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3d Game Walkman

3d圖形渲染,網絡引擎 — tonykee's Blog
隨筆 - 45, 文章 - 0, 評論 - 309, 引用 - 0
數據加載中……

最近在對骨骼導出插件進行重構,有了一些新的感悟

最近嘗試把3dmax的physique骨骼系統導出插件重構成了skin的方式,用了用skin感覺相比physique要強大的多,skin是max最老的蒙皮修改器,應該比physique還要早把,但后續版本升級做的很強大,據說和maya的方法差不多,physique修改器更新緩慢,而且用了一下確實是skin的修改器要好用一些,尤其對于蒙皮人物骨骼按部件進行拆分方面,skin方式要方便很多,實現換裝系統也不是問題,我最近正在實現一套比較好的部件裝配式的換裝系統,大體的方法是把人物拆分,按需要進行骨骼部件的組裝,比如手,腳,頭發,身體,裙擺,都可以是獨立的骨架部件,然后組裝在一起,很多游戲其實都有這樣的功能,實現方法大同小異吧,不過我這里有點心得可以分享一下,人物的骨骼導出的時候不要圖方便只導出每塊骨頭的世界矩陣,而應該導出這塊骨頭相對父骨節的矩陣,形成一顆顆子樹,這樣做在單副骨架上看似乎沒有什么大的優勢,還會帶來額外的計算量,但實際上要實現換裝,比如一個部件從一個形體直接配置到另外一個形體上的時候,優勢就體現出來了,真的必須這么干啊,我想以后做一些外界作用力的物理效果的時候,父骨架的偏移影響到子骨架的計算,或反向IK計算,應該也容易計算了(比如自由墜落的布娃系統)當然這是后話了,現在多做點這樣工作,以后擴展起來會容易很多

另外有個心得可以和大家分享一下,那就是關于骨骼矩陣的導出冗余數據的精簡方法、其實做過蒙皮的人應該會知道,一套完整的骨骼動畫的數據量最大的并不是頂點的數據,那個數量基本固定的,不會隨動作的增長而變大,真正龐大的是骨骼的關鍵幀導出數據
來個簡單的計算,如果一個蒙皮角色的總骨骼有100根,1000幀的動畫
那么占用的空間= 100 * 1000 * sizeof(D3DXMATRIX)  = 100 *1000 * 64Bytes  差不多占了6MB多的容量,一般一個角色的動畫多達幾千到上萬幀的,那么這個數量的增長是很龐大的,也許你會覺得這幾MB到10多MB的數據量不算什么,現在內存不都是幾個G了嗎?但你要想想,現在游戲卡的現象不在于你cpu多塊,內存多大,很大部分愿意是磁盤io讀取慢了,這才是瓶頸,這些年計算機的速度是提升了很多倍可就是硬盤的讀寫速度沒什么變化啊,同屏幾十個不同的角色,如果不預加載,用實時加載,那么一加載起來動不動就是幾十MB的數據,不管什么機器,再怎么多線程優化也一樣卡,即使單機都會卡
 
所以需要想辦法來壓縮精簡這些數據,其實壓縮的思路并不復雜,我們的骨骼矩陣一般都用的是線性差值計算的,max在打上關鍵幀的時候也基本上是線性差值的,這樣就好辦了,線性差值的數據過渡一般都有一個特點,那就是比較“平滑”,很多數據變化幅度不大的情況下前一幀和后一幀的矩陣平均值剛好等于當前幀的矩陣值,就利用這個特性我們就能過濾掉相當大數量級的矩陣了

以下的算法針對于連續線性變換的數據精簡壓縮都是有用的,不僅僅只針對于矩陣,我在下面的例子里面用的是整數,思路清楚以后換成矩陣就好了


#include "stdafx.h"
#include <WTypes.h>
#include <vector>
#include <map>
#include <assert.h>
using namespace std;

 

struct  Idinfo
{
 int id;     //原數據索引
 int id0;   //等比區間索引上界索引
 int id1;   //等比區間索引下界索引
 BOOL GetValue(map<int,int> & imap, int& val)
 {
  if(id == id0 && id == id1)
  {
   map<int, int>::iterator it0 = imap.find(id0);
   assert(it0 != imap.end());
   val = it0->second;
   return TRUE;
  }
  else if(id > id0 && id < id1)
  {
   map<int, int>::iterator it0 = imap.find(id0);
   map<int, int>::iterator it1 = imap.find(id1);
   assert(it0 != imap.end());
   assert(it1 != imap.end());
   int v0 = it0->second;
   int v1 = it1->second;
   val = v0 + ((v1 - v0) / (id1 - id0)) * (id - id0);
   return TRUE;
  }
  return FALSE;
 }
};


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
 vector<int> arr; //假設這里面放的就是線性變換的數據
 arr.push_back(2);
 arr.push_back(4);
 arr.push_back(6);
 arr.push_back(8);
 arr.push_back(15);
 arr.push_back(16);
 arr.push_back(17);
 arr.push_back(18);
 arr.push_back(19);
 arr.push_back(20);

 map<int,int,less<int>> imap; //把非等比變化的數據導出(自動按原索引排序的)
 int sz = (int)arr.size();
 for(int i = 0; i < sz; ++i)
 {
  if(i == 0 || i == sz - 1)
  {
   imap.insert(pair<int, int>(i, arr[i])); //頭尾不過濾,一定要保留的
  }
  else
  {
   if(arr[i] != (arr[i - 1] + arr[i + 1]) / 2) //過濾掉前后等比的數據,
                                                            //提示一下,如果是浮點數建議不要這樣比較,浮點數有誤差的,建議有個0.0001的容差,視情況而定
   {
    imap.insert(pair<int, int>(i, arr[i]));
   }
  }
 }

 vector<Idinfo> vecIds;  //計算每個數據的索引描述

 for(int i = 0; i < sz; ++i)
 {
  map<int,int>::iterator it = imap.find(i);

  BOOL _lowBoundFind =  FALSE;
  BOOL _highBoneFind = FALSE;
  Idinfo idInfo;
  idInfo.id = i;
  for(it = imap.begin();it != imap.end(); ++it)
  {
   int id = it->first;
   if(i == id)
   {
    idInfo.id0 = id;
    idInfo.id1 = id;
    _lowBoundFind = TRUE;
    _highBoneFind = TRUE;
   }

   if(i > id)
   {
    idInfo.id0 = id;
    _lowBoundFind = TRUE;
   }

   if(i < id)
   {
    idInfo.id1 = id;
    _highBoneFind = TRUE;
   }

   if(_lowBoundFind && _highBoneFind)
   {
    vecIds.push_back(idInfo);
    break;
   }
  }
 }

 //檢驗一下能否把原線性隊列的數據完全還原出來
 for(vector<Idinfo>::iterator it = vecIds.begin(); it < vecIds.end(); ++it)
 {
  Idinfo & idInfo = *it;
  int id = 0;
  if(idInfo.GetValue(imap, id))
  {
   printf("%d \r\n", id);
  }
 }

 return 0;
}


//可以看到,我們實際導出的是imap就夠了,vecIds可以計算出來的,也就是說只需要imap就能確定arr集合的每一個元素了
上面的例子可以看到10個元素“壓縮”成了4個元素,數據變化越平滑,壓縮的數據量將會越大

posted on 2010-10-17 23:51 李侃 閱讀(3635) 評論(7)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 設計思路

評論

# re: 最近在對骨骼導出插件進行重構,有了一些新的感悟[未登錄]  回復  更多評論   

"如果一個蒙皮角色的總骨骼有100根,1000幀的動畫那么占用的空間= 100 * 1000 * sizeof(D3DXMATRIX) = 100 *1000 * 64Bytes 差不多占了6MB多的容量,一般一個角色的動畫多達幾千到上萬幀的,....."
難道動畫沒關鍵幀插值?為啥每幀都有一個矩陣?
2010-10-18 13:50 | kaka

# re: 最近在對骨骼導出插件進行重構,有了一些新的感悟  回復  更多評論   

樓主的骨骼動畫數據可能是通過采集獲得的,沒有做成關鍵幀。
2010-10-18 20:49 | wimdys

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今天看了一下max的api,關鍵幀運動插值計算有TCB, BEZIER,和LINEAR三種方式,還要根據IKeyControl來獲取旋轉、平移、和縮放的x,y,z三個分量的關鍵幀控制器,可以說相當于有9組控制器,通過這些控制器來得到運動軌跡曲線上標注的關鍵幀,三種插值得到的運動軌跡的變化是不一樣的,前兩個是曲線,最后一個是直線,這里面基本意思是看明白了,我決定把這通過IKeyControl得到的關鍵幀,和前面提到的幀壓縮算法結合起來再來試驗一下效果,但不打算使用TCB和BEZIER兩種計算方法,這兩種差值算法還要折騰曲線方程,過于復雜了,還是打算使用LINEAR線性差值的方式,我想缺點就是動作也許會沒那么平滑吧,就好像行車轉彎的時候按直線轉和按弧線轉,肯定是弧線自然一些,但代價似乎也不小吧,主要是計算插值的曲線方程不太容易搞
2010-10-19 20:14 | 李侃

# re: 最近在對骨骼導出插件進行重構,有了一些新的感悟  回復  更多評論   

@李侃
建議樓主如果是導出關鍵幀數據的話還是用IGAME吧!!用IGame導出關鍵幀非常方便的哦!!!
2010-10-23 01:29 | G++

# re: 最近在對骨骼導出插件進行重構,有了一些新的感悟  回復  更多評論   

已經搞定了,還真是不容易,拋棄矩陣,那玩意根本就不能直接拿來做線性插值,因為旋轉的產生是有弧度的,直接這個矩陣來做差值一定會結果變成直線位移而嚴重失真,應該用每個骨骼原點自身的四元素旋轉和自身位移和骨骼的世界原點這三個數據來做,回頭我會寫一篇具體實現方法的文章,現在任意時間的任意頂點的位置經過我的關鍵幀插值計算,已經和3dmax完全能對應上無誤差了
2010-10-24 12:30 | 李侃

# re: 最近在對骨骼導出插件進行重構,有了一些新的感悟  回復  更多評論   

對動作進行采樣,然后用一定的算法從采樣數據中提出關鍵幀。

因為Max中的關鍵幀插值算法比較復雜(看曲線編輯器)。

一種幀壓縮算法:
《Ogre的skeleton數據的壓縮》Azure Product
http://www.azure.com.cn/?id=430
2010-10-27 20:25 | funcman

# re: 最近在對骨骼導出插件進行重構,有了一些新的感悟  回復  更多評論   

Max中的關鍵幀插值算法的確是比較復雜,可吃透它意義非同凡響啊

之前看過這篇文章,那個幀壓縮算法我已經不需要了,我已經成功模擬實現了max的關鍵幀的差值算法,通過這個把星期的分析把曲線上的數據統統解出來而且吃透了,通過我的計算,目前是LINEAR這種方式,任意時間得到的各頂點的位置和max的一模一樣,這樣下來根本不用去做什么幀壓縮了,max的動畫曲線上有多少個節點我就導出多少個數據(導出的數據超乎想象的少,打個比方兩點是一條直線,這條直線多長,我不用關心,因為直線上的任意一點我能計算出來,我只需要這兩個關鍵點就好了,這才是真正的“關鍵幀”數據插值計算啊),而且這其中的意義不光在幀數據的剔除(過去的認識很膚淺,骨骼動畫不能光是“播放”的),不同動畫集動作之間的自動融合的問題用固定的幀數據去播放是無法解決的,想象一下一個動作沒播完,而打斷去播放下一個動作,這兩個動作怎么去自動連貫起來呢?如果要做到自動連貫起來,那么過渡幀的數據是要用通過關鍵幀插值來融合計算的,這能大大豐富動作的連貫和動作組合的復雜度,通過研究和實現max的插值算法以后正好能很好的解決這個問題

我導出的數據僅僅只有各骨骼關鍵幀的旋轉四元數(連位移都不需要,我發現骨骼的移動全部是上層旋轉帶動的,如果不考慮縮放,那么也骨骼根本沒有自身的位移量,看曲線一目了然的),另外還有蒙皮姿勢的各骨骼初始位置,和蒙皮姿勢的Mesh各頂點,另外還有材質等數據,這些數據足以

目前在這個基礎之上還實現了換裝,也就是更換蒙皮骨骼部件的功能,主蒙皮的骨架計算影響到次級副部件的子骨架這樣的功能,很快我差不多能實現蒙皮部件換裝,批量繪制,物件綁定插槽編輯,動作標簽編輯,動作融合設置,等等...一個復雜的蒙皮配置系統了,應該會比OGRE那套復雜的多
2010-10-27 21:44 | 李侃
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