Настройка инверсной кинематики (IK) для аватаров пользователей в VR

Настройка инверсной кинематики (IK) для аватаров пользователей в VR

Задача — взять три точки данных (голова, левая рука, правая рука) и из них получить убедительное тело. Это и есть Full Body IK для VR-аватара: три tracking point-а от гарнитуры и контроллеров должны drive весь скелет так, чтобы аватар выглядел живым, а не деревянным манекеном с руками на правильных позициях.

Это на удивление нетривиальная задача.

Три источника данных и что с ними делать

С headset приходят: XRNode.Head (позиция и ротация HMD), XRNode.LeftHand, XRNode.RightHand. Из позиции головы и рук нужно восстановить позицию таза, позвоночника, плеч, локтей, ног.

Таз — аппроксимируется от позиции головы с фиксированным offset вниз. Проблема: когда игрок наклоняется, этот offset работает неверно — таз «плывёт» вперёд неестественно. Правильное решение — сглаживать позицию таза относительно истории движения головы и использовать вторичную эвристику: если рост позиции головы снизился на X см — игрок присел, сдвигаем таз вниз и вперёд.

Плечи — восстанавливаются из ротации головы и позиций кистей. Если голова повёрнута вправо и правая рука поднята — правое плечо должно подняться, левое опуститься. Это реализуется через ChainIK или TwoBoneIK + MultiRotationConstraint в Unity Animation Rigging.

Локти — самая сложная часть. Две известные точки (плечо и запястье) дают бесконечное количество решений для локтя. Нужен pole target: виртуальная точка, к которой «тянется» локоть. Стандартное решение — pole target вычисляется из горизонтальной проекции предплечья с bias вниз-назад. В XR Interaction Toolkit c Animation Rigging — TwoBoneIK Constraint с явным Hint Target.

Реализация в Unity Animation Rigging

Пакет com.unity.animation.rigging версии 1.1+ — стандарт для этой задачи в Unity. Структура rig'а для VR-аватара:

1. Rig Builder на корне персонажа
2. Rig объект с несколькими Constraint компонентами
3. TwoBoneIK для каждой руки: Source — кость запястья, Target — VR controller transform, Hint — pole target
4. MultiParentConstraint для шеи/головы: драйвится от HMD transform
5. ChainIK для позвоночника: от таза к груди, с weight управляемым от наклона туловища
6. TwoBoneIK для ног (если нужна foot IK на неровных поверхностях)

Важный нюанс: rig весовая система. Каждый Constraint имеет Weight от 0 до 1. При плавных переходах — например, когда игрок кладёт оружие и переходит в locomotion — веса интерполируются в коде, чтобы избежать резкого переключения между позами.

Проблемы, с которыми сталкиваются в продакшене

Мерцание при граничных позах. Когда рука игрока заходит за спину или поднимается выше головы, TwoBoneIK переходит в singular position — выпрямленная цепочка без однозначного решения. Аватар дёргается. Решение — clamp угол разгибания: запретить TwoBoneIK полностью выпрямляться (максимальный угол 170° вместо 180°).

Рассинхронизация рук при высокой latency. Если аватар рендерится в LateUpdate или с задержкой, руки отстают от реальных контроллеров. Руки аватара должны обновляться в OnBeforeRender или через XR Interaction Toolkit's late binding механизм.

Calibration под рост игрока. Offset от головы до таза не универсален: человек ростом 1.90 м и 1.60 м — разные пропорции. В нормальной реализации есть calibration routine: игрок встаёт прямо, нажимает кнопку, система замеряет текущую высоту HMD и пересчитывает все offset'ы.

Сроки настройки Full Body IK для VR-аватара: от 3 до 7 рабочих дней в зависимости от сложности riga и требований к поведению. Стоимость рассчитывается индивидуально.