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(原)Skeletal With DirectX12

时间:2018-10-10 14:29:36      阅读:203      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:架构   定义   决定   缩放   nbsp   需求   style   world   混合   

@author: 白袍小道

@来源: Advanced Animation with DirectX, 游戏引擎架构

   

技术分享图片

   

(暗影不解释连招)

   

引言:

3D模型动画的基本原理是让模型中各顶点的位置随时间变化。主要种类有Morph动画关节动画骨骼蒙皮动画(Skinned Mesh)。从动画数据的角度来说,三者一般都采用关键帧技术,即只给出关键帧的数据,其他帧的数据使用插值得到。但由于这三种技术的不同,关键帧的数据 是不一样的。

1、Morph(渐变,变形)动画是直接指定动画每一帧的顶点位置,其动画关键中存储的是Mesh所有顶点在关键帧对应时刻的位置。

2、关节动画的模型不是一个整体的Mesh,而是分成很多部分(Mesh),通过一个父子层次结构将这些分散的Mesh组织在一起,父Mesh带动其下子 Mesh的运动,各Mesh中的顶点坐标定义在自己的坐标系中,这样各个Mesh是作为一个整体参与运动的。动画帧中设置各子Mesh相对于其父Mesh 的变换(主要是旋转,当然也可包括移动和缩放),通过子到父,一级级的变换累加(当然从技术上,如果是矩阵操作是累乘)得到该Mesh在整个动画模型所在 的坐标空间中的变换(从本文的视角来说就是世界坐标系了,下同),从而确定每个Mesh在世界坐标系中的位置和方向,然后以Mesh为单位渲染即可。关节 动画的问题是,各部分Mesh中的顶点是固定在其Mesh坐标系中的,这样在两个Mesh结合处就可能产生裂缝。

3、骨骼蒙皮动画即Skinned Mesh了,骨骼蒙皮动画的出现解决了关节动画的裂缝问题,而且效果非常酷。骨骼动画的基本原理可概括为:在骨骼控制下,通过顶点混合动态计算蒙皮网格的顶点,而骨骼的运动相对于其 父骨骼,并由动画关键帧数据驱动一个骨骼动画通常包括骨骼层次结构数据,网格(Mesh)数据,网格蒙皮数据(skin info)和骨骼的动画(关键帧)数据。下面将具体分析。

SKeletal相关知识点

一、骨骼系统

1、骨骼

骨骼节点可理解为一个坐标空间。

关节可理解为骨骼坐标空间的原点,既决定了骨骼空间的位置,又是骨骼空间的旋转和缩放中心。

(Mesh,Skin,Bone):Mesh是利用Skin依附在Bone上,或者说Bone通过Skin驱动了Mesh。

   

2、骨骼层次

骨骼层次就是嵌套的坐标空间,为何?方便和搞笑,容易转换传递

根骨骼:整个骨骼体系在世界坐标系中的位置在微软X文件中,一般有一个Scene_Root节点,这算一个额外的骨骼 吧,他的变换矩阵为单位阵,表示他初始位于世界原点,而真正骨骼的根Bip01,作为Scene_root的子骨骼,其变换矩阵表示相对于root的位置.

   

3、骨骼变化

某个骨骼的变换(TransformMatrix)变了,这时就要根据新的变换来计算,所以 这个过程一般称作UpdateBoneMatrix。因为骨骼的变换都是相对父的,要变换顶点必须使用世界变换矩阵,所以这个过程是根据更新了的某些骨骼 的骨骼变换矩阵(TransformMatrix)计算出所有骨骼的世界变换矩阵(也即CombinedMatrix)

   

3、蒙皮和权重

Skinned Mesh中Mesh是作为皮肤使用,蒙在骨骼之上的。为了让普通的Mesh具有蒙皮的功能,必须添加蒙皮信息,即Skin info。我们知道Mesh是由顶点构成的,建模时顶点是定义在模型自身坐标系的,即相对于Mesh原点的,而骨骼动画中决定模型顶点最终世界坐标的是骨 骼,所以要让骨骼决定顶点的世界坐标,这就要将顶点和骨骼联系起来,Skin info正是起了这个作用。

Skin info的作用是使用各个骨骼的变换矩阵对顶点进行变换并乘以权重,这样某块骨骼只能对该顶点产生部分影响。各骨骼权重之和应该为1

   

4、顶点平移变化

骨骼动画中决定模型顶点最终世界坐标的是骨骼,所以要让骨骼决定顶点的世界坐标

mesh vertex (defined in mesh space)---<BoneOffsetMatrix>---Bone space---<BoneCombinedTransformMatrix>---World

5、顶点混合

顶点混合后得到了顶点新的 世界坐标,对所有的顶点执行vertex blending后,从Mesh的角度看,Mesh deform(变形)了,变成动画需要的形状了。

对于多块骨骼,对每块骨骼执行这个过程并将结果根据权重混合(即vertex blending)就得到顶点最终的世界坐标

另外值得一说(骨骼动画的精髓消除了关节处的裂缝)。

   

   

二、骨骼动画

   

3D模型动画的基本原理是让模型中各顶点的位置随时间变化。

   

驱动:骨骼的位置随时间变化,顶点位置随骨骼变化。

2.1 所以动画数据 中必然包含的是骨骼的运动信息,可以在动画帧中包含某时刻骨骼的Transform Matrix。

2.2 播放动画时,给出当前播放的时间值,对于每块需要动画的骨骼,根据这个值找出该骨骼前后两个关键帧信息,根据时间差进行适合的插值运算。

(这里就出现关键帧,插值,以及后续出现的混合,蒙太奇等问题和需求,)

   

未完待续:接着是动画片段,关键帧、动画融合(Blend,分层,叠加,程序化动画【IK\物理】)部分

(原)Skeletal With DirectX12

标签:架构   定义   决定   缩放   nbsp   需求   style   world   混合   

原文地址:https://www.cnblogs.com/BaiPao-XD/p/9765631.html

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