《帧动画和骨骼动画》PPT课件.ppt

帧动画和骨骼动画,模型和动画,单有场景是不行的，游戏中还存在有大量活动的游戏物体。 模型是用以描述这些游戏物体的外在表现的技术。,动画类型,在早期的机器上，渲染本身已经占用了很多CPU资源，因此，对于渲染，往往采取的是一种空间换时间的策略，以避免在模型的渲染中继续加重CPU的负担。 帧动画模型在这种条件下应运而生。比较著名的帧动画格式是Quake2所采用的MD2。 到今天为止，帧动画依然存在，只不过帧动画更多地是来描述小且动作相对少些的物体。,动画类型,GPU出现后，CPU的问题早已不像以前那么突出，一些新的手段和技术也可以被应用进来了。 骨骼动画相对于帧动画而言，更加灵活多变，但同时，骨骼动画需要更多的计算量，因此骨骼动画往往应用在需要着重体现动作细节的模型中。,帧动画原理,将每帧所需要的所有顶点的： 顶点位置 法线或顶点颜色 纹理坐标 等信息全部存储下来，在渲染的时候逐帧播放或插值播放，这就是帧动画的原理。,帧动画原理,帧动画,序列（Sequence）表,序列,序列名,开始帧,延续帧数,帧表,所有帧的数组,帧,顶点,纹理坐标,其他,用于渲染,帧动画实现：MD2,研究MD2能发现很多“旧社会”的痕迹。 帧动画的原理很简单，但是MD2却比较复杂，这中间主要是因为MD2的数据组织带有很浓烈的Quake2时代气息，而对于现在新的硬件技术，这种气息无疑有些过时。 但作为最经典的帧动画格式之一，MD2相对而言还是比较具有代表性的。,骨骼动画,骨骼动画技术后于帧动画技术出现。 最开始，骨骼动画仅用于非实时渲染的建模领域，如3DMax这类建模软件之中，以方便美工的建模。 后来，CPU从渲染中解放后，骨骼动画才用于实时渲染的游戏中。,骨骼动画原理,骨骼动画的想法来源于人体骨骼。 例如说，人的上肢所有肌肉和皮肤都受上肢骨胳的影响，而人的踝关节则分别承受小腿骨胳和脚骨的影响。 根据这个我们可以将骨骼动画理解为两个概念： 骨骼：用以控制蒙皮的一种抽象的概念，如人体骨骼控制皮肤。 蒙皮：被骨骼控制、并显示在外的因素，如人体的皮肤被骨骼所影响。,骨骼动画原理：蒙皮（SkinMesh）,在最终的渲染结果中，蒙皮将完全显示出来，蒙皮实际上就是顶点、法线和纹理坐标等将被渲染的元素。 而其中，最关键的当然是顶点，顶点将直接被骨头牵扯运动，因而使得整个模型呈现骨骼所决定的样子。,骨骼动画原理：骨骼（Skeleton）,骨骼是一种抽象的概念，在最终的渲染结果中，它不可见。 类如人体骨骼、骨骼是若干骨头（Bone）成树状的集合体，而每块骨头又分别与若干数量的蒙皮顶点关联。 当骨头运动的时候，与之关联的所有蒙皮顶点也会受骨骼的影响而运动。,骨骼动画原理：权重,骨头与蒙皮顶点的关联需要考虑到每块骨头对蒙皮顶点的影响。 尽管大部分情况下，一个顶点将仅仅被一个骨头的影响，但是关节处的顶点往往被多根骨头影响，例如踝关节，可能会分别受小腿骨50和脚骨50的影响，这种影响叫作权重（Weight）。 在这种情况下，我们称踝关节的这些顶点，受小腿骨影响的权重是50，受脚骨影响的权重也是50。,骨骼动画原理：算法,骨头究竟如何对顶点施加影响呢？ 现实世界中，每一块骨头都可以位移、旋转，受这些骨头影响的表皮细胞也会跟随骨头同时按权重做位移、旋转。 在3D中，这种影响对于蒙皮顶点而言也是一样的。,骨骼动画原理：算法,看最简单的情况，骨头A对顶点1的影响是100。 这时候，如果骨头A平移（10，10），那么1同样平移（10，10）。 如果A以自身坐标系旋转30度，1同样应该以此骨头的自身坐标系旋转30度。,A,1,A,1,A,1,骨骼动画原理：算法,那么实际上，每根骨头最终将被换算成一个矩阵，这个矩阵记录了旋转，平移信息，我们用这个矩阵来对蒙皮顶点进行影响。 在骨头中，一般使用四元数来获得旋转时的精确性，这样，骨头一般记录表示旋转的四元数和表示位移的一个矢量，最后，将四元数和矢量换算成骨头的矩阵，并用顶点与这个矩阵乘法以进行影响。,骨骼动画原理：数据结构,影响哪些顶点 以及分别的权重,骨头,平移矢量,旋转四元数,最终影响矩阵,蒙皮,顶点位置,顶点,纹理坐标,骨头之间的 树形关系,骨骼,骨骼动画模型,骨骼,蒙皮,渲染细节,其他，材质等,共同生成影响矩阵,根据权重、使用最终影响矩阵来改变顶点位置,骨骼管理骨头之间的相互关系,骨骼动画实现：MDL,MDL是比较经典的骨骼动画格式，由于CS的成功而被追捧。 但是，平心而论，MDL并不是一个易于理解和编码的文件格式，比起MD2来，MDL的格式更为棘手，带有相当明显的OpenGL社群印记和明显的软件TnL时代（通过软件计算光照