荷蘭學(xué)生演示如何用反向運(yùn)動學(xué)構(gòu)建VR環(huán)境手指交互

VR/AR

2019

01/29

21:36

映維網(wǎng)

評論

日前，一位荷蘭學(xué)生Tom Kemna通過Unreal引擎為手指應(yīng)用了基本的反向運(yùn)動學(xué)，并分享介紹了自己的開發(fā)歷程。以下是映維網(wǎng)的具體整理：

Tom Kemna實現(xiàn)的效果

1. 背景

簡單的背景介紹，如果沒有興趣你可以跳過這一段。我是一名學(xué)生，而我們正在用HTC Vive Pro開發(fā)一款VR恐怖游戲。我希望獲得更多與VR交互相關(guān)的經(jīng)驗，因此我爭取到了玩家角色實現(xiàn)這一職責(zé)。在開發(fā)過程中，我看到一個視頻關(guān)于將反向運(yùn)動學(xué)用于上樓梯時雙腳，于是我就問自己：嘿，我是否也能這樣做呢？

2. 介紹

首先，如果你不知道什么是反向運(yùn)動學(xué)，我推薦你看這個視頻:

簡單來說，這是為骨骼網(wǎng)格制作動畫的方法。在Unreal引擎中，你可以在動畫藍(lán)圖中采用名為“Two Boned IK”節(jié)點(diǎn)的選項來實現(xiàn)這一點(diǎn)。你提供兩個位置：一個“效應(yīng)器”和一個“關(guān)節(jié)”，而它們將允許允許你操縱骨骼。

2. 實現(xiàn)

我已經(jīng)開發(fā)了一個簡單的系統(tǒng)：當(dāng)你抓住對象時，系統(tǒng)將允許你用手指包裹它們。有很多方法可以實現(xiàn)反向運(yùn)動學(xué)，下面我將介紹問題是什么，而我又是如何進(jìn)行解決。然后，我將簡要說明為什么會選擇這個解決方案。

2.1 問題

對于沉浸感，我們需要雙手的操作盡可能逼真。為此，我們需要用手指包裹對象并與之交互，這樣我們就不會出現(xiàn)截斷或非常靜態(tài)的雙手。

這是一個問題，我們需要為一堆手指檢測碰撞，然后它們需要停留在遇到的第一個對象上。

2.2 解決方案

最后，我選擇了一個采用常規(guī)藍(lán)圖邏輯和動畫藍(lán)圖邏輯組合的系統(tǒng)。

要實現(xiàn)反向運(yùn)動學(xué)，你需要準(zhǔn)備一定的工具：1.正確rigged的骨架網(wǎng)格；2.rig的動畫藍(lán)圖。3.利用骨架網(wǎng)格的藍(lán)圖。

首先，我們需要找到手指所在的位置。我決定創(chuàng)建隱藏在游戲中的UE4箭頭組件，并根據(jù)每個箭頭的變換計算線條軌跡。

下面是采用默認(rèn)Unreal 4手部網(wǎng)格的藍(lán)圖視圖：

第三則與反向運(yùn)動學(xué)有關(guān)。Unreal引擎允許用戶設(shè)置Two-Boned反向運(yùn)動學(xué)。如果采用動畫藍(lán)圖，你可以將每個手指設(shè)置為通過兩個位置將反向運(yùn)動應(yīng)用于兩個骨骼。

最大的障礙是設(shè)置效應(yīng)器位置和關(guān)節(jié)目標(biāo)位置。效應(yīng)器位置是IK嘗試放置骨骼的位置，而關(guān)節(jié)目標(biāo)位置則是說明骨骼應(yīng)如何旋轉(zhuǎn)。關(guān)節(jié)目標(biāo)位置實際上是一個誤導(dǎo)性的名稱，因為它位于你希望骨骼旋轉(zhuǎn)的位置的對面，我花費(fèi)了一定的時間才弄明白這一點(diǎn)。

我們使用一個關(guān)節(jié)來旋轉(zhuǎn)骨骼，并通過一個目標(biāo)來定向骨骼。我們使用常規(guī)藍(lán)圖中的函數(shù)設(shè)置值來正確設(shè)置所有的值。我在示例項目中創(chuàng)建了三個函數(shù)，按以下順序調(diào)用。

SetAllFingerIK：一個調(diào)用SetSingleFingerIK（）五次的函數(shù)（每個手指一次）。這意味著將代碼組合成一個大函數(shù)。SetSingleFingerIK：每個手指最后都需要調(diào)用3個跟蹤，所以這是一個line trace 集合。這將計算和設(shè)置動畫藍(lán)圖中的變量。LineTraceAlongArrow：根據(jù)箭頭的變換返回line trace的擊中結(jié)果。

下圖是食指的效果：