Unity 捏脸整理及基于骨骼的捏脸功能实现

目前实现捏脸功能的方式主要有两种。一个是Blendshape(融合变形)，一个是基于骨骼驱动的方式，通过修改骨骼矩阵（bindpose）来影响SkinMesh。这两种方式的最终原理都是在shader 生效之前修改顶点。

融合变形

优点：可以控制非常细微的变化，通常用于面部动画。

缺点：Blendshape在捏脸制作上工作量非常大，我想把一个结构捏的多么细微就要制作多少张脸，这个细微度和工作量是成正比的。这样会导致后期修改不方便，更重要的是性能消耗非常大。另外跟我们第三方动画软件不兼容。

骨骼驱动

优点：制作量比较少，性能消耗相对少些，和现有动画系统兼容，另外捏脸骨骼和动画骨骼是同一套骨骼，就通过MorphemeConnect动画软件跟面部骨骼做了融合。当你捏出来任何形状的脸都可以套用同一个动画，这样也减少很大的工作量。

缺点：权重分配受限较多，捏脸的细致程度有限。

由于大多数使用Unity 开发的游戏都希望最终部署在移动平台上，综合考量时间成本，性能消耗和实际需求，以下介绍基于骨骼驱动的捏脸方案。（后续会整理出融合变形的方案）

什么是骨骼？为什么通过骨骼能够调整脸型？

骨骼是一些具有层次结构的“关节”点（在Unity 中是仅有一个根节点的树状的空物体）构成的，其引入最初是希望能籍此方便实现仿生动画，其核心原理简而言之就是通过骨骼带动“皮肤”（mesh）来运动，也就是通过移动骨骼（对骨骼做动画）并根据骨骼和皮肤的关系来计算mesh 跟随骨骼运动后所在的位置。

骨骼及蒙皮机制：

1.将绑定姿势（即模型原始状态，如人形模型的T型结构）状态下的模型（蒙皮）顶点（世界坐标）变换到各个骨骼空间下。

2.将骨骼变换（移动、旋转、平移）到新位置。

3.根据骨骼和蒙皮关系，将绑定姿势下的模型（蒙皮）顶点（骨骼空间下）变换到新的世界位置。

举例：

初始位置（绑定姿势）

骨骼变换后位置

1.计算小臂上一点S在小臂空间中的位置。

这个就要根据初始的骨骼位置和mesh上顶点的位置来计算了，也就是常说的绑定姿势状态。先说一下该例中每个坐标的意义：

(x1,y1,z1):左肩关节SL的世界坐标。

(x2,y2,z2):左肘关节在以左肩关节为原点的坐标系本地坐标。

(x3,y3,z3):附着于左小臂上的皮肤上的一点S的世界坐标。

这里为了简单，假设所有的关节都没有经过平移和缩放。实际上的变换一般会通过矩阵来表示。在Unity 中可以通过transform 之间的父子关系及子节点的local 信息组合出模型矩阵（即将骨骼空间坐标转到世界空间下的矩阵），然后通过求其逆矩阵获得绑定姿势矩阵（如果无法理解建议补充矩阵和空间变换的基本图形学知识）：