UnityUnity

Unity 的动画图（PlayableGraph）和人形（Hum

2019-01-30  本文已影响0人  加菲教主

概述

最近在试做一个射击游戏的人物动画 Demo，尝试使用了部分 Unity 的人形动画（Humanoid），以及 Playable Graph + Animation Job 的功能。目前和美术同事配合，在 Unity 2018.3.0f2 中初步实现了空手移动和持枪瞄准的功能，在此做一小结。为简单起见，不使用 Root motion，使用原地动画，并将动画部分视为表现层，可以读取逻辑层提供的数据，但是不写入这些数据。

基本结构

核心类

下面类图简单表示了这些类的关系：


类图
逻辑数据的获取

如下 IAnimDataProvider 接口用来将数据传递给控制动画的代码。

    public interface IAnimDataProvider
    {
        float GetFloat(string key);
        float GetFloat(int keyId);
        int GetInt(string key);
        int GetInt(int keyId);
        bool GetBool(string key);
        bool GetBool(int keyId);
        int GetStateId(int stateGroupId);
        int GetStateId(string stateGroupName);
    }

使用这个接口就可以通过给定的关键字（key）去获取相应的数据，以及获取给定的一个状态机的当前状态。具体的数据类可以实现这个接口，每一帧由业务逻辑填充好数据。

为什么每个函数有两个重载版本呢？这是仿照 Animator 和 Material 中查找属性的思路，如果具体数据提供者类是以散列表（如 Dictionary）实现，其关键字可用 int 而非 string，使用的时候可以将 key 用 Animator.StringToHash 转换为 int 缓存起来，以提高性能。毕竟，求 string 的散列值比较费时。

未来还可以仿照 Animator 加入触发器类型的功能。

动画图资产和动画图实例

这部分内容可以参考 [1] 中的代码。动画图资产（AnimGraphAsset）基类继承自 ScriptableObject，用于对动画进行配置，如下：

    public abstract class AnimGraphAsset : ScriptableObject
    {
        public abstract IAnimGraphInstance CreateInstance(IAnimDataProvider animDataProvider, 
            TransformBindingCollection transformBindings,
            Animator animator, PlayableGraph playableGraph);
    }

从上面代码可以看出，它可以根据若干参数构造出 IAnimGraphInstance 的具体对象。IAnimGraphInstance 类似下面的代码：

    public interface IAnimGraphInstance
    {
        // 动画图销毁时做必要的清理。
        void Shutdown();
        
        // 设置 this 表示的动画子图的输入。
        void SetPlayableInput(int portId, Playable playable, int playablePort);

        // 获取 this 表示的动画子图的输出。
        void GetPlayableOutput(int portId, ref Playable playable, ref int playablePort);

        // 轮询。
        void Update(float deltaTime);
    }

AnimGraphAsset 的每个具体子类中，可以留配置数据字段，并且要有一个实现接口 IAnimGraphInstance 的子类用于 AnimGraphAsset.CreateInstance 返回。AnimGraphAsset 资产文件之间可以具有无环的依赖，以便 AnimController 可以在运行时，递归的创建必须的 IAnimGraphInstance 子类的实例，并将它们连成树状。

举例来说，角色四方向的移动需要一个混合节点，站立和四方向移动的混合又是根据 IAnimDataProvider 中读到的某个状态确定的。因此可以考虑一下几种 AnimGraphAsset：

四方向跑的动画图资产 状态选择器动画图资产
动画控制器（AnimController）类——整个系统的中枢

AnimController 继承自 MonoBehaviour，持有数据的引用、Animator、节点绑定集合等（以便提供给 AnimGraphAsset 以及 IAnimGraphInstance），并持有一个作为根的 AnimGraphAsset。

动画图资产、实例和 Playable 的关系

设有 A, B, C 三种动画图资产类，其 .asset 文件有如下依赖关系（这种依赖关系体现在编辑器拖拽的序列化字段上，箭头方向表示持有/依赖）。

动画图资产 .asset 文件的依赖关系

运行时代码中，D 的 CreateInstance 方法将多态地调用 B 和 C 的 CreateInstance，后两者各自要调用 A 的 CreateInstance。因此作为 PlayableGraph 的子图，各个 IAnimGraphInstance 的关系如下所示。

IAnimGraphInstance 之间的逻辑关系

这里，箭头表示的就是获取输入的来源。即 D 的输入是 B, C 的输出，B, C 的输入分别是两个 A 实例的输出。由于每个 IAnimGraphInstance 表示的是 PlayableGraph 的一部分，一般都会有一个 Playable 作为根节点（用于输出到下一级），除此可能有若干其他 Playable 以代码指定的方式连接起来。最终的 PlayableGraph 大致是下面这个样子。

PlayableGraph

其他动画图资产

线性连接

除了状态选择器（AnimGraph_StateSelector），目前我还照搬了 [1] 中的 AnimGraph_Stack，这是将其依赖的若干 AnimGraphAsset 线性连接，将前一个作为后一个的输入。运行的时候，就是第 i 个 AnimGraphAsset 生成的 IAnimGraphInstance 的输出（即 实现 GetOutputPlayable 方法得到的 Playable 的输出）作为第 i + 1 个 AnimGraphAsset 生成的 IAnimGraphInstance 的输入（实现 SetInputPlayable 方法）。

持枪的上下半身融合

这里尝试了运行时动态改变 Playable 之间的连接。

在角色空手的站立和四向跑融合得到结果（记为 x）之后，希望根据它所持武器，将相应的上半身动画和 x 融合。设该模块的 IAnimationGraphInstance 子类中，最终输出的 Playable 为 out（这里使用一个 AnimationLayerMixerPlayable 以便使用 AvatarMask）。将 x 的输出 Playable 连接 out 的输入端口 0，将第 k 种武器（k >= 1）的持枪动画（或者持枪动画和射击动画的选择结果）的 Playable 输出连接 out 的输入端口 k。对于 k > 0 的情况，设置层 k （也就是输入端口 k 的 AvatarMask）即可。

上下半身融合
目视方向和瞄准的 IK

这里分了三个阶段实现，每个阶段对应一个 AnimationScriptPlayable。

var humanStream = stream.AsHuman();
humanStream.SetLookAtPosition(targetPos);
humanStream.SetLookAtEyesWeight(EyesWeight);
humanStream.SetLookAtHeadWeight(HeadWeight);
humanStream.SetLookAtBodyWeight(BodyWeight);
humanStream.SetLookAtClampWeight(ClampWeight);
humanStream.SolveIK();

这个实现有几个问题：

var effectorRot = OtherHandEffector.GetRotation(input);
var goalPos = OtherHandEffector.GetPosition(input) + effectorRot * OtherHandEffectorLocalOffset;
var goalRot = effectorRot * OtherHandEffectorLocalRotation;

其他问题

模型导入

导入模型 FBX 的时候，需要采取如下设置。


模型 FBX 导入设置

此后展开模型 FBX 资产，可以看到下面有一个 Avatar 子节点。

这里有两个一个额外的问题

强制 T-pose
动画导入

导入动画 FBX 时，上面这个 Rig 标签页就需要将 Avatar Definition 改为 Copy From Other Avatar，意为使用其他的 Avatar。选次项后将上面生成的 Avatar 子节点拖上去即可。

动画 FBX 的 Rig 选项卡

为了使得根节点没有动画曲线，除了需要在 Animator 上去掉 Apply Root Motion 选项，对于使用了 Humanoid 导入的动画，还需要在 FBX 文件 Inspector 中，选中动画选项卡，做如下设置：


动画 FBX 的 Animation 选项卡

如果只是在 Animator 上去掉了 Apply Root Motion，而没有做上述设置，Unity 仍然在计算时将一部分曲线算在根节点上，只是没有应用到渲染结果上，于是动画看起来会是很怪异的。

Animation Job 的可用性

实际上这是产品化问题。我们不知道 Unity 什么时候会将 Animation Job 正式推出，目前它毕竟是试验性代码，在名字空间 UnityEngine.Experimental.Animation 中。另外就是，在这个部分作为正式 API 之前，有没有一种替代方式，能结合 PlayableGraph 实现上面提到的这些功能？

参考资料

[1] Unity 官方 FPS Demo

[2] TransformSceneHandle 和 TransformStreamHandle 的区别

[3] Unity 关于 RootMotion 的官方文档

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