骨骼动画.X文件解析

    最近看了骨骼动画相关的知识，结合.X文件结构来分享一下自己对骨骼动画的初步理解。
    什么是骨骼？骨骼好比人体内的骨头，骨头的运动带动着皮肤以及肉体的运动。同理，在D3D里面定义一个骨骼来带动周围一些顶点的运用。当然这个骨骼是抽象的，本身没有顶点来描述他的形态，它主要负责保存模型运动时的变化的信息，骨骼在.X文件里面用模板Frame来定义。
看看带骨骼的.X文件，一般的结构是:
Frame Frame1
{
 FrameTransformMatrix
 {
 }
 Mesh Mesh1
 {
 }
}
      FrameTransformMatrix 表示了骨骼相对模型中心的变化矩阵，假如我们人的中心位置是在躯体的中心（大概是胃的位置),手臂的骨骼离那个位置是有一些偏移的，这个矩阵就是用来计算这个偏移信息的。
Mesh1是表示附属在Frame1上的模型顶点信息。比如我们手臂的骨头动了，附在上面的皮肤和肉都要动，在3D里面这些是用三角形来表示的。因此Mesh1表示Frame1影响到得顶点的信息。
要想产生动画, 光有骨骼还不行，必须得有描述这些骨骼在某一时候如何运动的信息。在.X文件里面，这些运动信息用模板AnimationSet来描述。
AnimationSet walk
{
 Animation Animation1
 {
 {Frame1}
 AnimationKey
 {
 }
 }
 
 Animation Animation2
 {
 {Frame2}
 AnimationKey
 {
 }
 }
}
    以上是AnimationSet一般结构。要想产生walk（走路）的动作，要让脚动，有时候手也要动。Animation就记录了运动的骨骼的信息。在这个动作里面，走路要动的骨骼是Frame1，和Frame2。
    那么怎么知道Animation里面骨骼在某个时候怎么运动呢？这些信息就放在AnimationKey里面。下面是AnimationKey的一个实例
AnimationKey AnimationKey1
{
   4;
   6;
   0;16;0.881635,-0.111735,0.458514,0.000000,0.114895,0.993153,0.021101,0.000000,-0.457732,0.034078,0.888437,0.000000,-0.303751,9.349454,-0.603032,1.000000;;,
   160;16;0.881635,-0.112752,0.458265,0.000000,0.114895,0.993104,0.023303,0.000000,-0.457733,0.032108,0.888510,0.000000,-0.304559,9.352407,-0.603871,1.000000;;,
   320;16;0.881635,-0.113764,0.458015,0.000000,0.114896,0.993050,0.025496,0.000000,-0.457733,0.030146,0.888579,0.000000,-0.305481,9.355353,-0.604827,1.000000;;,
   480;16;0.881635,-0.114774,0.457763,0.000000,0.114896,0.992992,0.027686,0.000000,-0.457733,0.028186,0.888643,0.000000,-0.306449,9.358295,-0.605831,1.000000;;,
   640;16;0.881634,-0.115785,0.457509,0.000000,0.114896,0.992928,0.029878,0.000000,-0.457733,0.026225,0.888703,0.000000,-0.307393,9.361239,-0.606811,1.000000;;,
   800;16;0.881634,-0.116798,0.457252,0.000000,0.114897,0.992859,0.032076,0.000000,-0.457733,0.024258,0.888759,0.000000,-0.308247,9.364190,-0.607697,1.000000;;,
}
    4表示变化信息是矩阵(0:旋转,1:平移,2:缩放) 6表示下面有6个关键帧。第一个关键帧中的0:表示起始时间，16表示矩阵是4*4的，接下来就是变化矩阵的信息了。
    这里就有问题了，我们只知道时间点0, 160, 320, 480, 640, 800处的变化信息，那么在100或是200的时间点上骨骼怎么运动呢?这就需要对关键帧进行线性插值。比如时间t1处变化矩阵是mat1, 时间t2处变化矩阵是mat2, 当t1<=t 就这样，walk这个动作的所有信息就可以表示了。

 

    还有篇幅，就讲讲蒙皮信息吧~_~
    以上讲的骨骼(Frame)只包含了一个受影响的Mesh的顶点信息，这样的话，一个顶点只能受一块骨头影响，这样明显不符合实际情况（比如人的上臂和下臂过渡区得皮肤，明显要同时受到上臂骨骼和下臂骨骼的影响）。
如果一个顶点只受一个骨骼影响，比较明显的情况就是在两块骨头的过渡区间会产生撕裂现象。蒙皮动画就是为解决这个问题而产生的。下面是对蒙皮信息的定义:
SkinWeights
{
     "Bip01_L_Clavicle";
     2;
     150,
     3512;
     0.303157,
     0.601147;
     1.253361,-0.000002,0.254069,0.000000,-0.218659,-0.223923,1.078679,0.000000,0.058231,-1.440720,-0.287275,0.000000,-8.131670,62.204407,-2.611076,1.000000;;
}

SkinWeights
{
     "Bip01_Neck";
     2;
     150,
     2100;
     0.696843,
     0.601147;
     1.253361,-0.000002,0.254069,0.000000,-0.218659,-0.223923,1.078679,0.000000,0.058231,-1.440720,-0.287275,0.000000,-8.131670,62.204407,-2.611076,1.000000;;
}
    第一个蒙皮该信息表示 索引值为2,150号的顶点受到骨骼Bip01_L_Clavicle的影响，影响的权重是0.303157,0.601147; 这里解释一下权重的概念。DX9最多支持一个顶点受到4个骨骼影响，
假设一个顶点受到4个骨骼影响，骨骼对应的矩阵分别是mat1,mat2,mat3,mat4. 权重是w1,w2,w3,w4。那个最终顶点变换矩阵就是mat1*w1+mat2*w2+mat3*w3+mat4*w4。必须满足w1+w2+w3+w4=1
由上面的信息看出 150号顶点只受到Bip01_L_Clavicle，Bip01_Neck两个骨骼的影响(应为0.303157+0.696843=1).至于最后一个变换矩阵，目前自己也不清楚干什么的，希望知道的朋友讲解一下哈。

 

就写这么多了，不足之处希望路过的大侠指点。

 

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作者:howlet
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