骨骼动画及微软示例：Skinned Mesh的解析

骨骼动画及微软示例：

Skinned Mesh的解析

骨骼动画是D3D的一个重要应用。尽管微软DXSDK提供了示例Skinned Mesh，但由于涉及众多概念和技术局，顺利上手。文中所述都是参照各种资料加上自己的理解，也有可能出些偏差，有则回贴拍砖，无则权当一笑一骨骼动画原理

原理方面在网上资料比较多，大家都基本明白。在此说一下重点：

! |' s9 _9 L; M! x" _总体上，绝大部分动画实现原理一致，就是“提供一种机制，描述各顶点位置随时间的变化”。有三种方法：

1.1关节动画：

由于大部分运动，都是皮肤随骨骼在动，皮肤相对于它的骨骼本身并没有发生运动，所以只要知，从子骨骼用矩阵乘法累积到最顶层根骨骼，就可以得到每个子骨骼相对于世界坐标系的转换矩阵。

这种动画，只须用普通Mesh保存最初始的各顶点坐标，以及一系列后续时刻所对应的各骨骼的运动矩阵。不通过运算调节动作。缺点是在两段骨骼交接处，容易产生裂缝，影响效果。

1.3骨骼蒙皮动画(skinned Mesh)

/ A' R4 r5L; R4 C

1.2渐变动画：

通过保存一系列时刻的顶点坐标来完成动画。虽然比较逼真，但占用大量空间，灵活性也不高

$ T3 P# J, y4 F9 Q& r" C- R6 U

相当于上面两方法的折中。现在比较流行。

在关节动画的基础上，利用顶点混合(Vertex Blend)技术，对于关节附近的顶点，由影响这些顶点的两段（或裂缝问题。

+ r2 E/ c+ O+ R:

o

这里，引入一个D3D技术概念：

“Vertex Blending”---顶点混合技术。比如说，你肯定用过SetTransform个问题后文会讲到。你也可以在微软的DXSDK的帮助文件中搜索“GeometryBlending”主题，有裂缝及其二X文件如何保存骨骼动画

理解X文件格式，对用好相关的DX函数是非常重要的。

不含动画的普通X文件，有一个Mesh单元，保存了各顶点信息、各三角面的索引信息、材质种类及定义等。

动画X文件，则在这个单元中增加了“各骨骼蒙皮信息”、“骨骼层次及结构信息”、“各时刻骨骼矩阵信息”等。

( ?

2.1网格蒙皮信息：

首先，在Mesh{}单元中，在原有的普通网格顶点数据基础上，新增了XSkinMeshHead其中，XSkinMeshHeader是总括，举一实例，如下：

XSkinMeshHeader{& a2 `8 J- o( l- p% m R$ p8 RK- t. ?" ?9 J3 r9 G0 b2G8

D. |

x7 `& l! A0 d) b#O9 {5@7 G2,//一个顶点可以受到骨骼影响的最大骨骼数,可用于计算共同作用时减少遍历次数35 //当前Mesh的骨骼总数。

}4,//一个三角面可以受到骨骼影响的最大骨骼数。这个数字对硬件顶点混合计算提出了基本要求。

由于每个骨骼的蒙皮信息都需要用SkinWeights结构去描述，所以有多少块骨骼，在Mesh中就有多少个Sk注意，一般把SkinWeights视作Mesh的一部分。这种Mesh又称Skinned Mesh (蒙皮网格)SkinWeights结构如下：

{STRINGtransformNodeName;//骨骼名

8 p- J7 G/ e- y+ B8 [

+ t4 \+ `0 B/ q& `3 Y4G; K

DWORDnWeights;//权重数组的元素个数，即该骨骼相关的顶点个数array DWORD vertexIndices[nWeights];//受该骨骼控制的顶点索引，实际上定义了该骨骼的蒙皮array float weights[nWeights];//蒙皮各顶点的受本骨骼影响的权值

$ L G( `* C$ p2 }- Q! S1 M%l) QMatrix4matrixOffset;//骨骼偏移矩阵，用来从初始Mesh坐标，反向计算顶点在子骨骼坐标}

0 K2 Q, Y) @/ Y; q0 d# R

* d* J2 \:

S- {* L) W4N在有的书中，把上面的matrixOffset叫骨骼权重矩阵，是不恰当的。应该称为骨骼偏移矩阵比较合适。

[问题]在整个动画过程中，子骨骼运动矩阵的数值是不断变化的。上面的骨骼偏移矩阵变化吗？有没有必要重答：

各骨骼的偏移矩阵matrixOffset专门用来从原始Mesh数据计算出各顶点相对于骨骼坐标系的原始坐标。

矩阵是与原始Mesh顶点数值相关联的，在整个动画过程中是不变的，也不应该变。在动画过程中变化是当前码如下：

D3DXMatrixMultiply( &matTemp,

&pMeshContainer->pBoneOffsetMatrices[iMatrixIndex], pMesh即，

D3DXMatrixMultiply(输出最终世界矩阵,该骨骼的偏移矩阵,该骨骼的变换矩阵)' F8 z; ~# v. W" S

4 M2 H6 ]& ^3 ?- ^2 E

2.2骨骼层次信息

在X文件中，Frame是基本的组成单元。又称框架Frame。一个.x可以有多个Frame。(注意此处的Fram框架Frame允许嵌套，这样就存在父子框架了。而并列的框架，称为兄弟框架。这两种关系组合在一起，即可每个框架结构的最前面，有一个FrameTransformMatrix矩阵数据，描述了该框架相对于父框架的变换矩阵。

这种层次结构，使得X文件能描述许多复杂的物体。如地形场景。

在骨骼动画文件中，框架结构可直接拿来描述人物骨骼的层次结构。框架的名字通常为对应的骨骼名。

如“左上臂->左前臂->手掌->手指”就形成一个父子骨骼链。而左上臂与右上臂是并行关系。

- n2 D5 V- ]& G数据示例：

D:

\D9XSDK\Samples\Media\tiny.x

, P7 P5 ~+ r2 T1 e

Frame ...{

, F; J:

u y& m5 c

.....

, I! |:

y:

l) ?! b+ _% \, ]