Final IK 文档手册译文

/*全身BipedIK

Final IK 为采用biped骨骼的角色提供了一个极端灵活、强大且高效的全身IK解算器。FBBIK先把Biped角色映射到一个低解析度的多反应器角色IK绑定，解算它，然后重新把结果映射角色。这个过程在LateUpdate进行，在Mecanim/Legacy动画完成之后，所以它跟animator系统完全分离。

链：

内部，每个肢体和躯干都是FBIKChain类的实例。躯干是根链，只包含一个node，躯干是它的子链。这种设置形成一个围绕根链的多反应器IK树。

节点：

node是链的组成部分。比如，手臂链包括3个节点-上臂、前臂、手。每个节点维护一个到骨骼的引用（node.transform）。当解算器运行或者结束后，解算出的骨骼位置会保存在node.solverPosition。

反应器：

FBBIK有3种反应器-【末端反应器】（手、脚），【中间反应器】（肩膀、大腿）和【多反应器】（躯干）。当旋转【中间反应器】和【多反应器】无效的时候可以转动【末端反应器】。旋转【末端反应器】同样会改变躯干的弯曲方向（除非你用弯曲目标覆盖它）。躯干反应器是一个【多反应器】，意味著它拖动2个大腿反应器（简化躯干定位）。反应器有positionOffset属性可以非常简单的操控下层动画。反应器会在每次解算结束之后将postionOffset重置为Vector3.zero。

拉和伸：

每个链都有pull属性。当pull=1，pull权重跟肢体一样。这意味著你触到所有反应器是没有保障的，太远的会接触不到。可以通过修改reach参数，或增加解算迭代次数，或这每帧多次解算，来调整或者改进这个结果。但是，如果你把左臂链的pull权重设置到1然后其他都为0，那么你可以拉角色的左手到无限远而不丢失联系。

映射：

IKSolverFullBodyBiped解算一个非常低分辨率的快速躯壳。虽然你的角色有多得多的脊椎骨，他可能有两倍的骨骼在手臂和肩膀或者臀部骨骼等等。因此，在解算之前，解算器需要映射高分辨率的骨架到低分辨率的解算骨架，在解算完成之后再逆向操作。有3种映射器，1.IKMappingSpine用来映射盆骨和脊柱；2.IKMappingLimb映射躯干；3.IKMappingBone映射头部；你可以通过IKSolverFullBody.spineMappingIKSolverFullBody.limbMappings和IKSolverFullBody.boneMappings访问他们。

限制：

1.FullBodyBipedIK没有头部反应器。因为头部只有一个骨头，你可以再FullBodyIK结束之后随意转动，而且，只有极少的情况你需要抓住头部拉动角色。即使如此，它可以通过拉动肩膀来很好的模拟。这是一个让程序更快、更稳定的优化措施。

2.FullBodyBipedIK没有手指和脚趾反应器。解算手指IK似乎有点过分使用IK了，因为极少有游戏对手指做绑定。使用104段CCD或者FABRIK链控制手指，可能这样浪费宝贵的毫秒数并不是你想要的。你可以参考DrivingRigdemo了解如何快速摆手指到物体上。

3.FullBodyBipedIK采样角色的初始pose（在Start()函数，当每次你重新初始化解算器的时候）找到以什么方式弯曲肢体。从此，限制-角色的肢体需要被弯曲到自然的方向。有些角色可能是处于T-Pose，他们的肢体是伸直的。有些角色的肢体可能还轻微的往反向弯曲（有些Mixamo绑定的角色）。FullBodyBipedIK会警告你这些问题可能发生。你需要手动在SceneView稍微旋转骨骼到正确的弯曲方向。因为，这些旋转会在播放的时候被动画覆盖，所以你不用担心搞坏你的角色。

4.FullBodyBipedIK 没有肘部、膝部反应器。这功能在将来如果确实需要的话可能增加。仍然支持通过弯曲目标改变肘部、膝盖的位置。

5.Optimize Game Objects 需要关闭，或者至少所有解算器需要的骨骼要引入（FullBodyBipedIK.references）。

6.支持只有扭曲动画的额外骨骼。如果额外骨骼有摆动动画，比如翅膀摆动。那么FBBIK将不能正确解算。

7.FullBodyBipedIK 需要角色开启animatePhysics。这是Mecanim系统的一个bug，它不允许运行时改变animatePhysics，那么FullBodyBipedIK需要根据初始animatePhysics进行刷新。

8.FullBodyBipedIK不会在拉动手的时候旋转肩膀。这样可以维护胸部动画的。大多数情况，这没有问题，但有时候，特别是抓取或者有东西高于头部的时候，让肩膀跟著旋转会更真实。这种情况，你不仅需要一个底层的抬起动画，还需要肩膀骨骼在IK解算器读取pose之前，能用脚本旋转它。这里同样有一个脚本包括这个demo，它叫ShoulderRotator。

9.当你移动【末端反应器】并且反应器权重=0，FBBIK将在动画的时候尝试修复肢体的弯曲方向，当肢体旋转接近180度的时候你将体验到肢体的轰响，就是说，解算器无法知道在这个奇点上如何旋转。比如，你有一个行走动画，手下垂，而你想要够到头顶正上方的某个物体，这时候无论你做反应器旋转动画或者使用弯曲目标，要在接近180度生硬旋转中确保手臂不翻转都会很麻烦。这并不是一个bug，如果我们想要保持默认动画弯曲方向，这在逻辑上是必然会发生的。

10.FullBodyBipedIK认定手肘和膝盖关节是铰链关节，就是说前臂不能相对上臂扭动。在最常见的绑定，像3dsMaxbiped上这没问题，因为这些绑定阻止这类动画出现。然而如果绑定允许这种扭曲。这不会导致FBBIK解算器失效，相反，FBBIK解算器会强制手肘和膝盖约束到铰链关节，即使它没有反应器。这不会改变肢体末端，它会轻微的改变肢体弯曲方向，和骨骼的扭曲。

开始教程：

1.添加FullBodyBipedIK组件到角色根节点（与Animator/Animation组件相同）

2.确认自动检测到的biped references正确。

3.确认跟节点正确检测到。它应该是脊柱下端的骨骼。

4.看下SceneView，确认FBBIK骨架在角色上显示。

5.按Play，操控解算器。

*/

//访问反应器：

public FullBodyBipedIK ik;

void LateUpdate () {

ik.solver.leftHandEffector.position = something;// 设置左手反应器位置（世界坐标）。如果把权重设置到0，反应器会没有效果。

ik.solver.leftHandEffector.rotation = something;// 设置左手反应器旋转（世界坐标）。如果把权重设置到0，反应器会没有效果。

ik.solver.leftHandEffector.positionWeight = 1f;// 反应器位置权重，这里设为1，左手位置会被固定到ik.solver.leftHandEffector.position.

// 反应器旋转权重，这里设为1，左手和手臂旋转会被固定到ik.solver.leftHandEffector.rotation.

// 注意：如果你想要旋转手，同时不改变手臂绑定

// 最好在FBBIK更新结束之后，再直接旋转手（使用委托事件OnPostUpdate）

ik.solver.leftHandEffector.rotationWeight = 1f;

// 使手便宜它的动画位置，如果反应器的positionWeight为1, 它没有作用。

// 注意：在反应器每帧更新完之后他会重置positionOffset 到 Vector3.zero所以你必须另外设置它.

// This enables you to easily edit the value by more than one script.

ik.solver.leftHandEffector.positionOffset += something;

// 反应器模式用来改变肢体行为方式，当没有参与的时候。The effector mode is for changing the way the limb behaves when not weighed in.

// Free 表示node完全有solver决定。Free means the node is completely at the mercy of the solver.

// 如果你碰到动作平滑问题，你可以试试把手的模式改为MaintainAnimatedPosition 或 MaintainRelativePosition

// MaintainAnimatedPosition在每次迭代解算的时候，重置node到骨骼动画位置

// 这对脚非常有用，因为一般你需要他们在动画位置上。

// MaintainRelativePositionWeight 维护相关部位的相对位置，胸部相对手臂，臀部相对腿。maintains the limb's position relative to the chest for the arms and hips for the legs.

// 所以，如果你从左手拉动角色，右手臂会随著胸部运动。

// 一般你不需要把这个行为应用到腿部。

ik.solver.leftHandEffector.maintainRelativePositionWeight = 1f;

// 躯体反应器是一个【多反应器】，表示在解算器里它跟其他node一起操控，明确的说是左右大腿。

// 所以，你可以带著大腿骨骼移动躯体反应器。如果我们设置effectChildNodes 为 false，大腿node就不会被躯体反应器改变。

ik.solver.body.effectChildNodes = false;

// 其他反应器：rightHandEffector, leftFootEffector, rightFootEffector, leftShoulderEffector, rightShoulderEffector,leftThighEffector, rightThighEffector, bodyEffector

// 你也可以通过下面的方法找到反应器：

ik.solver.GetEffector(FullBodyBipedEffector effectorType);

ik.solver.GetEffector(FullBodyBipedChain chainType);

ik.solver.GetEndEffector(FullBodyBipedChain chainType);// 值返回手或脚反应器

}

// 访问链:

public FullBodyBipedIK ik;

void LateUpdate () {

ik.solver.leftArmChain.pull = 1f;// 改变左臂pull值

ik.solver.leftArmChain.reach = 0f;// 改变左臂Reach值

// 其他链：rightArmChain, leftLegChain, rightLegChain, chain (根链)

// 你可以用下面的方法找到链：

ik.solver.GetChain(FullBodyBipedChain chainType);

ik.solver.GetChain(FullBodyBipedEffector effectorType);

}

//访问映射:

public FullBodyBipedIK ik;

void LateUpdate () {

ik.solver.spineMapping.iterations = 2;// 改变脊柱映射迭代次数

ik.solver.leftArmMapping.maintainRotationWeight = 1f;// 使左手处理旋转与动画保持一致。Make the left hand maintain it's rotation as animated.

ik.solver.headMapping.maintainRotationWeight = 1f;// 使头部旋转处理与动画一致。Make the head maintain it's rotation as animated.

}

//运行时添加 FullBodyBipedIK (UMA):

using RootMotion;// 需要先包含RootMotion 命名空间，因为BipedReferences类

FullBodyBipedIK ik;

// 任何时候可以调用下面的方法

// 注意，FBBIK初始化的时候要采样角色pose，所以再调用这个方法的时候肢体需要被弯曲到自然方向

void AddFBBIK (GameObject go, BipedReferences references = null) {

if (references == null) { // 还没有定义biped的时候，自动检测它

BipedReferences.AutoDetectReferences(ref references, go.transform, BipedReferences.AutoDetectParams.Default);

}

ik = go.AddComponent<FullBodyBipedIK>();// 添加组件

// 设置FBBIK到references. 第二个参数可以为空(root node) 如果你信任FBBIK自动检测到根节点在正确的脊柱骨骼上

ik.SetReferences(references, null);

}

//优化FullBodyBipedIK:

//如果角色没有显示，可以使用renderer.isVisible来显示

//大部分时间你不需要这么的solver迭代和脊椎映射迭代。注意： 如果只有一次迭代，角色的肩膀和大腿拉动手和脚的时候可能想脱臼

//如果不需要“Reach”值，请保持它为0。它默认=0.05f来提高精度。

//保持Spine Twist 权重=0。如果你不需要他。

//同样设置"Spine Stiffness", "Pull Body Vertical" and/or "Pull Body Horizontal" =0 可以提高性能。

//肢体：

// LimbIK 继承 TrigonometricIK 来定义3段 类似手臂和腿的肢体。

// LimbIK由以下几个修Bend改器组成：

// Animation: 尝试按动画控制弯曲方向

// Target: 根据目标IKRotation旋转弯曲方向

// Parent: 根据父物体旋转弯曲方向（盆骨或锁骨）

// Arm: 保持在生物统计学的松弛位置弯曲手臂（相对上面的，它的消耗更大）

// 如果所有的bend修改器都不适合你的要求，那么你可以添加弯曲目标，简单如下；

using RootMotion.FinalIK;

public LimbIK limbIK;

void LateUpdate () {

limbIK.solver.SetBendGoalPosition(transform.position);

}

// 这会使limb弯曲到 从第一个bone指向goal位置的方向

// IKSolverLimb.maintainRotationWeight 属性允许操控最后一个骨骼，使它保持在肢体解算器前的世界左边旋转值

// 当你需要复位脚的时候这非常有用，但This is most useful when we need to reposition a foot, but maintain it's rotation as it was animated to ensure proper alignment with the ground surface.

// 开始:

// 添加LimbIK 组件到角色跟物体（角色需要朝前）

// 添加骨骼到LimbIK组件 bone1, bone2 and bone3

// 按play

// 用脚本实现：

public LimbIK limbIK;

void LateUpdate () {

// 改变目标位置、旋转、权重

limbIK.solver.IKPosition = something;

limbIK.solver.IKRotation = something;

limbIK.solver.IKPositionWeight = something;

limbIK.solver.IKRotationWeight = something;

// 改变自动bend修改器

limbIK.solver.bendModifier = IKSolverLimb.BendModifier.Animation;// 按动画控制弯曲方向

limbIK.solver.bendModifier = IKSolverLimb.BendModifier.Target;// 按目标旋转控制弯曲

limbIK.solver.bendModifier = IKSolverLimb.BendModifier.Parent;// 根据父骨骼控制弯曲方向（盆骨、肩膀）

// 尝试按生物学松弛状态控制手臂弯曲方向

// 腿部不会受这个影响

limbIK.solver.bendModifier = IKSolverLimb.BendModifier.Arm;

}

//运行时添加LimbIK:

//通过脚本添加

LimbIK.solver.SetChain()

//旋转限制：

//所有旋转约束和其他FinalIK组件都是基于Quaternion（四元数）和Axis-Angle（轴角）以确保一致性，连续性和最小化奇异问题。FinalIK没有包含简单欧拉角选项。

//所有旋转约束基于local rotation 并且像Physics 关节一样使用初始local rotation 作为引用。这使它轴独立，并容易设置。

//所有旋转约束可以在SceneView 可以undo

//所有旋转约束支持与IK解算器联合工作

//角度mode

//简单的角度摆动和扭动限制

//铰链mode

//铰链旋转限制限制限制关节只绕某个轴旋转一定角度。它旋转值可以超过360度。

//多边形mode

// 使用一个球面多边形来限制旋转范围，这是普遍存在的球窝使关节。A reach cone is specified as a spherical polygon on the surface of a a reach sphere that defines all

// positions the longitudinal segment axis beyond the joint can take.

// twist limit 参数定义了围绕主轴最大扭转角度

// 这个类基于论文：

// "Fast and Easy Reach-Cone Joint Limits"

// Jane Wilhelms and Allen Van Gelder. Computer Science Dept., University of California, Santa Cruz, CA 95064. August 2, 2001

// 多边形角度限制模式提供方便快速编辑SceneView工具，来编辑、克隆和修改reachcone点

//样条线mode

// 使用样条线限制普遍的球窝关节的旋转范围

// 通过AnimationCurve正交投影到球面获得光滑、快速的限制范围。

// twist limit 参数定义了围绕主轴最大扭转角度

// 样条线角度限制模式提供方便快速编辑SceneView工具，来编辑、克隆和修改reachcone点

//扩展Final IK

// FinalIK的IK解算器和旋转限制架构基于可扩展思想搭建。

// FinalIK的一些组件比如BipedIK, 本质上仅仅是IK解算器的收集器

// 自定义IK组件：

// 在你发掘出FinalIK全部能力之前，了解一些它的架构非常重要。

// IK组件和IK解算器之间的区别：

// 架构上，IK解算器类包括反向关节功能，而IK组件只是拥有、初始化、更新他的解算器然后提供SceneView操作手柄和自定义inspector。

// 因此，IK解算器完全独立于他的组件，并且可以完全脱离直接引用来使用：

using RootMotion.FinalIK;

public IKSolverCCD spine = new IKSolverCCD();

public IKSolverLimb limb = new IKSolverLimb();

void Start() {

// 基于多种原因，根transform引用在IK解算器初始化的时候引用。

// 启发式解算器（CCD） IKSolverCCD, IKSolverFABRIK and IKSolverAim 只需要用它作为警告log的上下文。

// 角色解算器 IKSolverLimb, IKSolverLookAt, BipedIK and IKSolverFullBodyBiped 用它来定义相对与角色的方向。

// IKSolverFABRIKRoot 使用它作为所有FABRIK链的根

spine.Initiate(transform);

limb.Initiate(transform);

}

void LateUpdate() {

// 按顺序更新IK解算器

// 在多IK解算器拥有骨骼层次，先初始化的它的父物体比较好。

spine.Update();

limb.Update();

}

// 你现在有了一个自己的IK组件

// 如果你想把自己的功能全部放在单个组件里，像 BipedIK，所以你不会管理很多不同的IK组件在你的场景里

// 写自定义旋转限制：

// 所有旋转限制都继承抽象类RotationLimit 构建自己的类同样需要继承这个基类，并覆盖抽象方法。

protected abstract Quaternion LimitRotation(Quaternion rotation);

// 这个方法里你需要应用约束，并返回输入Quaternion

// 注意：比较重要，Quaternion已经转换为物体的默认的local rotation空间，意味著如果你返回Quaternion.identity，物体会总是会被修正到他的初始local rotation

// 下面的代码是一个创建自定义旋转限制的模板：

using RootMotion.FinalIK;

// 声明类并继承RotationLimit.cs

public class RotationLimitCustom: RotationLimit {

// 在实例Transform的local空间限制旋转

protected override Quaternion LimitRotation(Quaternion rotation) {

return MyLimitFunction(rotation);

}

}

// 新旋转限制由所有可约束的IK解算器认可并自动应用。

// 组合IK组件：

// 当创建更复杂的IK系统时，你可能需要完全控制解算器的更新顺序。要这么做，你只要禁用他们的组件，并用外部脚本管理他们的解算器

// 所有IK组件继承类IK，而所有IK解算器继承抽象类IKSolver。这让你很容易的掌控和替代解算器，而不需要知道特别的解算器类型

// 控制多重IK组件的更新顺序

using RootMotion.FinalIK;

// IK组件数组，你可以从inspector赋值

// IK是抽象类，所以你不用使用的是考虑那个特别的IK组件类型 is abstract, so it does not matter which specific IK component types are used.

public IK[] components;

void Start() {

// 禁用所有其他IK组件，这样他们不会更新解算器。使用 Disable() 代替=false 后者不能保证初始化。

foreach (IK component in components) component.Disable();

}

void LateUpdate() {

// 按顺序更新IK解算器

foreach (IK component in components) component.GetIKSolver().Update();

}