FKとは｜意味や解説

FKとは、「Forward Kinematics」の略称で、3DCGアニメーションを制御する技術のことを指します。

モデルとなる対象物の動きをデザインする上で、あらゆる関節の回転範囲と回転角度を制作者が直接入力して動きを出す手法です。動かしたい部分の関節の上層から末端に向けて順番に回転させていくことで、モデルの最終的な動きをデザインします。例えば、キャラクターモデルを椅子に座らせるために、骨盤、股関節、膝、足首の順番で関節を曲げていくことで座位の姿勢を作ります。

関節の動きはそれぞれの部位により可動域が異なるだけではなく、同時に動かした時の動きの制約にも制約が生じるため、細かな調整が必要になります。全体を俯瞰し、動きをデザインすることが重要です。

自然な人間の関節の動きを再現することは非常に難しく、スキルと経験が必要になります。

IKとは、「Inverse Kinematics」の略称です。
FKはモデルの関節の回転を上層から末端に向けて個別に指定していくのに対し、IKは初めに末端の位置を決めることで、ほかの関節の位置や角度が自動的に計算されます
メリットとしては、デザインする際に意図した位置にモデルの末端を設定することができるので、FKよりも直感的に動きを与えることができます。

モデルが地面に着地したり、地面で踊ったりする動きをつける場合を例に解説します。

FKの場合、モデルの基幹部の動きを決定したのち、末端部の動きをデザインします。今回の例の場合、地面に着地している足や指先の位置をデザインする場面を想像してみてください。
人間の関節の可動域に準じた動きかつ、地面に接地するタイミング等細かな情報を入力する必要がありますが、階層の上層部からデザインするFKでは細かな位置関係や運動を調整するのに手間がかかってしまいます。

ここでIKを使うと、階層の末端部、つまり、地面に接地した指先から描画を進めていくことができます。FKの場合に比べて、より直感的なデザインができることに加え、作業を効率化することができます。

このように、ある一定の場所に留めておきたい場合などにはIKが便利ですが、地面から足が離れている場合などではFKが適しています。

どのようなモデルの動きをデザインするかによって、精度や効率を考慮した上で適切な描画方法を選択することが重要です。

FKとIKを効果的に使い分けることは、作業時間の短縮につながります。
これら二つの技術にはそれぞれ特徴があり、ポイントを抑えることで最も適した選択を行うことができます。
また、IKとFKをブレンドすることで互いの欠点を補完し、効率的により良い動きをつけることができる場合もあります。

FKおよびIKを用いた描画方法については、下記リンクにわかりやすい解説があるので参考にしてみてください。

3Dアニメーションにおいて、人間の関節の動きに違和感を覚えない作りを施すことは、ゲームのリアリティ向上において重要なポイントです。
また、人物や物体が地面や壁に触れるときに、触れた対象物を貫通しないことや適切なポイントで触れたことを表現することも大切です。

これらをスムーズに実現できるよう、開発者は試行錯誤を繰り返してデザインしていきます。その中で、FKとIKを適切に選択し、より効率的かつクオリティーの高いものを作り上げていくのです。

3DCGに限らず、デザインをする上では事象を俯瞰して観察し、一つの選択肢に囚われることなく様々な角度から方法を模索することが重要です。