末端を固定すると関節が自動的に逆算される——順運動学の逆。自然な四肢の動きに不可欠。
手を空間に置くと、腕の残りの部分がそれに追従します。これが、逆運動学(IK)が従来のセットアップと異なる核となる原則です。上腕、前腕、肩の角度を個別に回転させるのではなく、ターゲット(英語:エンドエフェクタ)を定義すると、ソルバーが必要な関節の回転を計算します。これにより時間の節約になるだけでなく、物理的に妥当な動きが即座に得られます。腕がねじれたり、体にめり込んだりすることはありません。
モーションキャプチャベースのVFXの現場では、私たちは常にこれを使用しています。俳優がスーツを着て歩き回り、ポストプロダクションで手のマーカーが体に近すぎたり、手の届かないところに配置されたりした場合、IKを有効にして手を適切な位置に置くだけです。プログラム(Maya、MotionBuilder、Unrealのいずれか)は、肩、肘、手首の角度を自動的に計算します。IKがなければ、チェーン全体を手動で調整する必要があり、それは何時間もかかり、最終的には不自然に見えます。
しかし、このシステムにも限界があります。関節が近すぎると、ジンバルロックが発生する可能性があります。また、ソルバー自体(多くの場合、ヤコビアンベースまたはCCD(Cyclic Coordinate Descent)アルゴリズム)が局所的最小値に陥り、奇妙な中間姿勢を生成する可能性があります。ここで役立つのがポールベクター制御です。追加の制御ポイントを設定して、肘に「上または下」を指示し、腕が奇妙なポーズにならないようにします。プロはこれを「ポールベクター制約」とも呼びます。
IKは、特に足を持つキャラクターアニメーションで価値があります。キャラクターがでこぼこした地形を歩く場合、フォワードキネマティクスでは一歩一歩を個別に振り付けなければなりません。IKを使用すると、足を地面に置くだけで、腰、膝、足首がそれに合わせて調整されます。セットアップでは(フットロールシステム、ヒールトゥピボット)、設定がより複雑になりますが、一度機能すれば、あらゆる動きがルーチンになります。ループする歩行サイクルでは、初期のセットアップコストはすぐに償却されます。
ハイブリッドセットアップが標準です。フォワードキネマティクスは上半身の有機的で流れるようなジェスチャーに使用され、逆運動学は四肢の固定と地面接触制約に使用されます。優れたリガーは、両方のシステムを並行して組み込み、アニメーターがその時点で意味のあるものを選択できるようにします。