IKとFKの違いってなに?アニメーション初心者向け

IKとFKの違いはコレだ!

IKとFK

こんなことが知りたい

「アニメーションで使うIKとFKってなに?」

「IKとFKってどんな違いがある?」

ここでは、3DCGアニメーションにに興味がある方向けに 「アニメーションで使うIKとFKの違い」を解説していきます。

ちなみに、Mayaや3ds Maxの具体的な操作方法ではなくて、 「IKとは?FKとは?の概念」についての説明になります。

もし、IKやFKを使った具体的なアニメーションの作り方を知りたいという方は、 プロの方たちが作った動画コンテンツがありますので、 そちらがとても参考になります。

私は、何度も何度も繰り返し見て勉強させてもらっています。

ゼロから始めるMAYAアニメーション・AREA JAPAN公式Youtube

普通の歩きのメイキング動画・mox-motion公式Youtube

この記事を書いた人

自分
さくら

  • 3DCADサポートエンジニア
  • サポート歴7年
  • Autodeskとダッソー製品のカスタマーサポートに従事

目次

IKとは?

はい、まずは「IKとはなにか?」から説明していきます。

IKとはインバースキネマティクスの略で、 日本語では逆運動学という名称です。 ロボット制御でよく使われる手法です。

IKをひとことで言うと 「末端の位置を決めることで、他の関節の位置と姿勢を推定する機能」 です。

人間だと、手を引っ張ることで肘や肩の姿勢が変わっていくイメージです。

例えば、座っている人を立たせるために、 手を引っ張り上げますが、そのときに身体全体が動きますよね?

末端である手の位置を決めてやることで、 肘や肩の姿勢、胸や頭の向き、腰の位置や膝の角度を推定しているわけです。

画像で表すとこんな感じでしょうか。

IK

これがIKです。

じっさいのアニメーションでは、 いくつか制限をかけてIKで姿勢を作っていきます。

例えば、身体のいくつかの関節を固定させて手を動かすこともあります。 ピンで留めるようなイメージでしょうか。

IKのピンドラッグ

このようにして、IKで姿勢を作っていきます。

ちなみに、IKは人間らしい姿勢になるように、 各3DCGソフトでチューニングされています。

つまり、 Mayaや3ds Max、MotionBuilder、Cinema4Dといったアニメーション機能のあるソフトは、 各ソフトで特長を持ったIKになっているということです。

Mayaの「HumanIK」という機能は、 人間の構造を加味してそれらしい姿勢になるようにチューニングされているわけですね。

FKとは?

つづいて、「FKとはなにか?」について説明します。

FKとはフォワードキネマティクスの略で、 日本語では順運動学という名称です。

こちらもロボット制御で使われる手法で 「腰に近い位置の関節の姿勢を順に決めることで、末端の位置を決める機能」がFKです。

人形の股関節や膝、肘や肩を曲げることで姿勢を作るイメージです。

例えば、人をイスに座らせるために、 「骨盤を傾ける→股関節を曲げる→膝を曲げる→足首を曲げる」の順番で関節を 曲げていくと座位になります。

この「骨盤→股関節→膝関節→足関節」の姿勢を決めてやることで 「つま先」の位置が決まるわけです。

図で表すとこんな感じです。

FK

なぜこの順番になるのか?について少し説明します。

通常3Dモデルでは、身体の各部位をセグメントにわけて、 それを関節でつないでいます。 これは階層構造になっています。

腰が一番上の階層になっていて、 手足などの末端に向けて階層が下がっていきます。

図で表すとこんな感じです。

階層

FKは上層階から下層階に向けて姿勢を決めていき、 最下層の位置を決めるので「骨盤→股関節→膝関節→足関節」になるわけですね。

IKとFKはアニメーション作成でどうやって使う?

IKとFKは理解したけども、 「じっさいどうやってIKとFKを駆使してアニメーションを作っていくのがいいのか?」 について少し解説します。

Mayaや3ds Maxでの手付けアニメーションでは、 IKとFK両方を使いながら作成していきます。

結論からいうと、 「IKで大まかな姿勢を決めてからFKで修正しながらアニメーションを作っていく」 になります。

私の個人的な感覚では、FKが8割、IKが2割くらいでしょうか。 (個人差はあります)

なぜかというと、IKは予期しない姿勢になることが多いためです。 つまり、人間らしい姿勢にならないことが多いのです。

IKの方がマウスをドラッグして姿勢と位置の両方を決めることができるので、 とても直感的なので効率がいいのです。 しかし、精度の問題で姿勢が崩れるのです。

これを修正するのがFKです。

FKは直接、関節を曲げ伸ばしするので 人間らしい姿勢を表現しやすいのです。

だから、常にFKを意識して姿勢を決めていくことで、 人の動きを精度よく作れるのです。

しかし、FKは直感的ではないので時間がかかりますし、ノウハウも必要なわけですね。 「上の階層から曲げていけば手先はこうなるだろうな?」 という経験がモノを言うわけです。

だから、「初心者ほどIKで効率的にそれなりの姿勢を作ってから、 FKでブラッシュアップして姿勢の質を上げていく」のがいいのです。

まとめ

「IKとFKの違いってなに?アニメーション初心者向け」 についてのまとめです。

IKは直感的に手足を引っ張って、 姿勢を作っていくことができる機能。

FKは一つ一つの関節の角度を変えて、 姿勢を作っていく機能。

IKとFKの両方使ってアニメーションを作るが、 一般的にFKを使う割合の方が多い。

IKは精度に問題があるため、大まかな姿勢をIKで作ってから FKで修正すると、人らしい動きのアニメーションを作りやすい。

最後に・・・

IKやFKをストレスなく使える 3DCG用のおすすめのパソコンを紹介しています。 よかったらあわせてご覧ください。

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おまけ・シミュレーションでFDっていうのもあるよ

最後に少し雑談を。

IKって最近のアニメーション作成ソフトでは 普通に実装させれるようになりましたが、一昔前はかなり貴重な機能でした。

2000年くらいまで、ロボット工学の研究者がアニメーション作成についての研究を いくつか出していました。 企業がその成果を取り入れて効率的にアニメーション作成できるツールを開発して、 いまのIK機能になった感じです。

MotionBuilderがHumanIKを取り入れたのも、このころでしょうか。 研究者の成果物をどんどん市販のソフトに組み込んでいったわけですね。

さて、話は変わってIKのほかにもシミュレーションで動きを作る手法があったりします。 それがFDです。フォワードダイナミクスの略で、日本語では順動力学といいます。

FDとは 「身体の部位に外力を加えて動きを生成する」というシミュレーションです。

例えば、下の図のようにお腹に大きな力を加えると 人が吹っ飛ぶというようなイメージを持っていただければと思います。

FD

こちらもロボット工学ではよく使われるシミュレーション手法で、 今もなお研究が続けられています。

将来的には、FDのような「力を加えるとどんな動きになるかを計算する機能」が アニメーションソフトにも実装される日が来るのではないか…と、 夢見ている今日この頃です。

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