http://3dlearn.googlecode.com/files/ogre skeleton animation.pdf
歡迎指出文中錯誤
1 前言
骨骼蒙皮動畫分兩步驟進行:根據(jù)時間插值更新骨骼、然后根據(jù)骨骼更新每骨骼上的頂點。為了好玩，暫且這樣看:在每一個時間點，對每一個骨骼，我們創(chuàng)建一個骨骼魔法，并將骨骼魔法施放到每一個骨頭上；有個這些骨骼然后我們開始蒙皮，我們找出每一寸皮膚(一個頂點)，并從骨堆里找出這塊皮需要依附的骨頭，當然骨頭的數(shù)量都是有限的，一般就十幾或翻倍的數(shù)量級，所以骨頭還是比價好找的。我們將皮貼到骨頭上，貼完所有的皮，我們就得到了一個骨頭人鳥。看起來很形象:
下頁示意圖少兒不宜.
2 類圖
<只能看pdf>
3 邏輯切片
不解釋.
渲染
Root::renderOneFrame（）
->Root::_updateAllRenderTargets
->RenderSystem::_updateAllRenderTargets()
->RenderWindow::update()
->D3D9RenderWindow::update(bool swap)
->RenderTarget::update()
->Viewport::update()
->Camera::_renderScene()
->SceneManager::_renderScene(Camera* camera, Viewport* vp, bool includeOverlays)
4 更新骨骼
只考慮線性插值更新骨骼的情況.
4.1 創(chuàng)建一個骨骼魔法
創(chuàng)建一根骨頭需要的魔法。言歸正傳，其實就是創(chuàng)建一個TransformKeyFrame對象，看做一個全變換，一個變換只能應(yīng)用到一個骨骼上。當前動作有24根骨頭，在每幀里，你需要對著24根骨頭施加24次骨骼魔法，如果美術(shù)認為男人應(yīng)該是23根骨頭少畫了一根，可以不用糾結(jié)，知道這不是bug就行。
一個骨骼文件看起來像這樣:
左邊定義的是骨頭，右邊定義的是動作。恩，這里只有18根骨頭，可以認為這個不是人類骨骼數(shù)據(jù)。在程序?qū)崿F(xiàn)上，事實上考慮的術(shù)語叫joint，看起來像只是一個質(zhì)點，可以這樣理解，一個joint是一個空間射線，它表示了一個空間變化，也即一次旋轉(zhuǎn)縮放平移。當然，它是一個矩陣，可以分解成一個平移和一個四元素變換。這時候似乎沒有骨骼的長度，可以認為這個joint表示的只是骨頭的關(guān)節(jié)處，骨頭的長度隱藏在2個關(guān)節(jié)之間了。
右邊描述的是動作，一個動作是所有的joint在時間軸上的一個個切片組成的。恩，為了便于組織數(shù)據(jù)，ogre用joint分類關(guān)鍵時間。其實也可以用關(guān)鍵時間來分類joint。恩，這其實也是一個很好的優(yōu)化方式，如果關(guān)鍵幀分類下省略了joint，就表示這個joint不需要變換，其對應(yīng)的頂點都不需要進行重新蒙皮計算了。例如一個人在揮手，假設(shè)全身只有手在揮舞，當然這動作應(yīng)看起來像個僵尸。按ogre現(xiàn)在的實現(xiàn)，這個wave下的所有24(為了男女平等考慮男人和女人都是24根骨頭)個joint都必須有關(guān)鍵時間，就算關(guān)鍵時間少幾處，也會將所有的joint進行插值。這個時候避開某個joint被蒙皮，只有在這個動作下刪掉某個joint了。這徹頭徹尾就是個機器人鳥。如果用改進的分類方式，在某個關(guān)鍵字里，可以省略一些joint，這樣一個人邊揮手邊輕邊擺頭還是可以實現(xiàn)的。
創(chuàng)建一個骨頭魔法分兩步，第一部是取到當前時間點在關(guān)鍵幀中的插值系數(shù)，第二部是根據(jù)這個插值系數(shù)對這個骨頭進行插值。
t=(i-k1)/(k2-k1)
可以看到移動和縮放非常好理解，都是進行的一次線性插值。只有旋轉(zhuǎn)使用了四元素的歸一化線性插值。兩個旋轉(zhuǎn)的插值似乎也只能用四元素插值，矩陣插值聽說有這樣那樣的問題。這個插值有誤差，并且不是恒速插值。
核心算法也是基本的線性插值公式，灰常神奇
q1+(q2-q1)*k
4.2 更新動畫時間
AnalyzeAnimation.exe!AnalyzeAnimation::frameRenderingQueued
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::_fireFrameRenderingQueued
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::_fireFrameRenderingQueued
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::_updateAllRenderTargets
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::renderOneFrame
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::startRendering
AnalyzeAnimation.exe!BaseApplication::go
AnalyzeAnimation.exe!WinMain
4.3 骨骼動畫的核心玩法（更新骨骼）
OgreMain_d.dll!Ogre::NodeAnimationTrack::applyToNode
OgreMain_d.dll!Ogre::Animation::apply
OgreMain_d.dll!Ogre::Skeleton::setAnimationState
OgreMain_d.dll!Ogre::Entity::cacheBoneMatrices
OgreMain_d.dll!Ogre::Entity::updateAnimation
OgreMain_d.dll!Ogre::Entity::_updateRenderQueue
OgreMain_d.dll!Ogre::RenderQueue::processVisibleObject
OgreMain_d.dll!Ogre::SceneNode::_findVisibleObjects
OgreMain_d.dll!Ogre::SceneNode::_findVisibleObjects
OgreMain_d.dll!Ogre::SceneManager::_findVisibleObjects
OgreMain_d.dll!Ogre::SceneManager::_renderScene
OgreMain_d.dll!Ogre::Camera::_renderScene
OgreMain_d.dll!Ogre::Viewport::update
OgreMain_d.dll!Ogre::RenderTarget::_updateViewport
RenderSystem_Direct3D9_d.dll
OgreMain_d.dll!Ogre::RenderTarget::_updateAutoUpdatedViewports
OgreMain_d.dll!Ogre::RenderTarget::updateImpl
OgreMain_d.dll!Ogre::RenderTarget::update
OgreMain_d.dll!Ogre::RenderSystem::_updateAllRenderTargets
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::_updateAllRenderTargets --->先更新幀監(jiān)聽，再更新實體
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::renderOneFrame
OgreMain_d.dll!Ogre::Root::startRendering
AnalyzeAnimation.exe!BaseApplication::go
AnalyzeAnimation.exe!WinMain
TransformKeyFrame 看做一個全變換.
對骨骼(bone/node)進行變換的流程
輸入:節(jié)點、時間(省略權(quán)值和縮放)
輸出:節(jié)點的全變換
u 構(gòu)造出插值關(guān)鍵幀全變換buffer(TransformKeyFrame kf)
u 從關(guān)鍵幀buffer釋放一個平移buffer
u 對節(jié)點施加平移buffer (省略權(quán)值與縮放)
u 從關(guān)鍵幀buffer釋放一個旋轉(zhuǎn)buffer
u 對節(jié)點施加旋轉(zhuǎn)buffer
u 從關(guān)鍵幀buffer釋放一個縮放buffer
u 對節(jié)點施加一個縮放buffer
每幀對每一個骨骼(這里蛻化成node)掛4個關(guān)鍵幀buffer，正是骨骼動畫的核心玩法。
4.3.1 釋放一個關(guān)鍵幀魔法
關(guān)鍵幀魔法需要創(chuàng)建一個特殊的buffer，即關(guān)鍵幀全變換buffer(TransformKeyFrame).
5 蒙皮
Ogre蒙皮算法的核心是對每頂點進行對應(yīng)骨骼的全變換。
V=M4*V
分兩步進行，第一步在Mesh::softwareVertexBlend中準備好計算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的上下文，第二步在softwareVertexSkinning中進行每頂點的蒙皮計算。
處理軟件索引頂點混合,本意是用于骨骼動畫,但是也可用于其他用途.
|
|
|
|
|
const VertexData* |
sourceVertexData |
|
|
const VertexData* |
targetVertexData |
|
|
const Matrix4* const* |
blendMatrices |
|
|
size_t |
numMatrices, |
|
|
bool |
blendNormals |
|
sourceVertexData
頂點，法線，混合索引，混合權(quán)重
targetVertexData
目標的頂點，混合版本的法線緩存.需要注意向量的歸一化.
blendMatrices
指向一個用于混合的矩陣數(shù)組,被sourceVertexData的混合指數(shù)索引.
numMatrices
blendMatrices中矩陣數(shù)組的數(shù)量
blendNormals
true表示法線也同頂點一起混合.
|
|
|
|
|
srcElemPos |
源頂點 |
|
|
srcElemNorm |
源法線 |
|
|
srcElemBlendIndices |
源混合索引 |
|
|
srcElemBlendWeights |
源混合權(quán)重 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
srcPosBuf |
源頂點緩存 |
|
|
srcIdxBuf |
源索引緩存 |
|
|
srcWeightBuf |
源權(quán)重緩存 |
|
|
srcNormBuf |
源法線緩存 |
|
|
destElemPos |
目頂點 |
|
|
destElemNorm |
目法線 |
|
|
|
|
|
|
destPosStride |
目法線跨步 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2 蒙皮核心算法
核心算法如下
首先對頂點進行計算
ü 找到當前的混合索引值
ü 用這個值索引出混合矩陣M4
ü M4左乘以頂點V1(*)得到V2
ü V2進行加權(quán)計算得到V3(=V2*weight)
ü V3歸一處理得到V4(=V3.normalized)
然后對法線進行同樣過程的計算，只是上面流程中的(*) 處的V1換成法線.如果一個頂點存在多個權(quán)重值，需要對每一個權(quán)值重復上面的1到4步驟進行累積計算到V3.一次頂點計算完成，即對下一個頂點進行同樣的計算過程.所有頂點計算完成，即完成了骨骼蒙皮.