Прямая кинематика
Прямая кинематика (прямая кинематическая анимация, англ. forward kinematics, FK) — процесс определения параметров связанных подвижных объектов (например, кинематическая пара или кинематическая цепь) для достижения необходимой позиции, ориентации и расположения этих объектов. Прямая кинематика является типом [англ.]. Прямая кинематика активно используется в робототехнике, трёхмерной компьютерной анимации и в разработке компьютерных игр. Алгоритм прямой кинематики противоположен алгоритму инверсной кинематики.
Описание
Прямая кинематика применяются к моделям каких-либо персонажей или объектов, которые созданы с использованием скелетной анимации. Суть скелетной анимации состоит в том, что объект состоит из набора твёрдых сегментов (компонентов), соединённых сочленениями (англ. joint). При этом сегменты могут объединяться в кинематические пары, которые в свою очередь объединяются в 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, то есть компонентом-потомком к плечевому суставу. Локтевой сустав находится внутри цепочки, он будет иметь как родительские (плечо), так и дочерние (запястье, пальцы) сегменты.
Суть прямой кинематики состоит в том, что воздействие передаётся по иерархической цепочке сверху вниз, то есть дочерние сегменты движутся относительно родительских. Сначала положение и/или ориентацию меняет родительский сегмент. Это изменение влияет на положения и/или ориентацию всех остальных дочерних сегментов. Далее изменяется положение следующего сегмента в цепочке, при этом изменяется положение всех последующих дочерних к нему сегментов, а родительские сегменты остаются неподвижными.
Рассмотрим, например, прямую кинематику при движении руки человека. Допустим, человеку, рука которого опущена, необходимо этой рукой взять какой-либо предмет. В таком случае, в соответствии с алгоритмом прямой кинематики, сначала изменяется угол и позиция плечевого сустава. Это изменение меняет позицию всех дочерних элементов руки, которые состоят в иерархической цепочке. То есть, при повороте плечевого сустава все другие суставы руки, такие как локоть, запястье и пальцы, меняют своё положение. Далее поворачивается локтевой сустав, что приводит к изменению положения дочерних сегментов — запястья и пальцев, но не затрагивает родительский сегмент — плечо. Данная процедура проводится до тех пор, пока цель не будет достигнута или пока положение и/или ориентация всех сегментов иерархической цепочки не будет изменена.
Использование
Прямая кинематика вместе с инверсной кинематикой широко используется в робототехнике, трёхмерной компьютерной анимации и в разработке компьютерных игр. В играх при помощи прямой кинематики анимируются большинство персонажей. Также алгоритм прямой кинематики, наряду с алгоритмом инверсной, очень широко используется в редакторах трёхмерной графики, таких как 3ds Max и Maya.
Ссылки
Англоязычные источники
- Robot Forward Kinematics (англ.). learnaboutrobots.com. Дата обращения: 7 июня 2009. Архивировано 13 августа 2011 года.
- Variational Curve Skeletons (англ.). mecca.louisville.edu. Дата обращения: 7 июня 2009. Архивировано из оригинала 13 августа 2011 года.
- Level Set Graph (англ.). mecca.louisville.edu. Дата обращения: 7 июня 2009. Архивировано из оригинала 13 августа 2011 года.
Русскоязычные источники
- Светлана Шляхтина. 3D Studio MAX: первые шаги. Урок 21. Иерархия и прямая кинематика. журнал КомпьютерПресс. Дата обращения: 7 июня 2009.
- ГЛАВА 6. СКЕЛЕТ И ДЕФОРМАЦИЯ КАРКАСА ЧАСТЬ I Прямая кинематика. Уроки Flash. Дата обращения: 7 июня 2009.
- Глава 6. Анимация иерархии объектов Прямая кинематика (FK). Teapot 3-dimension. Дата обращения: 7 июня 2009.
- Прямая кинематика роботов. roboty6.narod.ru. Дата обращения: 7 июня 2009.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Прямая кинематика, Что такое Прямая кинематика? Что означает Прямая кинематика?
Pryamaya kinematika pryamaya kinematicheskaya animaciya angl forward kinematics FK process opredeleniya parametrov svyazannyh podvizhnyh obektov naprimer kinematicheskaya para ili kinematicheskaya cep dlya dostizheniya neobhodimoj pozicii orientacii i raspolozheniya etih obektov Pryamaya kinematika yavlyaetsya tipom angl Pryamaya kinematika aktivno ispolzuetsya v robototehnike tryohmernoj kompyuternoj animacii i v razrabotke kompyuternyh igr Algoritm pryamoj kinematiki protivopolozhen algoritmu inversnoj kinematiki Manipulyator robota kotoryj mozhet upravlyatsya s pomoshyu pryamoj kinematiki OpisaniePryamaya kinematika primenyayutsya k modelyam kakih libo personazhej ili obektov kotorye sozdany s ispolzovaniem skeletnoj animacii Sut skeletnoj animacii sostoit v tom chto obekt sostoit iz nabora tvyordyh segmentov komponentov soedinyonnyh sochleneniyami angl joint Pri etom segmenty mogut obedinyatsya v kinematicheskie pary kotorye v svoyu ochered obedinyayutsya v kinematicheskie cepi Dannye segmenty obrazuyut ierarhicheskie cepochki kotorye imeyut verhnij i nizhnij uroven Segmenty komponenty verhnih urovnej nazyvayutsya komponentami predkami ili roditelskimi segmentami a komponenty nizhnih komponentami potomkami ili dochernimi segmentami Naprimer esli rassmotret ruku cheloveka to plechevoj sustav budet samym verhnim urovnem a konchik palca samym nizhnim to est komponentom potomkom k plechevomu sustavu Loktevoj sustav nahoditsya vnutri cepochki on budet imet kak roditelskie plecho tak i dochernie zapyaste palcy segmenty Sut pryamoj kinematiki sostoit v tom chto vozdejstvie peredayotsya po ierarhicheskoj cepochke sverhu vniz to est dochernie segmenty dvizhutsya otnositelno roditelskih Snachala polozhenie i ili orientaciyu menyaet roditelskij segment Eto izmenenie vliyaet na polozheniya i ili orientaciyu vseh ostalnyh dochernih segmentov Dalee izmenyaetsya polozhenie sleduyushego segmenta v cepochke pri etom izmenyaetsya polozhenie vseh posleduyushih dochernih k nemu segmentov a roditelskie segmenty ostayutsya nepodvizhnymi Rassmotrim naprimer pryamuyu kinematiku pri dvizhenii ruki cheloveka Dopustim cheloveku ruka kotorogo opushena neobhodimo etoj rukoj vzyat kakoj libo predmet V takom sluchae v sootvetstvii s algoritmom pryamoj kinematiki snachala izmenyaetsya ugol i poziciya plechevogo sustava Eto izmenenie menyaet poziciyu vseh dochernih elementov ruki kotorye sostoyat v ierarhicheskoj cepochke To est pri povorote plechevogo sustava vse drugie sustavy ruki takie kak lokot zapyaste i palcy menyayut svoyo polozhenie Dalee povorachivaetsya loktevoj sustav chto privodit k izmeneniyu polozheniya dochernih segmentov zapyastya i palcev no ne zatragivaet roditelskij segment plecho Dannaya procedura provoditsya do teh por poka cel ne budet dostignuta ili poka polozhenie i ili orientaciya vseh segmentov ierarhicheskoj cepochki ne budet izmenena IspolzovaniePryamaya kinematika vmeste s inversnoj kinematikoj shiroko ispolzuetsya v robototehnike tryohmernoj kompyuternoj animacii i v razrabotke kompyuternyh igr V igrah pri pomoshi pryamoj kinematiki animiruyutsya bolshinstvo personazhej Takzhe algoritm pryamoj kinematiki naryadu s algoritmom inversnoj ochen shiroko ispolzuetsya v redaktorah tryohmernoj grafiki takih kak 3ds Max i Maya SsylkiAngloyazychnye istochniki Robot Forward Kinematics angl learnaboutrobots com Data obrasheniya 7 iyunya 2009 Arhivirovano 13 avgusta 2011 goda Variational Curve Skeletons angl mecca louisville edu Data obrasheniya 7 iyunya 2009 Arhivirovano iz originala 13 avgusta 2011 goda Level Set Graph angl mecca louisville edu Data obrasheniya 7 iyunya 2009 Arhivirovano iz originala 13 avgusta 2011 goda Russkoyazychnye istochniki Svetlana Shlyahtina 3D Studio MAX pervye shagi Urok 21 Ierarhiya i pryamaya kinematika neopr zhurnal KompyuterPress Data obrasheniya 7 iyunya 2009 GLAVA 6 SKELET I DEFORMACIYa KARKASA ChAST I Pryamaya kinematika neopr Uroki Flash Data obrasheniya 7 iyunya 2009 Glava 6 Animaciya ierarhii obektov Pryamaya kinematika FK neopr Teapot 3 dimension Data obrasheniya 7 iyunya 2009 Pryamaya kinematika robotov neopr roboty6 narod ru Data obrasheniya 7 iyunya 2009
