骨骼动画驱动的一般方法，以及使用FBX SDK的一些实现

我终于要更新博客了，进公司之后每天学的做的很多，但真正有时间去总结的时候很少。之后的话尽量每周都要做一个知识的总结和积累吧，一方面自己真的是做过就忘，另一方面也能够将自己踩到的坑，遇到的问题与大家分享一下。

入职三个月吧第一个月最主要的事情就是在骨骼动画的驱动，一开始是研究的Assimp这个库，也实现了相应的功能，但后来发现坑实在是太多，对之后的扩展也不好，最后还是开始啃超级不友好的FBX SDK。也算是把整个过程理顺了。Assimp的先留个坑，之后再总结。

万万没想到是我还是做起了OpenGL，比之前OSG感觉还要难一些，不过shader好有趣啊，现在终于会写shader，之前都觉得在看天书，Unity也在继续做，目前主要就是在Unity上实现demo，然后移植到OpenGL中。现在的工作真的很让人进步，也很开心~加油吧~

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骨骼动画驱动的一般方法

（一）  所需数据

1、  One or multiple Mesh：包含在世界坐标下的（fbx中其实是相对于所输mesh对应的node坐标下的），in bind pose的顶点坐标

2、  A hierarchy of bones：骨骼层次，有些地方也叫frames，参考坐标系，实际上每个骨骼就是一个坐标系。除了根骨骼以外，所有骨骼都有一个parent bone，none or multiple children bone。

3、  An array of matrices：每个骨骼都有一个matrix，通常叫nodeTransform。是父骨骼空间到该骨骼的local space的transform ，in bind pose。相对于父节点的。local

4、  An array of matrices: 每个骨骼都有一个matrix，通常叫bind pose matrix，offset matrix etc. 每个matrix 是从world coordinate到该骨骼的local space的transform。

5、  A collection of animation data: 通常是KeyFrames。保存的数据是一组对每个骨骼的关键帧数据，以及关键帧时间。这个transform通常是local的。

计算bind pose matrice的方法：

bone’s bind pose matrix = inverse(bone’slocal matrix(nodeTransform)* parent’s local matrix * parent’s parent’s localmatrix*….);

 

（二）  Principle

1、  计算一个animationmatrix for each bone，是一个local transform from the parent’s bone space to the bone’s animatedorientation.

2、  combine matrix, 将每个骨骼的animation matrix与父骨骼的animation matrix相乘，级联。递归。得到combine matrix，是从该骨骼的local space 到 world space的transform。

3、  final matrix = bind-pose-matrix * combine matrix （乘法顺序由API决定，OpenGL是右乘）

4、  在vertexshader中，每个顶点都会乘上影响它位置的骨骼的weighted 的final matrix。

 

（三）  For FBX SDK

对于FBX SDK来解析模型的mesh和顶点等还是很简单的，比较容易困扰的就是骨骼动画驱动中会用到的这些矩阵。所以也主要介绍一下这一部分，有时间的时候会将整个流程都记录下来。我们的需求是将模型文件解析出来，之后用OpenGL来渲染，在渲染过程中不想使用到Fbx SDK的方法等，所以都是把相关的数据保存成自己的类。

1、nodeTransform:node->EvaluateLocalTransform();

返回bind pose下该节点的local transformation matrix. 该transform有考虑到pre/postrotation之类的变换

函数原型及需要注意的点：

FbxAMatrix&EvaluateLocalTransform(FbxTimepTime=FBXSDK_TIME_INFINITE, FbxNode::EPivotSetpPivotSet=FbxNode::eSourcePivot, boolpApplyTarget=false, boolpForceEval=false);

remarks The local transform matrix iscalculated in this way: ParentGlobal.Inverse * Global, all transforms such as pre/post rotation are takeninto consideration.

This will return a different valuethan LclTranslation, LclRotation and LclScaling at the specified time. Toevaluate these properties separately

* without taking pre/post rotation,pivots and offsets into consideration, please use GetNodeLocalTranslation(),GetNodeLocalRotation() and GetNodeLocalScaling().

2、bindPoseTransform/offsetMatrix

     FBXSDK中每个mesh通常包含一个deformer（也有可能多个，比如有skin deformer，也有BlendShape deformer。目前只针对skin deformer做处理。

每个deformer下有多个cluster，看起来好像是一个骨骼，但真正的骨骼是cluster->GetLink().是这个奇怪的link。

     bindPoseTransform的作用实际上是将mesh上的顶点由mesh空间，变换到骨骼的localspace。

      step1:啊，对了，vertex在FBX里面叫control points，这个control points 是保存在mesh’s object space，首先把顶点从mesh的坐标，先变换到世界坐标下

FbxAMatrix lReferenceGlobalInitPosition;

FbxAMatrix lClusterGlobalInitPosition;

 FbxAMatrix lReferenceGeometry;

 FbxAMatrix lClusterRelativeInitPosition;

 cluster->GetTransformMatrix(lReferenceGlobalInitPosition);

lReferenceGeometry = GetGeometry(pMesh->GetNode());//这个geometry transform是针对在3ds Max中对pivot进行修改后会影响的值，并且该值不影响子节点。

lReferenceGlobalInitPosition *=lReferenceGeometry;

 实际上，上面得出的lReferenceGlobalInitPosition对于同一个mesh下的骨骼来说是一样的，因为他们其实是在一个节点下的。所以可以考虑只计算一次。（当然目前是每个节点都计算了）。

        step2：把所有的vertex从世界坐标变换到bonespace at binding moment

currCluster->GetTransformLinkMatrix(lClusterGlobalInitPosition);

lClusterRelativeInitPosition

= lClusterGlobalInitPosition.Inverse() * lReferenceGlobalInitPosition;

3、从动画构造KeyFrame

      fbx sdk里面只提供了按照时间去获得变换矩阵的方法，所以这里就提前将这些每个关键帧时间保存下来，用fbx sdk 的方法pEvaluator->GetNodeLocalTransform(pNode, fbxtime);计算出来，然后整理成KeyFrame。