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为Unity3D创建素材(2):模型、绑定、动画beat3

2019-11-13 15:56

PlayableGraph其他动画图资产

绑定(Rig)

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Rig一栏下的设置比较简单,最重要的是设置Animation Type

  • Legacy:这种方式比较老式了,不支持Avatar,通过Animation组件来调用动画
  • Generic:这种方式现在比较常用,对动画的调用主要通过Animator组件来完成
  • Humanoid:这种方式类似Generic,也是配合Animator使用的,但专门针对人形骨架,可以点击Configure...按钮进入人形骨架Avatar的详细设定

所谓Avatar,在我认为是对于骨骼结构的一种标准化描述方式,用来方便在不同模型之间自由应用动画数据。比如Humanoid类型的Avatar,就把人形生物的各关键骨点都标准化为了特定的名称,这样不论动画数据是基于怎样的命名规范,只要将动画数据fbx文件以及目标模型fbx文件都标准化成人形Avatar,就可以自由的将动画数据应用在新模型上。

眼尖的同学应该可以发现,这个概念和Maya中的HumanIK很像。

在下面图片所示的Mapping面板中,我们可以手动指定各关键骨点所对应的场景节点,甚至还可以对于头部和手指的细节进行设置,非常方便:

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unity_model_rig_avatar1.png

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Muscles & Settings面板我还没怎么用过,以后用到了再补充进来。

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对模型进行绑定设置的基本流程可以总结如下:

  • 对于非常非常简单的动画对象,可以选择Legacy方式进行设置(但我还是不太推荐)
  • 对于标准人形对象,选择Humanoid方式,Avatar Definition可以直接Create From This Model,也就是根据本模型新建一个Avatar
    • 如果对自动创建的Avatar不满意,点击Configure...进入Mapping面板自行设置
    • 如果已经设置过同样的Avatar,可以在Avatar Definition中选择Copy From Other Avatar以避免重复工作
  • 对于非标准人形对象,选择Generic方式,Avatar Definition同上
    • Generic方式还需要指定一个Root Node,也就是“根”节点,这个节点是所有动画的起点,通常可以指定骨骼链的最顶端joint,或者骨骼链的父物体节点等等
  • **点击Apply按钮确认!!!

将设置好的.fbx资源拖进场景中,Inspector中会显示这个游戏物体的组件

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可以看到已经附加了一个Animator组件(动画人),其Avatar参数已经添加好了,但Controller参数还是空的。这时候模型是不会在场景中播放动画。

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如果之前选择的是Legacy方式的Rig,游戏物体会被自动附上Animation组件。其中Animation参数也是空的(因为这个fbx模型本身是不带动画的!)。

初学者大多会“自作多情”地认为,带动画的fbx模型导入Unity3D不是应该直接就自动播放动画么?其实并不是这样的。如果是Legacy方式导入,模型又自带动画的话,倒是有可能自动播放,但LegacyAnimation组件目前其实已经逐渐被大家抛弃了,而使用Animator的话,不添加Controller是不会有动画被播放的。


节点绑定集合(TransformBindingCollection)类:将骨骼或其他节点通过键值方式存放,以便 AnimGraphAsset 只依赖节点的键就能在运行时获取 Transform,而不需要依赖某个具体的 Transform 对象。

模型导入的设置参数

选择相应的模型Asset,其导入参数会显示在Inspector面板中。

Model一栏是关于模型的导入参数,Rig一栏是关于绑定设置的导入参数,Animations一栏是关于动画数据的导入参数。

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unity_model_import_02.png

这个模型素材来自: "Unity-chan"Model 1.1

  • Scale Factor:导入尺寸缩放(按照实际长度计算)
  • Use File Scale是否保留模型本身的缩放属性
  • Mesh Compression:网格数据压缩程度,会一定程度上减少mesh的多边形面数
  • Read/Write Enabled:是否支持直接修改本文件
  • Optimize Mesh:是否精简mesh的面数
  • Import BlendShapes:是否导入BlendShapes
  • Generate Colliders:是否自动创建碰撞体
  • Keep Quads:是否保持所有的四边面(而不自动转换为三角面)
  • Weld Vertices:是否自动融合重合的顶点
  • Swap UVs:交换UV组(通常模型有多套UV组,且导入后发现贴图不正确时勾选)
  • Generate Lightmap UVs:是否自动创建用于光照烘焙的UV组
  • Normals:如何处理法线方向(Import代表导入模型原来的法线数据、Calculate代表用下面的Smoothing Angle参数来进行自动光滑计算、None代表完全无光滑发现设置)
  • Smoothing Angle:夹角在多少度以上的边会被自动计算成光滑边界
  • Tangents:切线计算设置
  • Import Materials:是否导入模型材质球
  • Material Naming:使用什么名称来命名材质球
  • Material Search:材质球搜索规则

设置完毕千万不要忘记点击 Apply 按钮确认哦!!!

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动画(Animation)

上面所使用的Unity-chan的素材,动画文件是和模型文件分开的,如果选择模型.fbx文件打开Animations面板的话,看到的是一片空白:

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大家如果也使用这个资源的话,可以在UnityChan > Animations目录下找到带动画的.fbx文件。

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我选择unitychan_WALK00_F.fbx文件来做演示,点击文件右边的小箭头,可以显示这个.fbx文件的全部内容,我们可以看到只有一些貌似面部的mesh,一个Avatar,以及一个WALK00_F文件。

这个.fbx文件实际上只包含动画数据,之所以会有这些mesh出现,是因为这些mesh上的动画并不是通过骨骼绑定来实现的,而是blendshape或者是直接transform动画,所以必须保留动画数据所依附的节点,也就是这些mesh。

而这个WALK00_F文件就是动画数据所存放的文件了(在硬盘上的文件后缀名是.anim)。

有动画的.fbx文件在Animations面板下是有内容的。

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unity_model_animation_2.png

  • Bake Animation:我没用过这个选项,应该是把IK动画烘焙成关键帧动画的意思吧,但不保险,还是在三维软件中做好所有的烘焙工作吧。

  • Anim. Compression:是否精简压缩动画曲线,当然选择Off

  • Clips:这里可以对动画曲线做切割,点击+号可以添加一个片段,并给这个片段指定Start帧和End帧,每一个Clip对应之前看到的一个动画文件,默认是将整段动画曲线做成一个大Clip,也就是WALK00_F。我们可以在一个文件中把全部需要的动画都做进去,然后在导入的时候手动分割,我个人比较推荐这种做法。

    要注意的是,手动分割以后的clips文件才会真正出现在硬盘上,前面展开fbx文件看到的那个动画文件实际上是包含在fbx文件内部的,在硬盘上找不到的。

  • Loop Time:该片段是否默认循环播放

实际上,从设定clip的名称开始,后面的所有设定都是针对某一个特定clip来做的详细参数,这里不细说了。

这张图片中显示出两条Warning警告,说明这个模型其实是有一点点小问题的,我检查了一下,应该是有一根Spine骨骼稍微有点歪,不过不影响大局,就不管它了。

在最底下的预览框中可以看到,这种单独导出动画文件的工作方式真不咋地,由于没有实体模型,所有动画文件预览时都看不到,点击播放就看到一张白脸在那里晃来晃去。

解决办法是用鼠标将模型fbx文件拖到这个预览窗口中,这样就替换了原始模型,便可以看到该段动画clip在正确的模型上优雅地播放了。

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这里,箭头表示的就是获取输入的来源。即D的输入是B,C的输出,B,C的输入分别是两个A实例的输出。由于每个IAnimGraphInstance表示的是PlayableGraph的一部分,一般都会有一个Playable作为根节点,除此可能有若干其他Playable以代码指定的方式连接起来。最终的 PlayableGraph大致是下面这个样子。

普通3D模型导入Unity3D

由于基本几何体都非常简单,Unity3D本身也不提供多边形编辑工具给我们使用(但可以使用
ProBuilder Advance 插件来进行一些多边形编辑工作),所以很多情况下我们需要其他3D软件来制作模型,然后再导入到Unity3D中。

虽然U3D现在支持直接导入Maya的.ma文件,但建议大家还是先将模型清理好后导出成.fbx格式,然后再导入到U3D中,这样比较便于管理。

并不是所有的Maya节点都能够被正确导入到Unity3D中,实际上,Unity3D仅支持Polygon Mesh、Joints、空节点、蒙皮信息、摄影机、关键帧动画的导入,而Maya中常用的NURBS表面、Curve曲线、变形器、IK、Constraints等内容都不支持。

并且,我还建议大家在导出.fbx之前对Maya文件进行一下“清理”工作,检查好模型的发现方向,烘焙好关键帧动画,删除掉多余无用的节点,删除无用的构造历史,同时将模型放在坐标原点中心位置,冻结Transform属性(归零)。

Unity3D可以识别单个模型文件中的多个mesh,且Mesh Filter组件仅支持载入单个mesh,所以我们可以用一个文件导出所有游戏所需要用到的mesh,然后在U3D中一一调用。

因此,为Unity3D制作模型素材的时候,在三维软件中就搭建好全部模型并不是一个好选择。因为三维软件中重复出现的模型,导入U3D中以后会被识别成不同的mesh,直接载入整个场景会浪费掉很多系统资源。更有效的制作流程是在三维软件中制作好不同的“小物件”,然后在Unity3D中完成具体场景的搭建工作。

PS:地形、植被等模型可能更适合于利用Unity3D自带的功能模块来创建呢!

4.动画控制器(AnimController)类——整个系统的中枢

模型(Mesh)

在Unity3D中使用三维模型,主要依靠Mesh Filter组件载入多边形表面物体(polygon mesh),然后依靠Mesh Renderer组件将Mesh正确渲染出来。

类图

Animator Controller (动画人控制器)

下面我们来让这个模型能够动起来。

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unity_animation_1.png

如果使用老式的Animation组件,只需要将动画片段clip拖到到Animation栏中,这段clip相当于“当前动画片段”,会自动在game object被载入时自动开始播放了,如果设置了loop,那么就会不断循环。
Animations一栏中,可以添加任意多个clips,这些clips则是“后备动画片段”,未来可以通过脚本来调用他们进行播放。

老式Animation组件的问题在于,游戏中动画片段之间的切换是非常频繁且复杂的,使用这种方式的话,所有的动画切换都要通过脚本来实现,变成了程序员的负担。所以那些编写游戏引擎的程序员们当然就要想办法把这份工作甩给美工去做咯,于是就开发了后面的Animator系统,把动画片段的切换逻辑设计给“可视化”。

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unity_animator_1.png

新式的Animator组件需要调用一个Controller,我们可以在Assets中新建一个,暂且起名叫AC吧。

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将这个AC拖到Animator组件的Controller一栏中,然后双击这个AC文件打开Animator面板。

这个面板现在空空荡荡的就3个类似按钮的东西,我们可以拖动这些“按钮”来随意布局。

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unity_animator_controller_1.png

把动画文件拖到这个面板上,可以看到动画clip变成了一个较大的橘色长条,然后从Entry长条中延伸出一个箭头指向这个新加入的clip长条。

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unity_animator_controller_2.png

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unity_animator_controller_3.png

实际上,Animator Controller是一个“状态机”(关于状态机的解释可以看这里),而Animator面板则将这个状态机的设计工作“可视化”了。我们后面会学习到的PlayMaker也是一个基于状态机的交互设计插件。

这些不同颜色的“长条”代表不同的“状态”,“箭头”则代表状态可以从一端变化到另一端。所以上面这样图可以这样解释:当该物体“进入”场景时,物体动画状态变为WALK00_Fbeat365亚洲官方网站,,也就是“一经载入,模型播放WALK00_F动画”的意思。

点击WALK00_F,我们可以看到与在Project面板中点击WALK00_F动画片段文件时不同的Inspector面板显示内容:

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unity_animator_controller_4.png

在这里我们可以设置这个“动画状态”下播放哪个动画片段(Motion),用什么速度(Speed)来播放,要不要把动画倒放(Mirror)等等。

在Project面板中点击WALK00_F动画片段文件时Inspector面板显示的内容是这样的:

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显示成灰色是因为我点击的是fbx文件中包含的clip,所以不可编辑,我们可以Ctrl+D将其复制成单独的clip文件,然后再修改。

如何使用Animator Controller设计动画切换逻辑,可以阅读《设计角色动画切换逻辑》(未完成)一文中的详细介绍。


除了状态选择器(AnimGraph_StateSelector),目前我还照搬了中的 AnimGraph_Stack,这是将其依赖的若干AnimGraphAsset线性连接,将前一个作为后一个的输入。运行的时候,就是第i个 AnimGraphAsset生成的IAnimGraphInstance的输出(即实现GetOutputPlayable方法得到的Playable的输出)作为第i+1个AnimGraphAsset生成的IAnimGraphInstance的输入(实现 SetInputPlayable方法)。


最近在试做一个射击游戏的人物动画Demo,尝试使用了部分Unity的人形动画,以及 Playable Graph + Animation Job的功能。目前和美术同事配合,在Unity 2018.3.0f2中初步实现了空手移动和持枪瞄准的功能,在此做个小结。为简单起见,不使用Root motion,使用原地动画,并将动画部分视为表现层,可以读取逻辑层提供的数据,但是不写入这些数据。

关于比例

在Unity3D中尺寸比例非常重要,因为很多Unity3D操作都依赖于physics物理解算,而物理解算会因为物体的尺寸比例不同而呈现出差异极大的结果。一个100米高的大石头和一个1厘米高的小石块从空中落到地面的行为显然是很不一样的。

Unity3D中默认 1单位距离 = 1米。

由于Maya中默认设置为 1单位距离 = 1厘米,所以Maya模型导出成.fbx以后再导入Unity3D,要设置scale为0.01,否则就会变得超级大。

总结一下导入模型的技术要求:

  • 法线要正确:Unity3D中不可以修改多边形法线方向,所以如果错了就必须返回Maya进行修改再重新导入;
  • 比例要正确:如果按照Maya默认1单位=1厘米,那么1米高的物体在Maya中就应该高100个单位,同时导入时Scale Factor设置为0.01;
  • Pivot Point要提前设置好;
  • 位移归零位置要在坐标原点(但初始位置不一定要在原点);
  • 不能有构造历史(导出FBX的时候会自动统一清空构造历史,所以不要有任何依赖于构造历史的修改变化);
  • UV都放在(0,1)象限内,且保持UV正向(Maya中显示为蓝色为正向);
  • 单一mesh的UV不要有重叠;
  • 只使用smooth bind进行绑定;
  • 动画必须全部由动画曲线关键帧控制;
  • 骨骼命名最好提前做好。

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内置基本3D模型

Unity3D内置有一些基本几何体,通过Hierarchy面板上的Create按钮或者菜单选择GameObject > 3D Object来创建:

Name Model
Cube 方块:1×1的正方体
Sphere 球体
Capsule 药丸
Cylinder 圆柱
Plane 平面:10×10的平面
Quad 单面:1×1的单面

这些内置的基本几何体其实就是引擎自带的mesh。等同于我们在外部创建一个Cube或Plane模型然后导入Unity使用。这与我们的在Maya中使用预设几何体有本质不同。Unity3D的基本几何体不具备任何调整参数选项。

这里尝试了运行时动态改变Playable之间的连接。

基本结构

这里分了三个阶段实现,每个阶段对应一个AnimationScriptPlayable。阶段一:使用Humanoid自带的IK来实现目视方向的IK。在此阶段的Animation Job的ProcessAnimation方法中,类似如下实现。

强制T-pose

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AnimGraphAsset 的每个具体子类中,可以留配置数据字段,并且要有一个实现接口 IAnimGraphInstance 的子类用于 AnimGraphAsset.CreateInstance 返回。AnimGraphAsset 资产文件之间可以具有无环的依赖,以便 AnimController 可以在运行时,递归的创建必须的 IAnimGraphInstance 子类的实例,并将它们连成树状。

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动画图实例(IAnimGraphInstance)接口:动画图资产的实例,最终由这些实例在运行时操作动画图。

TransformSceneHandle 和 TransformStreamHandle 的区别

如果只是在Animator上去掉了Apply Root Motion,而没有做上述设置,Unity仍然在计算时将一部分曲线算在根节点上,只是没有应用到渲染结果上,于是动画看起来会是很怪异的。

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文末,再次感谢加菲教主的分享,如果您有任何独到的见解或者发现也欢迎联系我们,一起探讨。(QQ群:793972859)

作者也是U Sparkle活动参与者,UWA欢迎更多开发朋友加入U Sparkle开发者计划,这个舞台有你更精彩!

也欢迎大家来积极参与U Sparkle开发者计划,简称“US”,代表你和我,代表UWA和开发者在一起!

Unity 关于 RootMotion 的官方文档

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未来还可以仿照 Animator 加入触发器类型的功能。

动画数据提供者(IAnimDataProvider)接口:动画控制代码通过这个接口,以key-value的形式来读取业务逻辑设置的数据。具体的数据类可以实现这个接口,并将其交给AnimController来使用。

这部分内容可以参考 中的代码。动画图资产(AnimGraphAsset)基类继承自 ScriptableObject,用于对动画进行配置,如下:

  1. 核心类

阶段二:转动右肩膀,将枪的朝向指向目标点。阶段三:利用Humanoid自带的IK功能来实现左手IK到枪上的指定参考点。

  1. 线性连接

如下IAnimDataProvider接口用来将数据传递给控制动画的代码。

四方向跑的动画图资产AnimGraph_StateSelector:很通用的节点,根据一个状态关键字(用于从 IAnimDataProvider中读取相应的状态 ID),以及每个状态对应的AnimGraphAsset,来选择一个 AnimGraphAsset 来执行。为了平滑过渡,其中的AnimGraphInstance类可以实现这个渐变的过程中这个功能的实现方式)。下图是一个实际用例:根据IAnimDataProvider中的 LocomotiveState 状态来选择一个动画图资产进行播放。

按人形做Rigging会有一个Optimize Game Objects选项,勾选后可以不暴露任何子节点或者只暴露需要的子节点。但是在这种情况下,Animator无法将这些子节点绑定成TransformStreamHandle,因此在动画图更新过程中手动调整骨骼位置和旋转(如上面调整肩膀的旋转以将武器瞄准到正确方向的功能)就无法实现。因此,目前没有打开这个选项。需要点击Configure... 按钮进入Avatar配置场景后,除了要检查骨骼层级结构是否映射正确,还要确定模型处于T-pose。如果模型不在T-pose上,则需要在骨骼映射下方的Pose下拉菜单中选取Enforce T-pose项强制为T-pose。不这样做会导致动画播放不正常。

AnimController继承自MonoBehaviour,持有数据的引用、Animator、节点绑定集合等(以便提供给AnimGraphAsset以及IAnimGraphInstance),并持有一个作为根的AnimGraphAsset。初始化时,创建PlayableGraph对象,调用这个根Asset的CreateInstance,得到根资产对应的 IAnimGraphInstance,其中应该递归的,创建被依赖的资产的AnimGraphInstance,设置它们的内部封装的Playable的输入输出。这之后,PlayableGraph就可以开始播放了。运行时,每一个Update都是调用根图实例的Update,里面递归的调用各个子节点的Update。结束时,将PlayableGraph销毁,并递归调用各个图实例的Shutdown方法进行清理(这主要是为了清理各个图实例中可能使用的NativeArray)。

参考资料

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这里有两个额外的问题:

其他问题

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