MultiAnimation Sample分析

MultiAnimation Sample
这个例子展示了使用高级shader语言、蒙皮技术和D3DX动画控制器的多动画集的Mesh动画。动画控制器用来混合动画集，以确保从一个动画到另一个动画的平滑转换。

 

Path
源代码: (SDK root)/Samples/C++/Direct3D/MultiAnimation 
可执行文件: (SDK root)/Samples/C++/Direct3D/Bin/x86 or x64/MultiAnimation.exe 

Overview
这个例子展示如何利用D3DX动画支持，在应用程序中渲染3D动画。D3DX的API函数处理动画Mesh的装载，混合多个动画。动画控制器的功能是支持动画轨，允许从一个动画到另一个动画的平滑转换。这个例子分为2部分：动画类库和应用程序。

动画类库是一个多用途库，逻辑上它在应用程序与D3DX之间。为后面的渲染作准备，它压缩从.x文件中装载的Mesh，然后操作它的框架层次。像渲染动画Mesh一样，使用顶点着色器和矩阵调色板索引蒙皮，。它的设计支持复用和定制。

这个应用程序的部分代码仅仅适用于本例。它使用动画类库创建Tiny人物的实例，它的动画依赖于它们执行的动作。人物实例受控于用户或程序。这部分处理Tiny间的碰撞检测，检查是否超出范围，人物实例的行为管理由程序控制。
The Application
应用程序部分由2部分组成。第一部分是CTiny类。在本例中，它通过tiny_4anim.x文件处理动画Mesh的行为。第二部分包含CMyD3DApplication类和创建常规DirectX应用程序的全部代码。

在本例中，Tiny受控于用户或应用程序(默认)。当Tiny被应用程序控制时，将发生下列事件：首先，在地面上选择一个随机位置，确定移动速度。接下来，Tiny在当前位置转向一个新目标位置的方向，并移动。然后，Tiny到达新位置。当Tiny移动时，在另一个位置被选择之前会有一个短暂的停顿时间，然后重复全部的过程。可以有多个Tiny的实例存在。所有实例都执行碰撞检测，这样它们能够阻止彼此间的移动。

CTiny类有一个CAnimInstance成员，它在animation类库中定义。CTiny使用这个成员和它的动画控制器去执行必需的动画。在本例中，Tiny有3个已知的动画设定：Loiter(闲走)，Walk(行走)，Run(慢跑)。Tiny的动画控制器支持2个动画轨。大部分时间，在一个动画集中它们中的1个是被激活的。当Tiny的动作导致动画转换时(例如，由闲走到行走，或由慢跑到停止)，在新的动画集中使用第2个轨播放，设置一个过渡周期来完成从第1轨到第2轨的转换。因此，一旦到了指定的时间(时间前进了)，动画控制器将生成正确的框架矩阵，使用2轨之间的插值来表现平滑过渡。在过渡之后，第1个轨被取消，第2个轨播放新的动画。

同样，CTiny利用回调系统，在动画中给适当的人物实例播放脚步声。初始化时，CTiny类设置一个CallbackDataTiny结构，包含传递给回调处理程序的数据。该结构有3个成员：m_dwFoot表示哪只脚触发了声音，m_pvCameraPos表示当回调发生时摄像机的位置，m_pvTinyPos表示Tiny在世界空间中的位置。这个数据结构用来确定声音在哪里播放，和播放多大音量。本例定义了一个叫CBHandlerTiny的类，它继承自ID3DXAnimationCallbackHandler接口，包含被动画控制器调用的回调处理函数。回调处理函数HandleCallback，使用传递过来的CallbackDataTiny结构的数据，根据这个结构的值，用适当大小的声音播放一个DirectSound缓冲区。

在FrameMove方法中，遍例CTiny数组中的每个实例，并分别调用它们的动画。以更新全部实例的行为，如果需要可以替换它们。

应用程序渲染代码相对简单。首先设置基于摄像机位置和方向的视图矩阵和投影矩阵，然后渲染代表地面的Mesh对象。接下来，遍例Tiny数组的每个实例，调用它们的AdvanceTime()和Draw()方法。AdvanceTime()方法获得动画控制器以更新框架层次的矩阵，然后用Draw()使用更新的矩阵来渲染实例，最后的代码渲染必需的文本信息。

The Animation Class Library
库包含下列结构和类：

CMultiAnim 
CAnimInstance 
CMultiAnimAllocateHierarchy 
MultiAnimFrame Structure 
MultiAnimMC Structure
CMultiAnim
这个类是库的核心，它的功能是压缩装载自一个.x文件的Mesh层次。它也可以创建类型为CAnimInstance的动画Mesh实例，它共享.x文件中的Mesh层次。这些实例与创建它们的CMultiAnim相关联。
在它的初始化方法CMultiAnim::Setup中，CMultiAnim确定矩阵数组的最大值，这依赖于顶点着色器的版本。然后它从一个给定的.x文件装载Mesh层次，并根据一个给定的.fx文件创建一个effect(效果)对象，它包含渲染Mesh的顶点着色器。Mesh层次的框架和动画控制器在这个过程中创建。

框架由3个结构组成，用来表示骨骼的层次，就象Mesh对象，这个结构被所有关联的实例共享。

动画控制器被Mesh的层次框架关联。CMultiAnim的动画控制器保存没有使用的动画。当新动画实例创建时，动画控制器会被复制一份，新的实例所拥有新的动画控制器。应用程序使用实例自己的动画控制器去控制它的动画。因为每个实例有自己的动画控制器的一份拷贝，它的动画可以不依赖于其他实例。

当动画控制器的AdvanceTime()方法在一个动画实例中被调用时，动画控制器将为每个在Mesh层次中的框架更新变换矩阵。框架在稍后的实例渲染时被用到。

CAnimInstance
这个类描述一个动画实体，或动画实例。每个动画实例有它自己的动画控制器，它允许这个实例的动画不依赖于任何其他实例。每个实例总是关联一个CMultiAnim对象，它保存Mesh层次，并被所有关联的实例共享。下表列出控制动画的大部分有趣的方法，当动画和渲染时，它们在应用程序中被广泛应用。

方法名 描述
 
GetAnimController 返回这个实例的动画控制器，类型为ID3DXAnimationController。使用动画控制器，应用程序可以设置它需要播放的动画。  
SetWorldTransform 为这个实例设置顶级的世界变换矩阵。当动画的时间前进时，在Mesh层次中的每个框架递归这个世界变换，来产生正确的世界空间和方向。
AdvanceTime 使用可选的回调处理程序为这个实例前进本地动画时间，这个前进的时间导致动画控制器去更新这个实例的骨骼位置。如果事件被触发，动画控制器也将调用回调处理程序。 
ResetTime 重置这个实例的本地时间。 
Draw 用HLSL顶点着色器渲染这个实例。通常在调用AdvanceTime()方法之后被调用，在框架被正确的设置后，这便于渲染

当一个动画实例被渲染时，它使用被它关联的CMultiAnim的效果对象去设置渲染参数，包括顶点着色器。顶点着色器函数负责给Mesh蒙皮，变换屏幕空间中的位置，并计算颜色。蒙皮部分使用VS_Skin函数。这个函数可以在顶点着色器文件Skin.vsh中找到。这个文件包含一个名字为amPalette的float4x3类型数组(描述蒙皮Mesh的矩阵板)，和VS_Skin蒙皮函数。VS_Skin的设计可以被另外的顶点着色器调用，因此应用程序可以用自己的顶点着色器调用它去处理蒙皮过程。VS_Skin函数用来取得对象空间位置和法线参数，由3个混合权重决定，和4个矩阵板的索引决定。然后函数为了取得位置和法线，与矩阵数组中对应的矩阵和混合权重进行四次变换，将结果相加形成世界空间中的位置和法线。

CMultiAnimAllocateHierarchy

这个类继承自ID3DXAllocateHierarchy接口。它的用途是：在装载和释放Mesh层次期间，处理和分配存储资源。在本例中，CMultiAnimAllocateHierarchy在CreateFrame()中初始化所有成员和Mesh的容器，在CreateMeshContainer()调用期间创建Mesh层次。在DestroyFrame()和DestroyMeshContainer()中分别释放所有在CreateFrame()和CreateMeshContainer()方法中分配的资源。

CreateMeshContainer 所做的工作只比简单的分配和拷贝多一点。它总是做下列工作：

创建Mesh用到的所有纹理。 
初始化Mesh容器的骨骼偏移数组，给予pSkinInfo信息。 
获得Mesh工作的调色版权尺寸，调用ConvertToIndexedBlendedMesh创建与调色板尺寸兼容的Mesh。
MultiAnimFrame Structure
这个结构继承自D3DXFRAME。它描述Mesh层次中的一个简单的框架，或骨骼。一个框架可能包含兄弟框架或子框架。完整的框架层次结构就像树。应用程序可以给这个结构增加D3DXFRAME类的成员。在本例中，不需要其它成员。

MultiAnimMC Structure
这个结构继承自D3DXMESHCONTAINER。它包含一个有Mesh层次和关联数据的Mesh对象。 一个Mesh层次可以包含许多Mesh容器。在本例中，它其他成员被定义在下面表格中：

类型 名称 描述 
LPDIRECT3DTEXTURE9*  m_apTextures Mesh使用的Direct3D纹理数组对象。 
LPD3DXMESH  m_pWorkingMesh 一个与矩阵数组大小一致的Mesh的一份拷贝。 
D3DXMATRIX*  m_amxBoneOffsets 一个描述骨骼偏移的矩阵数组。这个信息是从pSkinInfo成员获取，为了方便拷贝到这里。 
D3DXMATRIX**  m_apmxBonePointers 矩阵指针的数组，它们指向这个Mesh层次中不同框架变换矩阵。这个数组提供一个从骨骼索引到骨骼矩阵的简单映射。 
DWORD  m_dwNumPaletteEntries 矩阵数组的尺寸，在渲染Mesh时使用。 大小不可能超过我们的顶点着色器允许的数组的最大值，因为注册器的限制, 它永远不能大于Mesh中的骨骼数量。 
DWORD  m_dwMaxNumFaceInfls 一个单面所影响的最大骨骼数。这个值从ConvertToIndexedBlendedMesh获得。顶点着色器需要这个值，当渲染时为了知道什么时候计算最后一个权重。 
DWORD  m_dwNumAttrGroups 工作的Mesh中属性组的数量。一个属性组是Mesh的一个子集，它能在简单的绘制调用中被画出来。 如果工作数组的大小不够渲染全部的Mesh，它就需要断开个别的属性组，用ConvertToIndexedBlendedMesh来做。  
LPD3DXBUFFER  m_pBufBoneCombos 包含骨骼组合表，以D3DXBONECOMBINATION数组的形式。每个属性组都有一个D3DXBONECOMBINATION。它标识Mesh中的子集(顶点，面，骨骼)，它能够在一个简单的绘制调用中绘制。 

User's Guide
在本例中被定义了下列常规控制。

键 动作 
    Q     Move camera down. 
    E     Move camera up. 
    W     Move camera forward. 
    A     Move camera left. 
    S     Move camera backward. 
    D     Move camera right. 
    N     Next view  
    P     Previous view 
    R     Reset camera 
    F2     Bring up Direct3D Settings menu. 
Alt+Enter     Toggle full screen. 
   Esc     Quit 

当你在一个特定Tiny视角时，下列控制是有效的。

键 动作 
    C     Take control 
    W     Move forward 
    A,D     Turn 
  W+Shift     Hold for run mode 

Pitfalls and Alternatives
Some of what this sample does can be done differently, with different trade-offs.

因为所有的Tiny实例共享同一个框架层次矩阵，例子必须给特定的实例增加时间值，并在移动到另外的实例前渲染它。通常，这不是问题。然而，如果应用程序希望先为所有实例更新矩阵，然后渲染它们，在克隆时它可以创建新动画控制器指向一个不同的矩阵组。这样，每个动画控制器有它自己的矩阵组，将不会发生重写，但这将消耗更多的内存。

这也是值得注意的 - 在蒙皮顶点着色器中的矩阵板(matrix palette)是一个矩阵数组，and naturally takes up a significant number of constant registers.应用程序可能会碰到常量注册器不够给其他对象使用的问题。当在CMultiAnim中创建效果对象时，应用程序能与小型的矩阵调色板工作,用MATRIX_PALETTE_SIZE_DEFAULT设定着色器，定义一个较小的数值。这个方法的缺点是:Mesh可能包含更多子集，需要分别的绘制。

注意，这个例子明确的展示了渲染动画Mesh。它不能处理静态的Mesh，尽管代码是可以扩展的。

另外的任务，也是例子的一部分：当Direct3D设备释放和重建时，保存动画控制器的全部状态。这一般在应用程序的设备从HAL到REF的转换(或做相反的转换)时发生，或从一个Direct3D设备到另外一个双监视器系统。在本例中，当Direct3D设备释放时，所有动画控制器就都被释放了。当例子初始化一个新Direct3D设备时，动画控制器也被重建。这提出一个问题，因为保存动画状态的动画控制器丢失了，程序也就丢失了释放前原设备保存的信息：每个轨播放什么动画，哪些轨可以使用，每个轨的速度和权重。解决这个问题的方案是，应用程序应该在释放Direct3D对象前在它的清除函数中(本例中的DeleteDeviceObjects()函数)，重新取得动画控制器状态并保存到一个缓冲区中。然后，在重建动画控制器后(本例中的InitDeviceObjects()函数)，再从缓冲区中恢复动画控制器状态。每个动画控制器将保存下列状态：

动画控制器的当前时间，用GetTime()函数获得。 
每个轨正在播放的动画集的名字，调用GetTrackAnimationSet()函数获得这个信息，然后调用GetName函数. 
所有轨的轨描述，使用GetTrackDesc()函数获得这个描述。 
所有轨的当前事件，如果有一个事件是正在运行的。这可以用GetCurrentTrackEvent()函数和GetEventDesc()函数重新取得。 
所有键入的轨事件。为了接收每个事件的键入。首先，用NULL的hEvent参数调用GetUpcomingTrackEvent()。会返回下一个要发生的keyed事件的事件句柄。然后，传递这个句柄给GetEventDesc()方法，获得这个事件的描述。然后，用这个从前面的GetUpcomingTrackEvent()函数得到的句柄，再次调用GetUpcomingTrackEvent()。这样你就取得了第二个键入事件的句柄，重复这个过程，就可以取得所有键入事件。  
动画控制器当前的前一个混合，调用GetPriorityBlend.()。 
动画控制器当前的前一个混合事件，如果一个正在运行，调用GetCurrentPriorityBlend()和GetEventDesc。 
所有键入的前一个混合事件。调用GetUpcomingPriorityBlend()和GetEventDesc来做这个。这个方法去处理所有事件与处理轨的键入事件相似。
因为简单，本例没有保存动画控制器所有的状态，只保存了当前轨正在播放动画集。因此，如果在一个动画转换期间，Direct3D设备对象执行了释放和重建，那么转换后的动画可能和之前是不同的；如果转换全部完成，将会显示出来。 另外，在重新初始化之后所有键入事件将不能恢复。