.com/question538.htm|title=How do the characters in video games move so fluidly?|author=|publisher=|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uJu5Ahi?url=http://electronics.howstuffworks.com/question538.htm|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://www.euclideanspace.com/physics/kinematics/joints/index.htm|title=3D Theory - Kinematics - Joints Inverse Kinematics|author=Martin John Baker|publisher=www.euclideanspace.com|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uJuoy1w?url=http://www.euclideanspace.com/physics/kinematics/joints/index.htm|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://cnx.org/content/m11613/latest/|title=Protein Inverse Kinematics and the Loop Closure Problem|author=Lydia E. Kavraki|publisher=cnx.org|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uJvj7Gf?url=http://cnx.org/content/m11613/latest/|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://diegopark.googlepages.com/computergraphics|title=Computer Graphics|author=Diego Park|publisher=diegopark.googlepages.com|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uJwcGt4?url=http://sites.google.com/site/diegopark2/computergraphics|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://billbaxter.com/courses/290/html/index.htm|title=Fast Numerical Methods for Inverse Kinematics|author=Bill Baxter|publisher=billbaxter.com|datepublished=2000-02-21|access-date=2009-06-05|lang=en|archive-url=https://www.webcitation.org/60uJxHEi4?url=http://billbaxter.com/courses/290/html/index.htm|archive-date=2011-08-13}}
* {{cite web|url=http://www.virtualitoy.com/Fashion/DressUpDolls/Item/?Item=DressUpDoll_myGuitar_Axe|title=Dress Up Game with Axe Guitar Girl|author=|publisher=http://www.virtualitoy.com|datepublished=|access-date=2009-06-05|lang=en|description=Флэш-скрипт на сайте, который позволяет "одеть" человеческую модель. Для анимации одевания используется инверсная кинематика|archive-url=https://www.webcitation.org/60uJxmEnb?url=http://www.virtualitoy.com/Fashion/DressUpDolls/Item/?Item=DressUpDoll_myGuitar_Axe|archive-date=2011-08-13}}

'''Русскоязычные источники'''
* {{cite web|url=http://www.gamedev.ru/articles/?id=30035|title=Инверсная кинематика|author=Hugo Elias (перевод на русский — Pavel A. Chuvanov)|publisher=[[GameDev.ru]]|datepublished=2002-06-08|access-date=2009-06-05}}
* {{cite web|url=http://rusgraf.ru/graf24/maz6/dv1_7.htm|title=Компьютерная анимация Инверсная кинематика|author=|publisher=[http://rusgraf.ru Живопись, рисунок, графика и анимация. Начертательная геометрия, черчение]|datepublished=|access-date=2009-06-05}}
* {{cite web|url=http://www.compress.ru/article.aspx?id=18472&part=index1ext1#%d2%e5%ee%f0%e5%f2%e8%f7%e5%f1%ea%e8%e5+%e0%f1%ef%e5%ea%f2%fb|title=3D Studio MAX: первые шаги. Урок 22. Инверсная кинематика|author=Светлана Шляхтина|publisher=журнал [http://www.compress.ru КомпьютерПресс]|datepublished=|access-date=2009-06-07}}
* {{cite web|url=http://arttower.ru/tutorial/Svetilkin/spravochnicki/Light_Wave_8/Glava_10/Index06.htm|title=Инверсионная кинематика|author=|publisher=|datepublished=|access-date=2009-06-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20110118012541/http://arttower.ru/tutorial/Svetilkin/spravochnicki/Light_Wave_8/Glava_10/Index06.htm|archive-date=2011-01-18|url-status=dead}}
* {{cite web|url=http://www.lessonsflash.ru/animation/1-6.htm#8|title=ГЛАВА 6. СКЕЛЕТ И ДЕФОРМАЦИЯ КАРКАСА ЧАСТЬ I Инверсная кинематика|author=|publisher=[http://www.lessonsflash.ru/ Уроки Flash]|datepublished=|access-date=2009-06-07}}
* {{cite web|url=http://teapot3d.narod.ru/Articles/3dsmaxbasechar/c06.htm|title=Глава 6. Анимация иерархии объектов Инверсная кинематика (IK)|author=|publisher=[http://teapot3d.narod.ru/ Teapot 3-dimension]|datepublished=|access-date=2009-06-07}}
* {{cite web|url=http://3d-uroki.org/content/view/171/102/|title=Сплайновая инверсная кинематика|author=Алексеев В.|publisher=[http://3d-uroki.org 3d-Уроки]|datepublished=2008-01-10|access-date=2009-06-05|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20080129035854/http://3d-uroki.org/content/view/171/102/|archive-date=2008-01-29}}
* {{cite web|url= http://www.render.ru/books/show_book.php?book_id=57 |title= 3D Studio MAX: настройка обратной кинематики (IK Setup) |author= Майкл Комет |publisher= [[Mir3D.ru]] |access-date= 2009-12-07 |description= Урок по созданию инверсной кинематике в [[3ds Max]]}}

[[Категория:Робототехника]]
[[Категория:Виртуальная реальность]]
[[Категория:Вычислительная физика]]
[[Категория:Трёхмерная графика]]
[[Категория:Компьютерная анимация]]
[[Категория:Процедурная анимация]]

Инверсная кинематика - История изменений

Patarakin: 1 версия импортирована

ru_wikipedia>Alex NB OT: замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (2), замена устаревших имён параметров (42)