1. 역운동학이란?
역운동학(IK)은 컴퓨터 그래픽과 애니메이션에서 캐릭터의 팔다리나 오브젝트를 원하는 위치와 방향으로 배치하는 데 필요한 조인트 각도를 계산하는 데 사용되는 기법입니다. Unity에서 역운동학은 원하는 엔드 이펙터 위치에 따라 조인트 회전을 자동으로 계산하여 보다 사실적이고 자연스러운 애니메이션을 제작할 수 있는 기본 제공 기능입니다.
일반적인 스켈레톤 애니메이션 시스템에서는 캐릭터 스켈레톤의 각 뼈에 고유한 회전이 있습니다. 캐릭터 애니메이션에는 이러한 뼈의 회전을 직접 지정하는 작업이 포함됩니다. 하지만 손이나 발과 같은 엔드 이펙터의 원하는 위치와 방향을 정의하고 시스템이 적절한 조인트 회전을 자동으로 계산하도록 하는 것이 더 직관적인 경우도 있습니다.
2. 역운동학의 작동방식
리깅: IK를 사용하려면 적절하게 리깅된 스켈레톤을 가진 캐릭터가 필요합니다. 여기에는 뼈의 계층 구조를 정의하고 이를 캐릭터 모델에 붙이는 작업이 포함됩니다. 각 뼈는 엉덩이, 척추, 팔, 다리와 같은 캐릭터 신체의 관절을 나타냅니다.
IK 제약: 스켈레톤을 리깅한 후에는 특정 뼈에 IK 제약조건을 정의할 수 있습니다. IK 제약조건은 손이나 발과 같은 엔드 이펙터의 원하는 위치와 방향을 지정합니다. Unity는 위치, 회전, 룩앳, 조준 등 다양한 유형의 IK 제약조건을 제공합니다.
IK 풀기: IK 솔버를 활성화하면 Unity가 원하는 엔드 이펙터의 위치와 방향을 얻기 위해 필요한 조인트 회전을 자동으로 계산합니다. 이 솔버는 FABRIK(포워드 및 백워드 도달 역운동학) 알고리즘과 같은 수학적 알고리즘을 사용하여 IK 문제를 반복적으로 해결합니다.
애니메이션 블렌딩: Unity에서는 IK 애니메이션을 다른 애니메이션과 블렌딩하여 보다 복잡하고 역동적인 모션을 만들 수 있습니다. 예를 들어 걷기 애니메이션과 IK 애니메이션을 블렌딩하여 고르지 않은 지형에 발을 정확하게 배치할 수 있습니다.
3. 역운동학의 장점
사실적인 캐릭터 인터랙션: IK를 사용하면 캐릭터가 환경과 더욱 사실적으로 상호 작용할 수 있습니다. 예를 들어, 캐릭터가 고르지 않은 표면에 발을 정확하게 배치하거나 손으로 오브젝트를 자연스럽게 잡고 조작할 수 있습니다.
간편한 애니메이션 제작: IK는 개별 뼈의 회전을 직접 조작하는 대신 원하는 엔드 이펙터의 위치와 방향을 정의할 수 있어 애니메이션 제작 프로세스를 간소화합니다. 따라서 특히 복잡한 캐릭터의 움직임을 처리할 때 복잡한 애니메이션을 더 쉽게 제작할 수 있습니다.
다이내믹 애니메이션: IK를 사용하면 환경이나 사용자 입력의 변화에 따라 동적으로 반응하는 애니메이션을 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 캐릭터의 손이 런타임에 오브젝트의 위치에 따라 동적으로 도달하여 잡을 수 있습니다.
4. 결론
유니티의 역운동학 시스템은 Unity 프로젝트에서 더욱 사실적이고 인터랙티브한 애니메이션을 제작할 수 있는 강력한 툴셋을 제공합니다. IK 제약 조건과 솔버 알고리즘을 사용하면 보다 자연스러운 캐릭터 움직임을 구현하고 애니메이션의 전반적인 시각적 품질과 몰입감을 향상시킬 수 있습니다.
출처 : 유니티 공식문서
https://docs.unity3d.com/kr/2021.3/Manual/InverseKinematics.html
역운동학(IK) - Unity 매뉴얼
대부분의 애니메이션은 스켈레톤의 조인트 각도를 미리 정해진 값으로 회전하여 만듭니다. 자식 조인트의 포지션은 부모의 회전에 따라 변하므로 조인트 체인의 끝 점은 체인에 포함된 각 조인
docs.unity3d.com
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