PMXのIKの設定(ループ回数・単位角・角度制限)｜実物の値とthree.jsでの解き方

IKボーンに書かれているもの

実物の値

角度制限が付いているのは、どのモデルも「ひざ」だけで、X軸だけが -180°〜-0.5°、Y軸・Z軸は0〜0でした。ひざが前後の一方向にしか曲がらず、まっすぐ伸びきることもない(0.5°は残る)という指定です。足と足首には制限がありません。

同じ足IKでも、単位角は人物Aが2ラジアン、アリシアが1ラジアンで、作者によって違います。どちらも1回でかなり大きく回せる値で、足IKでは上限として効く場面は少ないはずです。髪IKの5°は小さく、少しずつしか曲がりません。

three.jsでの解き方

three.js(r171)は CCDIKSolver で解きます。リンクを順に「効果ボーン(足首)を目標へ向ける回転」で回し、これをループ回数だけ繰り返す方法(CCD)です。PMXの設定は次のように使われます。

• ループ回数はそのまま繰り返しの回数になります。1周の中でどのリンクも回らなかったら、そこで打ち切ります
• 単位角は1回の回転の上限として使います(PMDの値は4倍して使う、とソースにあります)
• 角度制限は、回したあとのオイラー角を下限・上限の範囲に切り詰めて当てます。座標系の違いを直すため、X・Yの符号を入れ替えてから使います(ひざは three.js の上では X が 0.5°〜180°)
• PMDには角度制限の欄がありません。 MMDLoader は、名前に「ひざ」を含むリンクをX軸だけで回すよう決め打ちしています

物理で動くボーンのIKは解かれない

MMDAnimationHelper は物理演算を有効にすると、剛体の種類が1か2(物理で動く)のボーンをリンクに持つIKを止めます。リンクを順に見て、物理で動くリンクに当たったところでそのIKの処理を打ち切る作りです。

実物では、髪IKのリンクは人物Aもアリシアも全部が剛体の種類2でした(三つ編みIKも同じ)。物理を有効にしている限り、髪IKは1度も解かれず、髪は物理だけで動きます。足IK・つま先IKのリンクの剛体は種類0(ボーン追従)で、こちらは毎フレーム解かれます。

ループ回数を減らすと、足首はどれだけ離れるか

人物Aに実物のダンスVMD(約4分)を当て、再生時間を100等分した各時点で、IKを解く前の姿勢へ戻してから足IKのループ回数だけを変えて1回解き、足首と足IKボーンの距離を測りました。脚を伸ばしきっても届かない時点(股関節から目標までが、もも+すねの長さ10.24ユニットより遠い)は、200か所中10か所あったので除いています。

1ユニットはおよそ8cmなので(MMDのスケールと単位)、10回では足首が中央値で4.5cmほど目標から浮きます。モデルが40回と書いているのには意味があり、処理を軽くするために回数を減らすと、足が床から浮いたり滑ったりします。

40回でも、0.1ユニット以上離れたままの時点が190中40ありました(最大0.335)。別のダンスVMDでは、届く位置なのにすべての時点で0.27〜0.32離れ、ループ回数を変えてもほとんど縮みませんでした。同じ姿勢のまま解き直すと5回目で0.0004まで縮むので、届かない位置ではありません。原因はまだ特定できておらず、MMD本体で同じ姿勢がどうなるかも比べられていません。

この記事に関係するツール

• IKを切ったVMDで脚が引き戻される — VMDでIKのオン・オフを切り替える
• PMXのボーンのフラグと変形階層 — IKと付与を解く順番
• 物理演算の仕組み — 剛体の種類(ボーン追従・物理・位置合わせ)
• PMX・PMD・VMDを調べる — モデルのボーンとIKを確かめる