VRCでFinal_IKを使う（初心者向け？）

初めに

これはVRChat向けの記事です。
VRChatにおけるUnityを前提として書いているため、一般的なUnityとは乖離しているケースが多々含まれます。ご注意ください。

本来の使い方

本当に初心者の人が勘違いしたらいけないので載せておきます。

ラグドールの設定サンプル（Full Body Biped IK）

3D空間でお絵かき　（VR IK）

NPCシステム（Aim IK）

前提知識

この記事では以下の知識を前提としています。

• 基本的なUnity操作
• VRC物理学（Fixed Jointによるサブアーム、ワールド固定）
• 筆者の拙い文章を理解する読解力と根気

やりたいこと

VRCユーザーが
「Final_IKがセールだ！買え！」「ところで何に使うものなの？(笑)」
と言っているのを見かけたので、何かしらの利用方法の提示。

• Limb IK の導入方法（超特殊構造）
  • オブジェクトの持ち替え
  • Fixed joint を使わないワールド固定

完成品prefab
持ち替えとワールド固定（置きなおし可能、エモートスイッチ設定済）

• Aim IKを使ったオブジェクト一括管理

完成品prefab
パーティクルライブとかの演出に使えるかも？

• 他の記事等を紹介

メリット

• IKを使うため、関節がいい感じに曲がってくれる
• Fixed JointやRigidbodyの数を減らせる
  • VRC上でのアバターパフォーマンスの仕様につよい！

デメリット

• 価格が$90と高い（セール中なら半額程度で買えます）
• 日本語の情報が少ない
• VRCのアップデートで挙動が変わる可能性がある

Limb IK の導入方法（超特殊構造）

以前Twitterでまとめたもの（以下リンク）があるので、現在の仕様に合わせて少し調整して記事にしてます。

Final IKhttps://t.co/dvOepItqcq
の一部の機能 Limb IK を使い以下を軽量化しましょう。
・オブジェクトの持ち替え
　　（is activeを使わず持ち替えるのでメッシュが節約できるしアニメーション管理がしやすい）
・Fixed joint を使わないワールド固定
　　（rigid body を使わないので軽量。）

— スーパー甘党 (@Super_Amatou_VR) February 17, 2019

Limb（四肢）を制御するComponentのため、本来の使い方ではありません（VRCにありがち）。
これを使う事で従来は手などのボーンに直接格納していたオブジェクトをArmatureの外に出し、浅い階層で管理できるので、複雑なアニメーション作る際などに便利です。

オブジェクトの持ち替え

早速、以下の通りに Chest（肩）から Right hand（右手）にcubeを持ち替える構造を作っていってください。

VR IK

アバターのルート（Pipeline ManagerやVRC_AvatorDescriptorがあるところ）にVR IKコンポーネントをアタッチします。
Humanoidに適合したアバターであれば、Referencesの欄が適切に設定されるはずです。

すべての項目が埋まっている事だけを確認して、問題がなければ他の項目はそのままで大丈夫です。
VRCに上書きされるので設定は気にしないでいいです。

2019/11/17現在上書きされない設定になってるようです。とりあえず、以下の値に。¹

fix Transformを外す
IK Position Weightを０に
Plant Feetのチェックを外す
Locomotionの Weight を0に
Velocity Factor を0に

Full Body Biped IK¹

同様にアバターのルートにFull Body Biped IKをアタッチします。

VR IK同様に、Refarencesが埋まっている事だけを確認します。
その際に下図のようにボーンに走っている線が青色になっているかも合わせて確認します。

線に赤色が混ざっている場合、関節どちらの方向に曲がればいいのかFBBIKが認識できてない状態です。
この場合はUnity上で構わないので、膝に微小な角度（0.1度くらい）をつけてあげることで正常な状態（青色）になります。
この際、関節が曲がるべき自然な方向に角度をつけます。

それ以外の設定はデフォルトのままで構いません。

こちらも調整するべきかもしれません。が、取り敢えず、ギミックは動くのでギミック部分が出来上がってからIKの調整をする、と言う方針が良いかと思われます。

VR IK同様、FBBIKコンポーネントのチェックボックスも外しておきます。

IK Execution Order

同様にアバターのルートにIK Execution Orderをアタッチします。

IK ComponentsのSizeを2にすると、その下に入力欄が2つ出現します。
1つ目の入力欄(Element 0)にVR IKを、2つ目の入力欄にFBBIKをセットします。
Inspector内のコンポーネント名を直接ドラック＆ドロップでセットできます。

以上の操作でIKの実行順序を設定することで、VRC上での挙動の安定化を図っています。
（これをしないとLimb IKの挙動が安定しません。）

IK設定用の関節

Armature の外に（つまりボーンの影響を受けない位置に）右クリックcreate emptyをしてGame objectの多重構造を作り

To chest
　∟To right hand

Limb IK root1
　∟Limb IK root2
　　∟OBJECT

といった風にリネームする。（分かりやすいようにこのようなネーミングなだけで、1、2、3とかでも全然OKです）
root2を座標をずらし(0,1000,0)、OBJECTで位置を戻し(0,-1000,0)、関節の長さを設定します。

そして OBJECT の中に右クリックで cube を置き、position(0,0,0)にします

これで動かす cube の設定は終わりです。
続いて肩に追従する時にはどの位置にあるのか、手に追従する時にはどの位置にあるのかを設定していきます

OBJECT を ctrl + D で複製し、出てきた OBJECT (1)　を使って位置調整します。
まずは chest から右クリック、create emptyを二回してGame object を作成しChest(Limb)とChest_IKにリネームする。
そしてさっきの OBJECT (1) を Chest(Limb) の子に置く。

Armature
　∟Hips
　　∟Spine
　　　∟Chest
　　　　∟Left shoulder
　　　　∟Neck
　　　　∟Right shoulder
　　　　∟Chest(Limb)　　←(New)!!
　　　　　∟Chest_IK　 ←(New)!!
　　　　　∟OBJECT (1)
　　　　　　∟cube
そして Chest(Limb) ごと動かし位置調整します。
同じように右手首にも、create empty、リネーム

Right wrist
　∟Right hand (Limb)
と設定し、位置調整後、OBJECT (1) 　は必要ないので Delete　してください

Limb IK

Limb IK をTo chest と To right hand にadd component し、画像のように設定します。

• fix Transformを外す
• bone1　2　3　に Limb IK root1　Limb IK root2　OBJECT　をドラッグ＆ドロップ
• Target　にTo chestにはChest_IKをTo right handにはRight hand_IKを。
  追記：Chest_IK等Targetに指定するオブジェクトにVRC IK_followerを付ける。
• Avatar IK Goal を　Right hand に（今回は右手なので。左手ならLeft hand で）
• Bend Modifier を Target に

お疲れ様です以上で設定終わりです。
再生ボタンを押して Limb IK のコンポーネントをON/OFFすると IK が変更されます。
To chest が enable かつ To right hand が disable 状態にあると肩に背負い

逆だと右手に持ちます

Fixed joint を使わないワールド固定

先ほど設定した Limb IKのターゲットを none にします。
Limb IKをdisable状態にします

以上です。
Limb IK がenableになった場所にワールド固定されます。
一度ワールド固定するとdisableにしても IK 情報を与える Target が none なので動きません。
なのでLimb IK を多重構造にしておく事で、別途他の Limb IK から手元に引き寄せるようにしないといけません。
置きなおすことが出来ませんが、逆に言えば IK の情報がないというのが複数保存されるので Target が none のLimb IKを複数用意しておくことでワールド固定の箇所を複数個所切り替える等ができます。
ワールド固定する瞬間にワールド固定するゲームオブジェクトの子階層でLimb IKで手元に引き寄せ即IK無効化で再度置きなおしを再現出来ます。
Rigid bodyを使わないのでワールド固定をするオブジェクトにコライダーを含む場合、コライダーがRigid body colliderに変化して挙動が変わったりしないので管理しやすい。

Aim IKを使ったオブジェクト一括管理

お借りしたもの

noribenさんのビームライトシェーダーとモデルをお借りしました。
https://noriben.booth.pm/items/1637978

完成品チラ見せ

Aim IKを使ったオブジェクトの一括管理。
パーティクルライブとかの演出作成のアニメーション管理が楽になると思います。 pic.twitter.com/5hQtVXdfqj

— スーパー甘党 (@Super_Amatou_VR) November 11, 2019

完成品prefab
https://superamatou.booth.pm/items/1669811

作っていく

Game objectを分かりやすいようにLight Groupとリネームします。
子階層にビームライトを複数個、等間隔に並べます。

下準備

アバターに仕込む場合は、Limb IKの項目と同じように、VR IK,FBB IK,IK Execution Orderを設定してください。

ターゲット用のオブジェクト作成

それぞれのビームライトの先端付近になるようにCreate emptyします。それぞれの高さは揃えておいてください
作ったオブジェクトをビームライト自体のTransformの影響を受けないように階層を変えます。

Aim IKの設定

IKの設定をする為にCreate emptyして画像のように設定します。
今回は90度向きを変えているビームライトの真上にターゲットが有る為、Axis(1,0,0)です。
Aim Transform,Targetの位置関係に応じて値を変えて下さい。

他の記事等を紹介

VR IKを自前で設定する
https://qiita.com/TyounanMOTI/items/4a68b9b2123baa867924

ワールド用のラグドール等の設定値
https://twitter.com/ayr_suzu/status/986285883958558725

海外のVRC向けFinal IKまとめてる方々
https://www.youtube.com/channel/UCgZrhtmeno1qwrQFUQg4J0g
https://www.youtube.com/channel/UCmBh1L02HuuKoWrSXsLhCKw

VRC向けではないが（script使用）丁寧に解説してる記事
https://lowpolycat.com/unity_asset1/

同じくVRC向けではない
http://miyas-maincontents.blogspot.com/2016/11/final-ik.html

まとめ

IKの実行順序

• VR IK
• Full Body Biped IK
• IK Execution Order

以上のコンポーネントをアップロード前に事前にアタッチしておくことで、IKの実行順序を明示的に指定できる。
事前にアタッチしなかった場合は、VRC上で自動的にアタッチされるが、その場合は実行順序が明示されない。

なぜIKの実行順序が重要なのか

今回の機構は、以下のロジックに基づいて多脚を実現しています。

1. ダミーのHumanoidボーン（UpperLeg.R, UpperLeg.L）が動く（VR IK、FBBIKによる）
2. ボーンについているRigidbodyを元にFixed Joinedが連動して動く
3. Fixed Jointをtargetに指定したLimb IKが動く

VR IKやFBIKより先にLimb IKが動いてしまうと、上記のロジックが正しく動作せず、動きがぎこちなくなってしまいます。

IK制御の優先度はVR IK, Full Body Biped IK＞Limb IK

ウェイト未割り当てボーンの除去の補足です。

VR IKやFull Body Biped IKの制御下にあるボーンは、Limb IKで制御できません。
これについては、以下の記事に詳しく書いてあります。

https://qiita.com/TyounanMOTI/items/4a68b9b2123baa867924

補足

以下はメモ的なものです。
参考程度に捉えてくもらえると。

ネットワークIK

• 自分以外のアバターは角度情報だけを取得している？
• 仕様変わるらしいです。

VRC IK_follower

• VRC SDK内に入っている script
• このコンポーネントを付けたGameObjectのTransformは、Position(0, 0, 0), Rotation(0, 0, 0), scale(1, 1, 1)に上書きされる
  位置調整をしたい場合には親にofset用のGameObjectを挟むと良い
• RigidbodyやIK同様、座標計算をするコンポーネント
  • コンポーネントが非アクティブになっている間は計算が停止
  • 結果として、オンオフするたびに位置がズレる可能性有
• Fixed Joined を使わずに、ワールドパーティクルを仕込むことが出来る
  • こちらが本来の用途、詳しい実装方法は別途紹介
• 手首の子階層に空のGameObjectを設置し、VRC IK_followerを付けることで他者の視点でも同期するようになる
  • 結果、他人視点でも同期するIKのTargetとして利用できる

Limb IK

• Limb（四肢）の名前の通り、本来は手足を制御する為のモノ
• VR IKなどHumanoidを想定したIKでは2本の脚しか制御できないが、Limb IKは設定したボーンのみを制御するため、それぞれの脚ごとにLimb IKを用意することで多脚に対応可能

1. IKは上書きされたりされなかったり、時期によって、と言うか、運営の匙加減です。 ↩ ↩²