Als Hilfestellung für die Darstellung realistischer Bewegungen in Animationen gibt es für Keyframe-Animationen einige Plugins/ Scripte. Diese Plugins beziehen sich auf zwei Animationsmöglichkeiten: der Vorwärtskinematik und die inverse Kinematik. Doch was steckt hinter den zwei Begriffen?
Begriffsherleitung
Die Lehre der Kinematik (griechisch für Bewegung) beschreibt mathematisch die Bewegung von Punkten und Körpern im Raum. Untersuchungsgegenstand ist der Verlauf einer Positionsänderung, dabei werden die Ursachen und Auswirkungen in der Beobachtungen außen vor gelassen. Aber im Bereich der Animation (vor allem 3D-Animation) ist es eine Technik, welche mithilfe von mathematischen Berechnungen das Hierarchieverhalten von Gelenken ermittelt. Ihren Ursprung hat diese Methode in der Robotik. Dort entstand diese Technik aus dem Verlangen Roboterarme in ihrer Positionierung gezielt zu bedienen. Die Grundstruktur ist eine hierarchische Kette von Gelenken. Diese Gelenke kann man mit zwei unterschiedlichen Bewegungsarten steuern:
Forward Kinematic / Vorwärtskinematik (FK): Bei dieser Art der Animation werden einzelne Gelenke oder Knochen in einer festgelegten Reihenfolge bewegt, um die gewünschte Bewegung zu erzeugen. Erklärt anhand eines Beispiels: Zuerst wird der Oberarm, dann der Unterarm und dann die Hand bewegt. Somit arbeitet man sich im Animieren VORWÄRTS von der Schulter zur Fingerspitze hin. Vorwärtskinematik ist praktisch für schwingende Bewegungen (overlapping actions). Beispielsweise sieht man bei der ersten nachfolgenden Animation die Handbewegung mit Vorwärtskinematik animiert und bei der nächsten ist die Handbewegung mit Hilfe inverser Kinematik animiert worden. Für jede der Animationen wurde die selbe Zeit für die Bewegung investiert. Deshalb sieht man klare Unterschiede: während die IK-Animation keine Kurve aufweist bzw. müsste man dafür die Pfad-Animation anpassen, passiert bei der FK-Animation die Bewegung entlang einer Kurve von alleine. Deshalb wirkt diese Animation auch harmonischer.
Inverse Kinematic / Inverse Kinematik (IK) Bei dieser Technik wird die Bewegung einer Animation eines Charakters oder Objekts durch die Steuerung eines Zielpunktes oder Endeffektors, von dem aus die Bewegung der Gelenke automatisch berechnet wird, bestimmt. Die Software berechnet die Positionen der einzelnen Teile im Zusammenhang mit der Position des Zielpunktes. Der Vorteil daran ist, dass komplexe Bewegungen einfacher zu erstellen sind. Inverse Kinematik eignet sich am besten für Laufzyklen, Springen, Fahrradfahren, Klettern und wenn es darum geht auf genaue Positionen zu animieren.
Abschließend sollte man anmerken, das inverse Kinematik nicht Vorwärtskinematik ausschließt und vice versa.
Quellen
Hagler, Jürgen (10.04.2006): Kinematik: FK / IK, http://www.dma.ufg.ac.at/app/link/Grundlagen%3A3D-Grafik/module/14174?step=all
