3DsMax骨骼动画导出时候第一帧的计算方法

2009-12-10
原文发表于 : http://www.hellocpp.net/Articles/Article/727.aspx

补充, 今天已经把用3DXI (IGame)重写过的插件放到 hellocpp上了。需要代码可以到  http://www.hellocpp.net/Articles/Article/727.aspx 去下载。

前言:本文读者应该大体知道怎么从Physique和Skin里获取数据的,并知道骨骼动画原理的。不然最好别看,否则越看越糊涂


     相信大家如果在使用或者看别人使用3Ds Max做骨骼动画的时候,多多少少应该见过美术做模型的时候,在没有绑定骨骼之前,角色蒙皮的手通常都是平举着的。加上Skin或者Physique修改器后,蒙皮的姿势通常就是第0帧了。那么在Max导出骨骼动画的时候,这个手平举着的姿势是算是第几帧呢?又是对应具体哪些数据呢?这个问题,在我开始做骨骼动画前,问过老宋,不过不知道当时是我稀里糊涂还是老宋稀里糊涂,反正没弄明白,折腾了好久,终于在2005年下半年弄明白了。不过过了这么多年,感觉自己很健忘,今天收拾那个古老而庞大的3Ds Max Exporter,终于又逼我整理了一遍思路,笔记如下。
     我们知道,3Ds Max 的骨骼动画修改器常用的有两个: Skin和Physique。
     在Physique里的IPhyBlendedRigidVertex通过IPhyBlendedRigidVertex::GetOffsetVector能拿到该顶点相对于某块骨骼的偏移位置,通常,我们把这个偏移乘上GetInitNodeTM获得的骨骼矩阵再乘上骨骼权重,并累加,就能得到初始位置。
     在Skin修改器里,我们并没有这样的GetOffsetVector,而是只能通过Mesh获得第0帧的数据。

     那么他们的区别在哪里呢?
     实际上,Physique GetOffsetVector获得的就是角色手平举的时候的蒙皮位置,称为Init Pose。Skin只能直接获得第0帧数据(跟获取Static Mesh一样的方法).
     但是,在Physique里我们完全也可以采用跟Skin里同样的方法来提取数据而不需要使用GetOffsetVector。在Skin里也可以计算出Init Pose.那么这个计算过程是怎么样的呢?
     其实,这个过程跟我们计算骨骼动画的任意一帧的过程是完全一样的,我们假设Init Pose是第i帧。
     假设,第0帧的时候:位置是v0, 骨骼变换矩阵是TM(0,k)
     手平举着的时候,    位置是vi, 骨骼变换矩阵式TM(i,k).
     TM(i,k) 就是Bone InitTM ,通过Physique::GetBoneInitTM()来获取
     四个权重对应位置为 W(k);
     在第0帧的时候,顶点相对四个骨骼的的位移应该为 v0 * invTM(0,k).
   (这个值在Physique里取出来的就是vtxBlend->GetOffsetVector(j), Skin则只能计算了)
     所以。其实我们并不需要这个Offset,从第0帧,加上i帧的Bone InitTM就可以算出这个offset)
     那么从第0帧,算到第i帧(初始帧), 根据骨骼动画公式。
     vi = SIGMA【 v0 * invTM(0,k) * TM(i,k) 】 (k = 0, 4).

    那么同理,在Physique里,也可以用同样的方法,得到Init Pose的第i帧的position数据。用这个方法跟通过vtxBlend->GetOffsetVector(j)获取的Init Pose结果基本是一样的(不一样是因为浮点误差)

    对于顶点Position如上处理,那么对于法向量呢?我们知道不管是Physique也好,Skin也好,直接都是无法取到Init Pose的Normal的,如果是Skin,Position取第0帧,Normal也取第0帧,那么刚好。但是如果你用的是Physique,而又是通过vtxBlend->GetOffsetVector(j)来获取Init Pose的Position的,那么对不起,Init Pose的Normal肯定要你自己算了。 这个过程我就不重复了。将 vi的计算公式中的矩阵改成 Inv后再转置就好了,因为法向量的变换矩阵跟顶点变换矩阵的关系就是逆+转置。

  
  补充说明一点,在导出数据后,顶点Position有两种保存方法:
  1. 一个顶点保存一个值,比如保存第0帧数据。那么计算第t帧的时候的公式应该是
      vt = SIGMA【 v0 * invTM(0,k) * TM(t,k) 】 (k = 0, 4)  
    跟前面的一样的哈。 就是说你还需要把骨骼的InvTM(0,k)给保存下来,并且每次把 TM(t,k)插值好了后乘上去。这个无疑增加了骨骼矩阵混合的计算量。但是它允许你只保存一份顶点数据。
  2. 一个顶点相对于四个骨骼各保存一份,也就是保存vtxBlend->GetOffsetVector(j)获取回来的值,或者是v0 * invTM(0,k) k=(0,4)。 假设保存下去的这个值是v(0,k), 0就是第0帧啦,k当然是第k根骨头啦。 那么这个时候,你做混合的时候只要
     vt = SIGMA【 v(0,k) *  TM(t,k) 】 (k = 0, 4) 。
    计算减少了。但是你要保存的数据多了。嘿嘿,四个顶点位置,还有四个法向量哦,还有四个Tangent呢?哇哈哈。疯了。
  
    鉴于保存四个顶点位置开销实在太大,我宁愿在骨架混合的时候多计算,只保存一份顶点位置就好了。


   说明:
   v0 : 第0帧,顶点位置
   vi : 第i帧,顶点位置
   vt : t时刻,顶点位置
   TM(t,k)     : t时刻,影响这个顶点的第k个骨骼的变换矩阵
   TM(i,k)     : 第i帧,影响这个顶点的第k个骨骼的变换矩阵
   invTM(0,k)  : 第0帧,影响这个顶点的第k个骨骼的变换矩阵的逆矩阵

PS:昨天晚上心血来潮,将整个Max Exporter由传统MaxSDK改成了IGame,算Normal太麻烦了。



本文来自CSDN博客,转载请标明出处:http://blog.csdn.net/Nhsoft/archive/2009/12/09/4969803.aspx
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