清源游民　gameogre@gmail.com
概述
動畫，總的來講，在計算機發(fā)展的各個階段，與藝術家們快速瀏覽一系列彼此稍微不同的圖片從而產(chǎn)生運動的幻覺的行為沒有什么不同。1872年，Eadweard Muybridge給奔跑的馬拍了一組連續(xù)的照片，從而證明了馬在奔跑時會四腳同時離地。這是一系列的圖片流可以產(chǎn)生運動幻覺的最早的文檔化的記錄。
現(xiàn)在在Ogre中，不必小題大作地裝配一些設備來創(chuàng)造這種運動幻覺了。只需要每幀少量地移動或變形場景中的數(shù)據(jù)，幻覺就產(chǎn)生了。它確實只是幻覺。ogre不跟蹤對象的速度，加速度，或是角色的胳膊是在抬起
或是叉著腰。ogre逐幀來處理位置與朝向。ogre能為你做的是幫你重新播放這些動畫。這些動畫可以是用離線工具制作的，或是運行時產(chǎn)生的，或僅是為了實現(xiàn)相機漫游而填充了一系列位置的曲線。
場景的每幀都會被重畫，兩幀之間沒有什么會被保存下來。ogre中的動畫僅僅是根據(jù)關于任意變量（通常
是時間）的函數(shù)，來定位與定向角色。每一幀，在ogre動畫系統(tǒng)的控制之下，場景中的實體與動畫被稍稍
移動或產(chǎn)生變形，然后場景被重畫。這種產(chǎn)生動畫的方式，與華納兄弟的動畫團隊做卡通動畫沒什么同。
一行畫24個卡通兔，彼此稍微不同，然后在1秒鐘的時間連續(xù)播放。
Ogre中的動畫類型
根據(jù)控制物體的不同方式分為兩種：基于關鍵幀的動畫，控制器。
抽象地來看，ogre中的動畫是相關tracks的集合。track是作為時間函數(shù)存儲的一組數(shù)據(jù)值。一對“track值”與"時間點“，構成了關鍵幀(keyframe)，更好的一種說法是，在時間軸線上對對象全部或部分的位置，朝向，縮放，進行采樣。根據(jù)動畫的類型，ogre支持好幾種關鍵幀。"關鍵幀”這個名稱來源于手工制作動畫的時代（像上面提到的制作卡通兔動畫），首席藝術家會給他的下級提供一組關鍵的幀。這些幀給出了場景中角色的位置，然后下級藝術家們根據(jù)這些畫出幀之間角色的位置。在ogre中，你就是首席藝術家，需要提供這些關鍵幀，ogre是你的下級，它幫你完成幀之間的過渡。
ogre中支持的track有下面這幾種類型（一個track中的所有關鍵幀必須有一致的類型）:
NumericAnimaitonTrack(NumericKeyFrame):
關鍵幀包含一個AnyNumeric類型的標量值。Any是ogre中定義的結構，和COM中的variant　類型一樣，允許數(shù)據(jù)類型的多態(tài)化。AnyNumeric限定了可能的數(shù)據(jù)類型只能是數(shù)字的(實數(shù)，整數(shù))。
NodeAnimationTrack(TransformKeyFrame):
關鍵幀包含兩個3維向量，一個四元數(shù)，分別表示結點的位置，縮放與朝向。
VertexAnimationTrack(VertexMorphKeyFrame,VertexPoseKeyFrame):
關鍵幀包含或是引用在一個特定時間點上（在pose 動畫中）頂點位置和混合權重(VertexPoseKeyFrame)。
動畫狀態(tài)
程序與ogre中的動畫主要的交互是通過動畫狀態(tài)來完成的(animation state)。在建模工具中，可以為骨骼或頂點網(wǎng)格沿時間軸線定義多個動畫，導出時每個動畫都可以定義一個名字，通過這個名字來定位Entity中同的動畫。通過動畫狀態(tài)可以訪問動畫的許多屬性：長度，當前位置,動畫名，是否循環(huán)，有否有效，權重（用于混合動畫）。權重根據(jù)混合動畫的類型進行不同的處理。
混合權平均：
告訴ogre做這種混合時，所有權重之和為1。如果不是1，ogre會進行正規(guī)化處理，使得它們的總和為1。這種方式只對骨骼動畫有效，它也是默認的混合方式。
混合權累積：
ogre只是簡單地把所有引用權重的效果進行累加，不會再平衡。這種方式只對頂點動畫有效（pose, morph),用到骨骼動畫時也可以。
動畫狀態(tài)也是也給動畫“加時間”推動它向前變化的地方?；旧峡偸墙o一個時間增量，意味著從上次調用到現(xiàn)在增長了的時間。本質上，加一個時間增量與直接設定時間位置沒有什么不同。
骨骼動畫
骨骼動畫是最常用的動畫類型。網(wǎng)格(mesh)中的頂點被綁定到骨骼上，如同我們身體的肌肉綁定到骨上。
不同的是，計算機動畫中的“骨頭”不是真實存在的。它們用一些（無對應實體）變換來表示骨頭的位置，朝向與縮放，經(jīng)常是用矩陣來表示。骨骼動畫的關鍵幀，僅是相對于骨骼恢復位置的偏移。它們被組合起來形成了沿著時間軸線上某一給定點的骨骼。
Ogre中的骨骼是有層次關系的，如腳骨與脛骨相連，脛骨又與膝蓋骨相連。在這種層次關系下，除了root外，每個骨頭都有父親。但并不限于只有一個root,這種層次關系僅僅是用來傳遞轉換(自上而下)。改變一根骨頭會影響它所有孩子的位置。反向的運動ogre不支持：當一個骨頭運動時，它不會影響父輩。
頂點綁定
頂點被綁定到骨骼時會指定一個權重，權重說明了骨頭運動對頂點的影響效果。典型的是把一個頂點綁
定到多個骨頭，賦于不同的權重。ogre僅支持每頂點四個骨頭，但每個骨頭可以與任意多個頂點關聯(lián)。
頂點動畫
與通過計算動畫骨骼，再根據(jù)骨骼位置計算頂點位置的動畫方式不同。頂點動畫直接對頂點進行動畫操作。它是資源密集型的解決方案，對于每個動畫位置都要轉送完整的頂點數(shù)據(jù)的拷貝。有時這種方式是維一的辦法，例如實現(xiàn)逼真的面部表情動畫。
頂點動畫在動畫track這個層次上被管理、操縱。這意味著我們可以對角色的頭，臉部分使用復雜的pose動畫，而角色的剩余部分使用相對簡單的morph動畫。但是不能對相同的頂點使用不同的動畫類型。頂點動畫在引用一組頂點集時，要么全部引用，要么一個也不引用。這意味著，在網(wǎng)格級別上來看，所有的共享幾何(shared geometry)構成了頂點動畫的頂點數(shù)據(jù)。在子網(wǎng)格級別上來看，所有子網(wǎng)格的頂點構成了頂點動畫的頂點數(shù)據(jù)。舉例來講，一個子網(wǎng)格的某些頂點參與morph動畫，而剩余頂點參與pose動畫，這種情況是不允許的。
變形動畫(Morph Animation)
變形動畫是兩種頂點動畫技術中最簡單最直觀的一種。實際的頂點位置做為"快照"被保存。這與前面說到
的卡通兔動畫的過程是一樣的。這種方法比較消耗資源，但是計算效率最高。關鍵之間數(shù)據(jù)通過插值得。
主要的缺點是不能混合多個變形動畫，因為他們保存的是頂點的絕對位置。當然，如果有兩個動畫，它們
影響的頂點沒有交集，那么確實可以對這兩個動畫進行混合。
姿勢動畫(Pose Animation)
模型的各種姿勢被保存在動畫tracks中。這些姿勢可以被混合來創(chuàng)建更復雜的動畫。頂點的位置是相對于
復原位置的偏移量，而不是頂點的絕對位置。而且只有變化的數(shù)據(jù)才被保存。因此，它不僅更靈活，而且
對資源使用也更高效。
pose動畫的關鍵幀引用一個或多個pose tracks，每個引用對姿勢有一個影響權重。權重決定了當pose被混合時每個頂點偏移對最終的頂點位置產(chǎn)生多大的影響。不必在每一幀都引用一個pose。在實踐中，pose混合會碰到一些限制：每個附加的pose需要更多的處理時間。
混合動畫
不能混合pose與morph動畫到一起，也不能混合多個morph動畫。
當混合骨骼動畫與頂點動畫時，ogre將首先計算/混合頂點動畫，然后應用骨骼變形到混合頂點上。
規(guī)范的pose與骨骼動畫混合的程序,會混合全身體的骨骼動畫與復雜的面部表情。例如，可以對角色的面部頂點使用pose動畫，而角色的剩余部分(包括頭)使用相對簡單的骨骼動畫。
混合兩個骨骼動畫對于動畫之間的切換是最有用的。例如角色可能在循環(huán)地執(zhí)行"跑步"這個動畫，一會兒
他可能要停下來（執(zhí)行"idle"動畫），那么這時需要對兩個動畫進行混合。
Morph與骨骼動畫的混合，對于給骨骼動畫的角色增加"外皮"網(wǎng)格變形是很合適的。例如,將一個衣服動畫與角色實際的骨骼運動動畫混合，這樣就避免了對衣服進行實時模擬的高額代價。
硬件vs軟件
應用硬件加速時最應該記住的是：硬件動畫網(wǎng)格數(shù)據(jù)不能被CPU使用。這相當重要！假如你依賴網(wǎng)格數(shù)據(jù)
進行別的計算(體積陰影計算，物理模擬），一旦頂點變形計算被移到GPU中，頂點就永遠消失了，不在代碼中使用了，假如需要變形之后的頂點數(shù)據(jù)，那么你還得用CPU進行與GPU同樣的計算！這確實也可以做到,告訴ogre做吧：　Entity::addSoftwareAnimationRequest()。
硬件加速的骨骼動畫與頂點動畫混合，會在頂點程序中執(zhí)行混合。假如你剛才還沒有注意到上面曾經(jīng)提到
過的執(zhí)行順序的話，現(xiàn)在又有機會讓你意識到這點：先頂點，然后骨骼。這同樣也意味著，所有的動畫技術都應該是基于硬件加速的，不能讓硬件加速的骨骼動畫與基于軟件的頂點動畫混合。
使用GPU加速骨骼動畫時，應該考慮到：骨骼動畫算法的本質上要求，在計算每個頂點時，骨架中所有骨頭的數(shù)據(jù)必須都被提供。老舊的硬件僅僅支持24　bones或更少的skinning通道。這時應把mesh分為幾段，在多個通道中skin它們。ogre只會把submesh引用到的bones發(fā)送到skinning shader,而不是骨骼中所有的bones,這使得多個skinnig pass成為可能。
在CPU中對morph動畫頂點進行插值的主要優(yōu)點是利用了GPU并行計算的本質。morph計算起來也不復雜，
主要的輸入是兩個頂點位置與一個插值因子，頂點程序產(chǎn)生插值后的頂點位置做為輸出。
pose動畫與morph類似，而且有與骨骼動畫類似的限制：它提供給程序的pose數(shù)目如何進行傳遞。
標簽點
標簽本身不是動畫的一部分，但它們常被用于聯(lián)結任意對象（例如武器）到存在的動畫模型上。標簽點
的概念比較簡單：它是骨架中一塊特殊的骨頭，它能在運行時，控制綁定對象的位置與朝向。不必事先
創(chuàng)建標簽點，可以在運動期attched一個可移動對象到骨架中一個命名的骨頭上。Entity有這樣一個方法：
attachObjectToBone();一旦物體被綁到骨頭上，它就會隨著標簽點移動。需要知道的是，對象并不是真正
地被attched到標簽點上。它被attched到用那個骨骼的Entity上。
動畫與控制器
兩者都是基于一個一維的變量來控制對象的狀態(tài)，把變量輸入一個函數(shù)產(chǎn)生輸出。對于動畫來說，輸入變量是時間，而對于控制器來說，輸入變量是任何你想要的東西。
動畫的特點：
通過插值函數(shù)計算給定時間點上track值來產(chǎn)生輸出，從而改變頂點位置。
動畫被認為是個封閉的系統(tǒng)：你設置輸入值，ogre 使用它來更新相關對象的屬性。
插值函數(shù)較為固定：要么線值，要么三次樣條插值。
動畫有ogre提供的許多工具的支持。
控制器的特點：
對于輸出的計算更為靈活，工作函數(shù)需要提供，因此有更多選擇。
控制器可以形成一個鏈，一個輸出可作為另一個輸入。
控制器自己不移動任何東西，對于輸出可以不做任何事情。ogre用控制器來驅動紋理動畫。
控制器自動逐幀更新，然而必須手工添加代碼使每幀的動畫向前變化。