骨骼动画

骨骼动画是一种常见但类型特殊的动画,我们针对性地做了很多底层优化。 目前我们的骨骼动画运行时的完整处理流程如下:

  • 骨骼动画片段(SkeletalAnimationClip)资源会在加载时把动画数据自动预采样、转换到世界空间;
  • 当一个骨骼动画组件(SkeletalAnimationComponent)接到播放指令(play)后,会把将要播放的动画片段通知给所有自己控制的蒙皮模型组件(SkinningModelComponent), 在这里直接将完整的动画片段数据以纹理形式上传 GPU;
  • 动画组件每帧驱动这些蒙皮模型组件,传递当前播放到的帧数(frame ID);
  • 蒙皮模型组件每帧将 frame ID 以 uniform 形式上传 GPU,在 GPU 完成这一帧的蒙皮。

蒙皮算法

我们内置提供两种常见标准蒙皮算法,它们性能相近,只对最终表现有影响:

  1. LBS(线性混合蒙皮):骨骼信息以 3x4 矩阵形式存储,直接对矩阵线性插值实现蒙皮,有体积损失等典型已知问题;
  2. DQS(双四元数蒙皮):骨骼信息以双四元数形式插值,对不含有缩放变换的骨骼动画效果更精确自然,但出于性能考虑,对所有缩放动画有近似简化处理。

引擎默认使用 LBS,可以通过修改引擎 skeletal-animation-utils.ts 的 updateJointData 函数引用与 cc-skinning.chunk 中的头文件引用来切换蒙皮算法; 推荐对蒙皮动画质量有较高追求的项目可以尝试启用 DQS,但因 GLSL 400 之前都没有 fma 指令,如 cross 等操作在某些 GPU 上无法绕过浮点抵消问题,误差较大,可能引入部分可见瑕疵。

纹理格式

根据运行平台是否支持浮点纹理,会对应使用 RGBA32F 或 RGBA8 的 fallback,这层用户不必关心,不对最终表现有影响,只是低端平台最后的保底策略。

挂点系统

如果需要将某些外部节点挂到指定的骨骼关节上,需要使用骨骼动画组件的挂点(Socket)系统:

  • 在要对接的骨骼动画组件下新建一个子节点(直属 parent 应为动画组件所在节点);
  • 在骨骼动画组件的 sockets 属性中添加一个数组元素,path 从下拉列表中选择要挂接的那根骨骼的路径,target 指定为刚刚创建的子节点;
  • 这个子节点就成为目标挂点了,可以把任何外部节点放到这个子节点下,都会跟随指定骨骼变换了。

FBX 或 glTF 资源内的挂点模型会自动对接挂点系统,无需任何手动操作。

关于不播放动画时的默认姿势

每个模型资源在导入后都有一个固定的 “默认姿势”,与绑骨骼时确定的 “绑定姿势” 不同,这个姿势一般是美术在 DCC 工具中选择导出时,场景中当前这一帧的姿势。 而目前的运行时骨骼动画框架,出于性能考量,除标准的以 animation clip 为基本单位的动画外,只支持显示 “绑定姿势”,暂时不支持显示 “默认姿势”; 这主要体现在编辑器中,模型资源拖入场景后,在不播任何动画片段时,显示效果会和第三方工具略有差异,一般不影响使用; 但当绑定姿势和动画片段动作差异较大,甚至坐标轴也完全不同时,在调整模型时,请一定以播放动画片段时的状态为准。

数据合批

目前底层上传 GPU 的骨骼纹理已做到全局自动合批复用,上层数据目前可以通过使用 批量蒙皮模型组件(BatchedSkinningModelComponent)将同一个骨骼动画组件控制的所有子蒙皮模型合并:

合批版 effect 书写相对复杂一点,但基本可以基于子材质使用的普通 effect,加入一些相对直接的预处理和接口改动即可,编辑器内的内置资源里 (util/batched-unlit) 提供了一个合批版 builtin-unlit,可以参考。

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