运动学和反运动学模拟

动画设计时，当出现一组关联影响对象协同运动时，将涉及正向运动和反向运动。正向运动与反向运动的概念虽存在较大差异，但都是为了有效地给物体设置和谐而有序的动作。物体之间，特别是物体局部与主体之间做相互关联动作时，对象之间的连接方式及组成结构对运动结果影响很大。

正向运动是子物体跟随父物体的运动规律，即在正向运动时，子物体的运动跟随父物体的运动，而子物体按自己的方式运动时，父物体不受影响。比如说，如果模拟制作一只动物活动的动画，将动物的“身躯”设为父物体，“头”设为子物体。当动物躺下时，身躯（父物体）向下，头（子物体）也跟着向下运动；而当头（子物体）左右转动时，身躯（父物体）不受影响。

同样道理，对动物来说，身躯是父物体，两条上肢是身躯的子物体，上肢同时互为兄弟，因为它们共有一个父物体（身躯）。上肢是前肢的父物体，前肢是爪的父物体。如果移动身躯，上肢、前肢、爪都会随之运动；如果转动爪，那么前肢、上肢和身躯则不受影响。一个单一的父物体可以有许多子物体，而一个子物体只能有一个父物体。

正向运动中父物体运动影响子物体的运动，而逆向运动中子物体运动影响父物体运动。下面以创建的一个机械手为例，演示父、子物体层次连接后的正向运动，如图6-6所示。

机械手的逻辑关系是：当底座移动时，其他物体都跟随运动；垂直长轴运动时，除底座保持不动外，其他连到垂直长轴上的物体都跟着运动。

反向运动与正向运动刚好相反，它是父物体跟随子物体运动的系统。3D Studio Max拥有一套完善的三维空间反向运动系统（Three-Dimensions Inverse Kinematics，IK），使用IK系统，只需移动层次连接中的单一物体，便可使整个物体出现复杂的层级运动。IK在设计制作复杂的人物、动物或机械运动时，体现出不可替代的优势。

和正向运动相比较，IK系统要花一定时间用于参数设置工作，同时需要用到物理学、数学方面的知识及丰富而敏锐的想象力和观察力。

图6-6 手指是子物体，手臂是父物体

如果经验丰富且善于联想，动画设计者能够很快制作一个生动而逼真的三维人物行走动画。具体步骤是先拨动人物活动关节，再摆出所需初始姿态，然后移动到另一个关键帧，最后确定某一时刻的动作姿态，依此类推，然后由相关软件自动生成关键帧之间连贯的行走动作动画序列。

对于正向运动与反向运动来说，层级命令面板很重要。经过层级命令连接，父物体与子物体均以层次连接的树形结构呈现。树形结构层次连接使得正向运动或者反向运动的动画效果有所不同。