Ich beschreibe weiterhin den Skelettanimationsalgorithmus, wie er in der Flame Steel Engine implementiert ist.
Da der Algorithmus der komplexeste von allen ist, die ich implementiert habe, können in den Notizen zum Entwicklungsprozess Fehler auftreten. Im vorherigen Artikel über diesen Algorithmus habe ich einen Fehler gemacht; das Array von Knochen wird für jedes Netz separat und nicht für das gesamte Modell an den Shader übertragen.
Knotenhierarchie
Damit der Algorithmus korrekt funktioniert, ist es notwendig, dass das Modell eine Verbindung zwischen den Knochen untereinander enthält (Grafik). Stellen wir uns eine Situation vor, in der zwei Animationen gleichzeitig abgespielt werden – Springe und hebe deine rechte Hand. Die Sprunganimation muss das Modell entlang der Y-Achse anheben, während die Animation zum Anheben des Arms dies berücksichtigen und beim Springen mit dem Modell ansteigen muss, sonst bleibt der Arm von selbst an Ort und Stelle.
Wir werden die Verbindung von Knoten für diesen Fall beschreiben – Der Körper enthält die Hand. Bei der Ausarbeitung des Algorithmus wird der Knochengraph ausgelesen, alle Animationen werden mit den richtigen Verbindungen berücksichtigt. Im Speicher des Modells wird das Diagramm getrennt von allen Animationen gespeichert, nur um die Konnektivität der Knochen des Modells widerzuspiegeln.
Interpolation auf der CPU
Im letzten Artikel habe ich das Prinzip des Renderns von Skelettanimationen beschrieben – „Transformationsmatrizen werden bei jedem Rendering-Frame von der CPU an den Shader übertragen.“
Jeder Rendering-Frame wird auf der CPU verarbeitet; für jeden Mesh-Bone erhält die Engine die endgültige Transformationsmatrix mithilfe von Positionsinterpolation, Drehung und Zoom. Während der Interpolation der endgültigen Knochenmatrix wird für alle aktiven Knotenanimationen ein Durchlauf durch den Knotenbaum durchgeführt, die endgültige Matrix wird mit den übergeordneten Matrix multipliziert und dann zum Rendern an den Vertex-Shader gesendet.
Vektoren werden zur Positionsinterpolation und Vergrößerung verwendet; Quaternionen werden zur Rotation verwendet, weil Sie sind im Gegensatz zu Euler-Winkeln sehr einfach zu interpolieren (SLERP) und auch sehr einfach als Transformationsmatrix darzustellen.
So vereinfachen Sie die Implementierung
Um das Debuggen des Vertex-Shaders zu vereinfachen, habe ich mithilfe des Makros FSGLOGLNEWAGERENDERER_CPU_BASED_VERTEX_MODS_ENABLED eine Simulation des Vertex-Shaders auf der CPU hinzugefügt. Der Grafikkartenhersteller NVIDIA verfügt über ein Dienstprogramm zum Debuggen von Shader-Code, Nsight. Vielleicht kann es auch die Entwicklung komplexer Vertex-/Pixel-Shader-Algorithmen vereinfachen, aber ich konnte seine Funktionalität nie ausreichend auf der CPU testen.
Im nächsten Artikel möchte ich das Mischen mehrerer Animationen beschreiben und die verbleibenden Lücken schließen.
Quellen
https://www.youtube.com/watch?v= f3Cr8Yx3GGA
