本文集合了我在實作 Foot IK 時所看過的參考資料。由於網路上需多不同的資源都只提到其中某一種特定的實作方法，每一種方法又有不同的限制與需要注意的細節，資訊十分分散。所以寫了這一篇文章，希望能總結出它們的共通點與差異，藉此掌握其中的精髓。

資源

• 本文中實作的程式（可用 Package Manager 下載到 Unity 專案）：https://github.com/LEE-CHI-HSUAN/Minimal-Foot-Placement-IK
• Unity Editor 版本：6000.1.8f1
• 模型與動畫：https://www.mixamo.com/#/

介紹

在遊戲開發中，角色的動作往往是根據 animation clip 中的關鍵幀呈現出來的，不做任何調整的結果就會有不自然的表現。遊戲中各種不同的地形與周邊環境和角色的互動千變萬化，僅靠原始的動畫不具備通用性。比如在 Mixamo下載的行走動畫建立於平地，當角色處於起伏不定的坡面、階梯時，還保持站在平面的懸空狀態就會顯很不自然。想為每一種形況建立多個動畫同樣是不切實際的想法，或許我們可以為上下坡各添加一個動畫，但依舊無法推廣到所有不同的坡度，更不用提其他複雜的行為，如走樓梯、跑酷。這時實時計算出關鍵位置並以此調整動畫的技術就派上用場了。由於行走、奔跑是最常用也最基礎的角色動畫，因此成為了這次的學習目標，但在了解運作原理後，這個技術同樣可以用來調整其他種類的動作。

左側模型無設置足部 IK 所以一腳陷入地面一腳懸空，右側模型是 IK 正在運作的表現。

使足部貼合地面的演算法大致包含兩大階段，首先是尋找著地點的位置 (position) 與法向量 (normal)，這個步驟在我看過的 implementations 中沒有太大地差異，普遍使用 Raycast 朝地面打一道射線尋找 collider，但是其中潛藏著實作時可能會遇到的一些錯誤，需要進一步修正。接下來就是要根據找到的目標調整骨架位置，從目標位置回推姿勢就是所謂的反向運動學 (Inverse Kinematics)，在Unity中想要運用 IK 有許多方法與套件，這篇文章中將會介紹到三種方法：

1. Unity 的 Animator 中內建的 IK (Inverse Kinematics) 系統，有包裝好的 API 供開發者輕鬆使用，不用考慮背後具體的實現流程，但只適用於 Humanoid 骨架。
2. Unity 官方的 Animation Rigging 套件，提供更多元的功能，可附加在所有種類的骨架，但靈活性的需要
3. 手刻 IK，只需要一…點點中學程度的三角函數與 Vector3, Quaternion 的操作。

📥 地面探測

這裡唯一會用到的函式是 Physics.Raycast，它的作用是沿著一條直線探測途中撞到的 collider，有多個 overload，這裡舉一個典型的例子。

bool Physics.Raycast(Vector3 origin, Vector3 direction, out RaycastHit hitInfo, float maxDistance, int layerMask)

• 前三個參數定義射線的起點、朝向、最長距離。