JAX-IK：用于生成多约束虚拟人类角色运动的实时逆运动学
计算机视觉与模式识别
2025-09-12 v3 人机交互
摘要
在计算机图形学、交互式虚拟环境、机器人和生物力学等众多应用领域，实时生成准确且逼真的虚拟人类运动极为重要。本文介绍一种新颖的实时逆运动学（IK）求解器，专为逼真的人类运动生成而设计。利用TensorFlow的自动微分和即时编译技术，本文提出的求解器能够高效处理具有高自由度的复杂人类骨架。通过将正向运动学和逆运动学视为可微操作，本方法有效解决了多约束问题中常见的误差累积和复杂关节限制等挑战，这些因素对于实现真实的人类运动建模至关重要。我们在SMPLX人类骨架模型上演示了求解器的有效性，评估其性能于广泛使用的基于迭代的IK算法，如Cyclic Coordinate Descent（CCD）、FABRIK和非线性优化算法IPOPT。我们的实验覆盖简单的端效应任务以及具有现实关节限制的复杂多约束问题。结果表明，本IK求解器实现了实时性能，具备快速收敛、最小计算开销以及较高成功率。项目代码已公开于https://github.com/hvoss-techfak/JAX-IK
引用
@article{arxiv.2507.00792,
title = {JAX-IK: Real-Time Inverse Kinematics for Generating Multi-Constrained Movements of Virtual Human Characters},
author = {Hendric Voss and Stefan Kopp},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.00792},
year = {2025}
}