【Unity编程】Unity动画系统（二）

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距离上次翻译Unity 动画文档过去三个月，它已经从Unity5.6更新到了Unity2017，所以接下来的翻译在2017的文档上继续，动画文档的内容较多，为了能清楚显示当前阅读在哪里，我也作为分段落处理。
我将根据2017版的文档段落来进行分段:

Animation

• Animation System Overview
• Animation Clips
  
  • Animation from external source
    
    • Working with humanoid animations
      
      • Creating the Avatar
      • Configuring the Avatar
      • Muscle setup
    • Asset preparation and import
      
      • Using humanoid Characters
      • Preparing your own character
    • Non-humanoid Animations 【目前翻译到这里-_#!】
    • Splitting Animations
    • Looping animation clips
    • Masking Imported Clips
    • Animation Curves on Imported Clips
    • Animation events on imported clips
    • Selecting a Root Motion Node
    • Euler Curve Import
  • Animation Window Guide
    
    • Using the Animation view
    • Creating a New Animation Clip
    • Animating a GameObject
    • Using Animation Curves
    • Editing Curves
    • Key manipulation in Dopesheet mode
    • Key manipulation in Curves mode
    • Objects with Multiple Moving Parts
    • Using Animation Events
• Animator Controllers
  
  • The Animator Controller Asset
  • The Animator Window
  • Animation State Machines
    
    • State Machine Basics
    • Animation Parameters
    • State Machine Transitions
    • State Machine Behaviours
    • Sub-State Machines
    • Animation Layers
    • Solo and Mute functionality
    • Target Matching
    • Inverse Kinematics
    • Root Motion - how it works
      
      • Tutorial: Scripting Root Motion for “in-place” humanoid animations
  • Blend Trees
    
    • 1D Blending
    • 2D Blending
    • Direct Blending
    • Additional Blend Tree Options
  • Animation Blend Shapes
  • Animator Override Controllers
• Retargeting of Humanoid animations
• Performance and Optimization
• Animation Reference
  
  • Animation Clip
  • Animator Component
  • Animator Controller
    
    • Creating an AnimatorController
    • Animation States
    • Animation transitions
  • Avatar Mask
  • Human Template files
  • Importing models
    
    • Models
    • FBX Importer, Rig options
    • FBX Importer - Animations Tab
    • 3D formats
• Animation HOWTOs
  
  • Animation FAQ
  • Using Blender and Rigify
• Playables API
  
  • The PlayableGraph
  • ScriptPlayable and PlayableBehaviour
  • Playables Examples
• A Glossary of animation terms

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动画片段>使用外部导入的动画>使用人形动画>肌肉绑定

Mecanim允许您使用肌肉控制不同骨骼的运动范围。
如果Avatar 被正确配置，Mecanim将“理解”骨骼结构，并激活Avatar检视面板（选中FBX文件中的Avatar组件并单击常规检视面板中的”Configure Avatar”可以进入Avatar检视面板）中的Muscles & Settings(“肌肉&设置”)选项卡。 在这里，可以方便地调整角色的运动范围，角色的肢体将在人类关节变化所能到达的范围内的发生变形，不会发生变形错误或自我重叠。

你可以调整身体中的单个骨骼（上图中的下半部分），也可以使用预定义的几种操作方式来操纵角色的变形，这些预定义的操作可以一次性操纵几个骨骼（图中的上部）。
Additional Setting（附加设置）部分底部显示的“Translate DoF”选项允许你启用对人形骨骼的移动动画（例如：手臂可以伸长）。 禁用此选项后，骨骼仅能发生旋转。 只有在你的动画中包含针对某些骨骼的运动，你才需要启用此选项。 启用“Translate DoF”选项具有一些性能成本，因为动画系统需要做一个额外的步骤来重新定位人形动画。 “Translate DoF”可用于Chest(胸部)，UpperChest(胸部上部)、Neck(颈部)、LeftUpperLeg（左腿上部）、RightUpperLeg（右腿上部）、LeftShoulder（左肩）和RightShoulder（右肩）部分的肌肉。

动画片段>使用外部导入的动画>准备和导入资源>使用人形动画

为了充分利用Mecanim的人形动画系统和重定位功能，你需要有一个可操纵的、已经蒙皮的人形网格。

1. 角色模型通常由存储于一个3D数据包裹中的多边形组成的，也可能它是源于很复杂的一个网格模型，后来被导出为多边形或三角形网格使用。
2. 我们需要创建一个关节层次结构，也被称为“骨架”，它定义了网格内的骨骼以及骨骼之间的相对运动关系（层次结构中的每个节点在Unity内部都是一个GameObject），我们通过骨架来控制角色的运动。创建这个骨架的过程被称为“骨骼绑定”。
3. 然后，网格或皮肤将被关联到这个骨架，以便定义出，在给定的关节发生运动时，网格哪些相应部分的将发生移动。将骨架关联到网格的过程称为“蒙皮”。

怎样获得人形动画模型

Mecanim动画系统主要有三种方法获取人形动画模型：

1. 使用程序化角色系统或角色生成器，如Poser，Makehuman或Mixamo。 这些系统中有的将对你的网格进行绑定和蒙皮（例如，Mixamo），有些则不会。 此外，这些过程中有的可能会要求你减少原始网格中的多边形数量，以使其适用于Unity。
2. 从Unity Asset Store购买角色模型。
3. 你当然可以从零开始制作自己的角色模型。

导出和验证

Unity可以导入许多不同的3D文件格式，有通用的，也有原生的格式。 我们建议你使用FBX 2012格式来导出和验证你的模型，因为它将允许你：

• 在导出网格时，可以包含骨架层次、法线，贴图和动画
• 它允许你重新导入3D包裹（FBX文件），来验证你的动画模型是否按照你预期的方式导出
• 它允许你仅仅导出动画，不包含网格

动画片段>使用外部导入的动画>准备和导入资源>制作你自己的角色

从零开始创建你自己的人形动画角色的话，需要三个步骤：建模、骨骼绑定、蒙皮

建模

这个阶段，你将在一些3D模型软件( 3DSMax, Maya, Blender等等)中创建你自己的人形角色的模型网格。尽管这是另外一个非常庞大的主题，但是这里仍然需要你遵循一些准则，来确保模型在Unity项目中与动画可以正常协调工作。

• 遵守合理的拓扑结构。模型的网格结构是相当敏感的，一般来说，您需要清楚的是，模型的顶点和三角形将如何跟随动画而变形。拓扑结构不合理的话，甚至将导致模型无法移动，以避免对网格造成不好的变形。你可以通过研究别人制作的3D人物网格，可以了解到如何布置拓扑结构以及为什么。
• 注意模型网格的尺寸。你可以进行一次导入测试，即将导入的模型的大小与“1米标准立方体”（Unity的标准立方体原型边长为一个单位（1米），因此可以用作很多测量的用途）进行比较。检查你的模型使用的单位，并调整导出设置，使导出的模型的尺寸比例正确。除非你很小心，否则很容易创建没有任何尺度概念的模型，这样最终会导致你导入模型到Unity时大小不一致。
• 调整你的网格，使得人物的脚站立在模型的本地原点或“锚点”上。由于角色通常都是在地板上直立行走，所以如果锚点（即其变换位置Transform）直接位于地面位置的话，那么它更容易处理。
• 如果允许的话，最好使用T型的模型。这将在一些需要的地方留有空间，有助于处理多边形细节（例如腋下）。这也将使您的网格更容易与骨骼进行绑定。
• 把你的模型清理干净。在可能的情况下，执行封孔、焊缝和去除隐藏的面等清理操作，这将有助于蒙皮操作，特别是自动蒙皮过程。

Skin Mesh, textured and triangulated

骨骼绑定

这是创建关节骨架以控制模型运动的过程。

很多3D软件提供了许多方法来为人形骨架创建关节。 这些提供的方法可以让你：从现成的两足动物骨架，缩放以适应您的网格；也可以使用独立的骨骼创建工具，以创建您自己的骨骼结构。 要与Mecanim协调工作，臀部应该是骨骼层级的根元素，另外，整个骨架中至少需要15个骨骼。
关节/骨骼层次应该遵循您所创建的角色的自然结构。 鉴于手臂和双腿成对，您应该使用一致的约定来命名它们（例如，左臂的“arm_L”，右臂的“arm_R”等）。 层次结构的可能结构可能是：

• HIPS - spine - chest - shoulders - arm - forearm - hand
• HIPS - spine - chest - neck - head
• HIPS - UpLeg - Leg - foot - toe - toe_end

Biped Skeleton, positioned in T-pose

蒙皮

这是将模型网格连接到骨架的过程。

蒙皮是为了将网格中的顶点绑定到骨骼，这个过程可以采用直接绑定（硬绑定），或者采用影响到多个骨骼的混合绑定（软绑定）。不同的软件会使用不同的方法。例如，在计算每个骨骼对的网格顶点的影响权重的过程的时候，此数据计算的初始化过程是自动的，不过有软件的会通过查找临近区域来计算影响权重，有的则会使用”热度图”(heatmaps)的方法来产生。蒙皮过程通常需要在动画测试上做大量的工作，以获得满意的皮肤变形结果。在这个过程中，存在一些一般准则：

• 首先使用自动化过程设置一些皮肤（请参阅3DMax，Maya等相关教程）。
• 为您的骨架创建一个简单的动画或导入一些动画用作蒙皮的测试。这样你可以快速查看皮肤在运动过程中是否是否完好。
• 逐步编辑来改善你的蒙皮方案。
• 使用软绑定时，每个顶点最多可能会受到四根骨骼的影响，因为这是Unity将处理的最大数量。如果使用超过四个影响值，那么在Unity中播放动画时，有一些信息将会丢失。

交互式皮肤绑定，许多蒙皮方法之一