Скелетная анимация (Часть 2 – иерархия нод, интерполяция)

Продолжаю описывать алгоритм скелетной анимации, по мере его реализации в игровом движке Flame Steel Engine.

Так как алгоритм является наисложнейшим из всех что я реализовывал, в заметках о процессе разработки могут появляться ошибки. В прошлой статье о данном алгоритме я допустил ошибку, массив костей передается в шейдер для каждого мэша по отдельности, а не для всей модели.

Иерархия нод

Для корректной работы алгоритма необходимо чтобы модель содержала в себе связь костей друг с другом (граф). Представим себе ситуацию при которой проигрываются одновременно две анимации – прыжок и поднятие правой руки. Анимация прыжка должна поднимать модель по оси Y, при этом анимация поднятия руки должна учитывать это и подниматься вместе с моделью в прыжке, иначе рука останется сама по себе на месте.

Опишем связь нод для данного случая – тело содержит руку. При отработке алгоритма будет произведено чтение графа костей, все анимации будут учтены с корректными связями. В памяти модели граф хранится отдельно от всех анимаций, только для отражения связанности костей модели.

Интерполяция на CPU

В прошлой статья я описал принцип рендеринга скелетной анимации – “матрицы трансформации передаются из CPU в шейдер при каждом кадре рендеринга.”

Каждый кадр рендеринга обрабатывается на CPU, для каждой кости мэша движок получает финальную матрицу трансформации с помощью интерполяции позиции, поворота, увеличения. Во время интерполяции финальной матрицы кости, производится проход по древу нод для всех активных анимаций нод, финальная матрица перемножается с родительскими, затем отправляется на рендеринг в вертексный шейдер.

Для интерполяции позиции и увеличения используют вектора, для поворота используются кватернионы, т.к. они очень легко интерполируются (SLERP) в отличии от углов Эйлера, также их очень просто представить в виде матрицы трансформации.

Как упростить реализацию

Чтобы упростить отладку работы вертексного шейдера, я добавил симуляцию работы вертексного шейдера на CPU с помощью макроса FSGLOGLNEWAGERENDERER_CPU_BASED_VERTEX_MODS_ENABLED. У производителя видеокарт NVIDIA есть утилита для отладки шейдерного кода Nsight, возможно она тоже может упростить разработку сложных алгоритмов вертексного/пиксельных шейдеров, однако проверить работоспособность мне так и не довелось, хватило симуляции на CPU.

В следующей статье я планирую описать микширование нескольких анимаций, заполнить оставшиеся пробелы.

Источники

https://www.youtube.com/watch?v=f3Cr8Yx3GGA

0