Cinématique inverse

En infographie, en robotique, en chimie et en particulier en animation, la cinématique inverse est un procédé par lequel on peut déterminer les positions et rotations d'articulations d'un modèle afin d'obtenir une pose.

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Terme en animation - Effets spéciaux - Technique cinématographique

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En infographie, en robotique, en chimie et en particulier en animation, la cinématique inverse (fréquemment abrégée IK, de l'anglais inverse kinematics) est un procédé par lequel on peut déterminer les positions et rotations d'articulations d'un modèle afin d'obtenir une pose.

Le terme «cinématique inverse» renvoie au fait que l'étude cinématique se fait le plus souvent à partir des paramètres des articulations, pour déterminer l'évolution de la pose.

Utilisations

A titre d'exemple, pour un modèle humain, on peut déterminer la torsion des poignets, des coudes, des doigts... automatiquement pour atteindre de l'index un objet. C'est une démarche assez intuitive pour l'animateur, qui voit son travail simplifié, mais assez complexe pour l'ordinateur. C'est aussi un élément essentiel en robotique, où on peut fixer le programme en terme d'objectifs, et déterminer par cinématique inverse le moyen de l'atteindre.

En chimie, et essentiellement dans l'étude des protéines, on cherche la forme géométrique la plus probable des molécules. C'est d'une importance capitale en médecine, puisque la forme des protéines influence leurs propriétés, et peut permettre l'étude de nouveaux médicaments exploitant cette géométrie. Certains logiciels de calcul partagé exploitent ces algorithmes dans ce but.

Principes

Les principes de la cinématique inverse sont les suivants :

les membres sont des barres rigides, de longueur donnée, reliés entre eux par des articulations ;
les articulations supportent une certaine torsion maximale, qui fluctue selon la direction ou la vitesse ;
les mouvements sont supposés suffisamment réguliers - pour paraitre naturels.

Mathématiquement, on obtient une équation dépendant de plusieurs variables. Dans l'exemple du bras humain, les paramètres seraient les différents angles constitués par les articulations, et l'équation donnerait la distance entre l'index et l'objet à atteindre. On cherche à minimiser cette fonction, pour qu'il y ait contact entre l'index et l'objet. Dans l'extrême majorité des cas, des solutions analytiques n'existent pas : il faut utiliser des techniques de programmation non-linéaire, ou l'algorithme de Levenberg-Marquardt. On peut peut-être distinguer entre différentes positions envisageables en affectant un «poids» plus important aux poses plus éloignées de celle qui est tenue - qualitativement, on effectue le moins de mouvements envisageables.

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