Directx 11 骨骼动画

Question

我迷失了骨骼动画。我读过一些关于这个的东西，但它们仍然是我不明白的一件事。这是我的结论。
我看到了 3 种使用骨骼为网格设置动画的方法:

我有一个 Mesh 类，其中包含顶点、顶点缓冲区、索引缓冲区和纹理着色器以及变换矩阵。我可以为每个骨骼使用类，增加重量，我可以很容易地为模型制作动画。但这意味着使用过多的内存，因为某些存储的东西有时会被使用，而它们只能使用一次。

使用顶点着色器。在输入顶点参数中添加权重和骨骼索引，并使用矩阵数组作为全局变量，因此在着色器中我只需要使用骨骼的矩阵即可。这个解决方案对我来说似乎更有效，但我记得在 directx 11 教程(来自 Rastertek)他说 HLSL 应该很快，因为它使用了很多时间，我认为这太重了。无论如何，这是我会尝试的解决方案，至少要知道它是否有效。

对每个骨骼使用矩阵和逆矩阵。就阅读而言，这是采取的方式。但这是我不明白的方式。为什么在这里使用矩阵逆，以及矩阵如何“链接”到顶点。我的意思是，如果我移动右手骨骼的矩阵，代码中只使用右手顶点是什么意思？

所以我的问题是:

第二种方法可行吗？或者对于带有一些网格和动画的 GPU 来说太多了？

有人可以解释矩阵链接到顶点的方式以及为什么使用矩阵逆吗？或者给我链接一些关于这个的东西。

我希望你能理解我，因为我不确定我解释得好不好。请原谅我的英语，我已经尽力了。提前致谢。

Answer 1

如果模型中只有刚性部件，第一种方法可以工作。只要有可变形的部分，就会出现孔洞或其他伪影。例如。如果你有一个 ARM 模型并旋转前臂，肘部会有一个洞，弯曲处会有重叠的三角形。

对于第二种方法 - 好吧，我真的不知道你打算如何做到这一点。像素着色器绝对是错误的地方。所有需要做的事情都可以在顶点着色器中完成。

这导致我们接近3。

我承认基于骨架的动画有点难以理解。让我们考虑上面的例子:一个 ARM 模型，由上臂和前臂组成。对于这个模型，我们需要两根骨头:一根从肩膀到肘部，一根从肘部到手。

每个顶点应至少链接到一个骨骼。这是通过顶点权重完成的。让我们假设有一些仅受肩部影响的肩部顶点。肘部顶点受两个骨骼影响，而手部顶点仅受前臂骨骼影响。这会产生以下权重:

bone:               | upper arm bone | forearm bone
--------------------+----------------+--------------
shoulder vertices:  |       1        |       0
elbow vertices:     |       0.5      |       0.5
hand vertices:      |       0        |       1

首先要做的是计算所有骨骼的位置和方向。这是通过每个骨骼的矩阵来完成的。通常动画师负责计算这些矩阵。该矩阵会将骨骼从某个引用位置放置到其当前位置。所有骨骼的引用位置都相同，可以自由选择。

接下来要做的是计算得到的顶点位置。我们知道顶点与它们的骨骼一起移动。因此，我们需要骨骼的局部坐标系中的顶点位置。然而，通常顶点位置在绑定(bind)姿势中的世界坐标中给出。这就是逆矩阵的用途。它将顶点从世界空间(绑定(bind)姿势)转换到骨骼的局部空间。每个骨骼都有一个逆矩阵。

当我们在骨骼的局部系统中拥有顶点时，我们必须根据骨骼的运动来变换它们。对于肩部顶点和手部顶点，这项任务是微不足道的。我们可以使用骨骼的矩阵并将它们与逆矩阵相乘。

对于肘部顶点，这并不容易。事实上，有多种方法可以计算转换。我们需要将两个骨骼的变换与给定的权重混合。最简单的方法是将矩阵乘以它们的权重并将它们加在一起。这给出了可用于变换顶点位置的最终变换。

步骤是(仅针对一个影响骨骼):

将顶点位置从绑定(bind)姿势转换为局部骨骼系统。

用动画师计算骨骼变换矩阵。

使用骨骼矩阵将顶点位置从局部骨骼系统转换为动画位置。

如果有多个影响骨骼，则必须混合矩阵。骨骼和顶点的链接是通过顶点权重实现的。通常，顶点不会保存所有骨​​骼的权重。相反，影响骨骼的最大数量仅限于例如4. 然后顶点存储前 4 个影响最大的骨骼的索引及其权重。