离线重定向源码分析

发表于 2021-11-08 更新于 2021-11-17 分类于 animation 阅读次数： Changyan：

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前言

UE的动画重定向(离线模式)是个非常好用的功能, 但是最近遇到了一些特殊需求, 势必需要深入研究一下这个重定向的源码

离线重定向流程

配置

重定向的前提是需要创建一个Rig文件, Rig文件起到的是类似一个模板或者表的作用, 重点定义了骨骼的拓扑结构信息,即父子关系; 当然也有其他如骨骼变换的坐标系定义和骨骼名称

然后需要在Source骨骼和Target骨骼上都设置Rig信息, 同时也必须添加预览模型,然后就可以开始我们的重定向流程了, 下面简述一下大致流程

FTransformBase

Rig内保存的一个比较重要的数据结构, 保存了骨骼父子关系和其他重要信息

FTransformBase

FName Node
FTransformBaseConstraint[2] //2个成员,1个保存旋转,另一个位移
- TArray
  - EConstraintTransform::Type> TranformType //坐标系, 绝对和相对两种
  - FName ParentSpace //父骨骼
  - float Weight = 0.f; //权重,一般为1

流程简要

入口在FAssetTypeActions_AnimationAsset::RetargetAnimationHandler()
然后调用EditorAnimUtils中的RetargetAnimations()
创建重定向非常重要的结构体↓FAnimationRetargetContext
从UPackage复制必要信息到RetargetContext, 同时在编辑器中创建(拷贝)若干份动画资源, 根据需求可能拷贝所有有引用关系的动画资源或蓝图
调用RetargetContext中的成员函数RetargetAnimations()开始重定向
1. 刷新新旧骨骼的预览模型(所以预览模型是必须添加的)
2. 处理曲线, 会移除掉UE中手动K帧的曲线
3. 替换动画资源的骨骼ReplaceSkeleton(), 然后内部调用重点要研究的同时开销巨大的函数↓RemapTracksToNewSkeleton()
4. 到此新的动画资源中已经保存了新的动画数据和骨架
Runtime下根据骨架的重定向规则进行动画刷新 ↓重定向模式

FAnimationRetargetContext

重定向初期就构造的一个数据类型, 保存了如下图中重定向必要参数

同时提供了几个非常重要的计算函数, 重定向核心计算就在下图中的两个函数中

RemapTracksToNewSkeleton

重定向动画序列的时候这个函数会调用2次, 在查找所有引用的时候包含了自己, 结束了以后再调用一次自己的, 是否是多余的?

计算基于rig的原始动画的模型空间变换信息, 骨骼空间的旋转和位移, ↓FillUpTransformBasedOnRig

计算新旧模型空间的相对变换矩阵信息数组RelativeToNewSpaceBases 和新旧骨骼空间位移比值OldToNewTranslationRatio

这个比值计算有个注意点, 如果新骨架当前骨骼到父骨骼的位移为0, 那么这个缩放比也是0, 这个会影响后面计算 ↓请看

另外的, 如果新骨架的某一节骨骼没有设置rig, 那么下一级的骨骼就没有父骨骼, 在比值计算的时候会直接设置成1, 相对矩阵计算也会受影响, 这样导致的结果是很难预测的, 建议不要这样做

把原始动画模型空间的动画数据转换成局部空间的Rig数据 ↓ConvertAnimationDataToRiggingData

得到的数据结构是下图这样的

2层遍历所有旧骨骼和动画帧数
1. 从当前骨骼和动画帧提取局部变换信息
2. 计算得到组件空间的动画信息TArray< TArray<FTransform> > ComponentSpaceAnimations, 该变量经过了比值缩放

上面图中可以看到从动画中提取的局部变换信息进行了缩放, 系数是OldToNewTranslationRatio[NodeIndex],所以如果系数是0, 那么这一步就相当于没有位移了

同上2层遍历
1. 通过上RelativeToNewSpaceBases * ComponentSpaceAnimations 得到转换过的模型空间的动画数据 ConvertedSpaceAnimations
2. 填充转换过的本地空间的动画信息 ConvertedLocalSpaceAnimations

通过上面5.6.7部的数据修改RiggingAnimationData, 这就是新骨骼的动画数据, 即本地空间变换信息

设置新骨骼
将上面最新的rig数据设置到新骨骼的动画数据

ConvertAnimationDataToRiggingData

通过↓GetSpaceBasedAnimationData获取下图动画数据FRawAnimSequenceTrack, 该数据是模型空间的

按序号查找Rig节点名称, 比如tag_origin, 然后去新骨架查找对应的骨骼名称和序号

获取约束数据

从上面的约束信息获取父骨骼名称和序号

基于父骨骼的模型空间信息计算出每一帧的相对变换信息; 填充到结果数据的AnimTrack中, 这里的动画数据是相对空间的

GetSpaceBasedAnimationData

1	int32 UAnimSequence::GetSpaceBasedAnimationData(TArray< TArray<FTransform> >& AnimationDataInComponentSpace, FAnimSequenceTrackContainer * RiggingAnimationData) const

这个函数有点奇葩, 要分为有没有传入指针变量来区分

没有指针

从模型中提取局部空间动画帧变换信息

可指针

从指针变量中提取

然后再通过关键帧变换信息 * 父骨骼模型空间变换信息 = 当前骨骼当前帧数的模型空间变换信息

FillUpTransformBasedOnRig

基于Rig获得原始动画的模型空间变换信息, 骨骼空间的旋转和位移

如果Rig匹配的骨骼是None, 那么会设置为Identity数据

同样, 也会将原本存在的模型空间数据设置为Identity数据作为输出数据

FAnimSequenceTrackContainer

struct ENGINE_API FAnimSequenceTrackContainer
{
	GENERATED_USTRUCT_BODY()

	UPROPERTY()
	TArray<struct FRawAnimSequenceTrack> AnimationTracks;//每个骨骼对应的每一帧模型空间的transform

	UPROPERTY()
	TArray<FName>						TrackNames;  //所有骨骼名称
}

GetSpaceBasedAnimationData

1	int32 UAnimSequence::GetSpaceBasedAnimationData(TArray< TArray<FTransform> >& AnimationDataInComponentSpace, FAnimSequenceTrackContainer * RiggingAnimationData) const;

获取组件空间的2维数组变换数据, 在计算中经常用到

AnimationDataInComponentSpace[骨骼序号][帧]