Directx 11骨骼動畫

Question

我迷失了骨骼動畫。我已經閱讀了一些關於這方面的內容，但他們仍然是我不明白的一件事。這是我的結論。 我看到3種方式的動畫網格帶骨頭：

• 我有一個包含頂點，頂點緩衝，索引緩衝和紋理着色器的一類網格，並變換矩陣。我可以使用每個骨骼的類，增加重量，並且我可以很容易地爲模型製作動畫。但是這意味着使用太多的內存，因爲一些事情只有一次纔會被使用。

• 使用頂點着色器。在輸入頂點參數中添加權重和骨骼索引，並使用矩陣數組作爲全局變量，因此在着色器中我只需使用骨骼矩陣。這個解決方案對我來說似乎更有效率，但我記得在directx 11教程（來自Rastertek）時他說HLSL應該很快，因爲它使用了很多時間，我認爲這會太重。無論如何，這是我會嘗試的解決方案，至少要知道這是否有效。

• 對每個骨骼使用矩陣和逆矩陣。就閱讀而言，這是可以採取的方式。但這是我不瞭解的方式。爲什麼在這裏使用矩陣逆，以及矩陣如何與頂點「連接」。我的意思是如果我移動右手骨骼的矩陣，在代碼中說只有右手頂點將被使用？

所以我的問題是：

• 是第二種方法是否可行？或者對於具有一些網格和動畫的GPU來說它會太多？
• 有人可以解釋矩陣鏈接到頂點的方式，爲什麼矩陣逆使用？或者聯繫我一下。

我希望你明白我的意思，因爲我不確定我是否解釋得很好。請原諒我的英語，我做得儘可能好。提前致謝。

Answer 1

如果模型中只有剛性部分，第一種方法可以工作。只要有可變形的零件，就會有孔或其他工件。例如。如果你有一隻手臂的模型，並旋轉前臂，肘部會有一個洞，彎鉤處會有重疊的三角形。

對於第二種方法 - 嗯，我真的不知道你打算怎麼做。像素着色器絕對是做錯事的地方。所有需要完成的事情都可以在頂點着色器中完成。

這使我們接近3

我承認，基於骨骼動畫是有點棘手理解。讓我們考慮一下上面的例子：一隻手臂的模型，由上臂和前臂組成。對於這個模型，我們需要兩個骨頭：一個從肩到肘，一個從肘到手。

每個頂點都應該鏈接到至少一個骨骼。這是通過頂點權重完成的。我們假設有一些肩膀頂點只受到肩膀的影響。肘關節頂點受到兩個骨頭的影響，手頂點僅受到前臂骨的影響。這會產生以下權重：

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

首先要做的是計算所有骨骼的位置和方向。這是通過每個骨骼的矩陣完成的。通常動畫師負責計算這些矩陣。該矩陣將從某個參考位置到當前位置放置一個骨骼。所有骨骼的參考位置都是一樣的，可以自由選擇。

接下來要做的是計算結果的頂點位置。我們知道頂點與骨頭一起移動。因此，我們需要骨骼局部座標系中的頂點位置。但是，通常頂點位置以綁定姿勢的世界座標給出。這就是逆矩陣的用途。它將頂點從世界空間（綁定姿勢）轉換到骨骼的局部空間。每個骨骼都有一個逆矩陣。

當我們在骨骼的局部系統中有頂點時，我們必須根據骨骼的運動來轉換它們。對於肩頂點和手頂點來說，這個任務是微不足道的。我們可以使用骨骼的矩陣並將它們乘以逆矩陣。

對於肘部頂點，這並不容易。實際上有很多方法可以計算轉換。我們需要將兩個骨骼的轉換與給定的權重相混合。最簡單的方法是將矩陣乘以它們的權重並將它們相加。這給出了可用於變換頂點位置的最終變換。

的步驟（對於只有一個影響骨）：

1. 變換頂點位置從綁定姿勢到局部骨系統。
2. 用動畫器計算骨轉換矩陣。
3. 使用骨骼矩陣將頂點位置從局部骨骼系統轉換爲動畫位置。

如果有多個影響骨骼，矩陣必須混合。骨骼和頂點的鏈接是通過頂點權重實現的。通常，頂點不會爲所有骨骼保存權重。相反，影響骨骼的最大數量限於例如4.然後，頂點存儲前4個影響最大的骨骼及其權重的索引。