La cinemática directa ( direct kinematic animation , English forward kinematics , FK) es el proceso de determinar los parámetros de objetos en movimiento conectados (por ejemplo, un par cinemático o una cadena cinemática ) para lograr la posición, orientación y ubicación requeridas de estos objetos. La cinemática directa es un tipo planificaciónLa cinemática directa se usa activamente en robótica , animación tridimensional por computadora y en el desarrollo de juegos de computadora . El algoritmo de cinemática directa es lo opuesto al algoritmo de cinemática inversa .
La cinemática directa se aplica a los modelos de cualquier personaje u objeto que se crea mediante la animación esquelética . La esencia de la animación esquelética es que un objeto consiste en un conjunto de segmentos sólidos (componentes) conectados por articulaciones (articulación inglesa ) . En este caso, los segmentos se pueden combinar en pares cinemáticos , que a su vez se combinan en cadenas cinemáticas . Estos segmentos forman cadenas jerárquicas que tienen niveles "superiores" e "inferiores". Los segmentos (componentes) de los niveles superiores se denominan componentes antecesores (o segmentos principales), y los componentes de nivel inferior se denominan componentes secundarios (o segmentos secundarios). Por ejemplo, si consideramos una mano humana, entonces la articulación del hombro será el nivel más alto y la yema del dedo será el más bajo, es decir, el componente descendiente de la articulación del hombro. La articulación del codo está dentro de la cadena, tendrá segmentos tanto principales (hombro) como secundarios (muñeca, dedos).
La esencia de la cinemática directa es que la acción se transmite a lo largo de una cadena jerárquica de arriba a abajo, es decir, los segmentos secundarios se mueven en relación con los principales. Primero, el segmento padre cambia su posición y/u orientación. Este cambio afecta las posiciones y/o la orientación de todos los demás segmentos secundarios. A continuación, la posición del siguiente segmento en la cadena cambia, mientras que la posición de todos los segmentos secundarios posteriores cambia, y los segmentos principales permanecen inmóviles.
Considere, por ejemplo, la cinemática directa en el movimiento de una mano humana. Supongamos que una persona cuya mano está bajada necesita tomar un objeto con esta mano. En este caso, de acuerdo con el algoritmo de cinemática directa, primero se cambian el ángulo y la posición de la articulación del hombro. Este cambio cambia la posición de todos los elementos secundarios de la mano que están en la cadena jerárquica. Es decir, cuando la articulación del hombro gira, todas las demás articulaciones del brazo, como el codo, la muñeca y los dedos, cambian de posición. A continuación, la articulación del codo gira, lo que provoca un cambio en la posición de los segmentos secundarios, la muñeca y los dedos, pero no afecta al segmento principal, el hombro. Este procedimiento se lleva a cabo hasta que se alcance la meta o hasta que se cambie la posición y/u orientación de todos los segmentos de la cadena jerárquica.
La cinemática directa, junto con la cinemática inversa , se usa ampliamente en robótica , animación por computadora en 3D y desarrollo de juegos de computadora . En los juegos, la mayoría de los personajes están animados mediante cinemática directa. Además, el algoritmo cinemático directo, junto con el algoritmo inverso, es muy utilizado en editores de gráficos 3D como 3ds Max y Maya .