Unity Avatar Foot IK - Avatar Foot Placement Resolution

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简介

通过Unity内部的Mecanim动画系统实现的FootIK功能，效果如图所示，左右分别为开启和关闭FootIK的效果：

初版1.0.0代码已上传至SKFramework框架PackageManager中：

相关变量说明：

• Enable Foot Ik：是否启用FootIK
• Foot Ik Pass Layer Index：Animator启用IKPass对应的层级
• Layer Mask：射线检测时所有的层级
• Body Y Offset：身体Y坐标的偏移量
• Body Position Lerp Speed：身体坐标插值的速度
• Foot Position Lerp Speed：脚部坐标插值的速度
• Raycast Distance：射线检测的最大距离
• Raycast Origin Height：射线检测的高度

实现

Avatar FBX Import Settings

• Animation Type： 需要Humanoid人形动画

• Avatar Configuration：确保配置正确

Animator Settings

• Foot IK：相应的Animator State中需要开启Foot IK

• IK Pass：相应的Animator Layer中需要开启IK Pass通道

On Animator IK

动画IK回调函数，Unity Documentation中这样介绍：OnAnimatorIK() 在即将更新其内部反向动力学系统前由动画器组件调用。该回调可用于设置反向动力学目标的位置及其各自的权重。

参数LayerIndex指的是Animator中的Layer层级的索引值。

如何设置IK目标的位置及其权重？需要用到Animator中的函数：

• SetIKPosition：设置一个IK Goal的位置
• SetIKPositionWeight：设置IK Goal的过渡权重（0表示IK之前的原始动画，1表示在goal）
• SetIKRotation：设置一个IK Goal的旋转
• SetIKRotationWeight：设置IK Goal的旋转权重

Calculate IK Position & Rotation

如何获取IK目标位置及旋转？可以通过在脚部加上一定单位的高度上向下进行Raycast射线检测，RaycastHit中的point碰撞点即是IK的目标位置，并且通过normal法线方向获得IK的目标旋转，代码如下所示：

#region 计算左脚IK
//左脚坐标
leftFootPosition = animator.GetBoneTransform(HumanBodyBones.LeftFoot).position;
leftFootPosition.y = transform.position.y + raycastOriginHeight;

//左脚 射线检测
leftFootRaycast = Physics.Raycast(leftFootPosition, Vector3.down, out RaycastHit hit, raycastDistance + raycastOriginHeight, layerMask);
if (leftFootRaycast)
{
    leftFootIkPosition = leftFootPosition;
    leftFootIkPosition.y = hit.point.y + bodyYOffset;
    leftFootIkRotation = Quaternion.FromToRotation(transform.up, hit.normal);
#if UNITY_EDITOR
    //射线
    Debug.DrawLine(leftFootPosition, leftFootPosition + Vector3.down * (raycastDistance + raycastOriginHeight), Color.yellow);
    //法线
    Debug.DrawLine(hit.point, hit.point + hit.normal * .5f, Color.cyan);
#endif
}
else
{
    leftFootIkPosition = Vector3.zero;
}
#endregion

Body Position

在设置IK目标位置之前，需要先计算和调整身体的高度，原因如下图所示，当射线检测到的IK Position，腿的长度达不到时，需要将身体的Y坐标减去相应距离。

身体高度通过Animator中的bodyPosition去调整：

代码如下所示：

#region 身体
if (leftFootRaycast && rightFootRaycast)
{
    //左脚坐标Y差值
    float leftPosYDelta = leftFootIkPosition.y - transform.position.y;
    //右脚坐标Y差值
    float rightPosYDelta = rightFootIkPosition.y - transform.position.y;
    //身体坐标Y差值取二者最小值
    float bodyPosYDelta = Mathf.Min(leftPosYDelta, rightPosYDelta);
    //目标身体坐标
    Vector3 targetBodyPosition = animator.bodyPosition + Vector3.up * bodyPosYDelta;
    //插值运算
    targetBodyPosition.y = Mathf.Lerp(lastBodyPositionY, targetBodyPosition.y, bodyPositionLerpSpeed);
    //设置身体坐标
    animator.bodyPosition = targetBodyPosition;
}
//缓存身体Y坐标
lastBodyPositionY = animator.bodyPosition.y;
#endregion

Apply IK Position & Rotation

求得目标位置和旋转并调整完身体高度后，应用目标位置和旋转即可：

#region 应用左脚IK
//权重
animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.LeftFoot, 1f);
animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.LeftFoot, 1f);

Vector3 targetIkPosition = animator.GetIKPosition(AvatarIKGoal.LeftFoot);
if (leftFootRaycast)
{
    //转局部坐标
    targetIkPosition = transform.InverseTransformPoint(targetIkPosition);
    Vector3 world2Local = transform.InverseTransformPoint(leftFootIkPosition);
    //插值计算
    float y = Mathf.Lerp(lastLeftFootPositionY, world2Local.y, footPositionLerpSpeed);
    targetIkPosition.y += y;
    lastLeftFootPositionY = y;
    //转全局坐标
    targetIkPosition = transform.TransformPoint(targetIkPosition);
    //当前旋转
    Quaternion currRotation = animator.GetIKRotation(AvatarIKGoal.LeftFoot);
    //目标旋转
    Quaternion nextRotation = leftFootIkRotation * currRotation;
    animator.SetIKRotation(AvatarIKGoal.LeftFoot, nextRotation);
}
animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.LeftFoot, targetIkPosition);
#endregion