Как применить скелетную анимацию из файла .x (Direct X)?

Используя формат .x для экспорта модели из Blender, я могу загрузить сетку, арматуру и анимацию. У меня нет проблем с генерацией сетки и просмотром моделей в игре. Кроме того, у меня есть анимации и арматура, правильно загруженная в соответствующие структуры данных.

Моя проблема - правильно применить анимацию к моделям. У меня есть рамки для применения моделей и код для выбора анимации и пошагового просмотра кадров.

Из того, что я понимаю, AnimationKeyэлементы s внутри AnimationSetснабжают преобразования для преобразования позы связывания в позу в анимированном кадре. В качестве небольшого примера:

Animation {
  {Armature_001_Bone}
  AnimationKey { 
    2; //Position
    121; //number of frames
    0;3;     0.000000, 0.000000, 0.000000;;,
    1;3;     0.000000, 0.000000, 0.005524;;,
    2;3;     0.000000, 0.000000, 0.022217;;,
    ...
  }
  AnimationKey { 
    0; //Quaternion Rotation 
    121;
    0;4;   -0.707107, 0.707107, 0.000000, 0.000000;;,
    1;4;   -0.697332, 0.697332, 0.015710, 0.015710;;,
    2;4;   -0.684805, 0.684805, 0.035442, 0.035442;;,
    ...
  }
  AnimationKey { 
    1; //Scale
    121;
    0;3;     1.000000, 1.000000, 1.000000;;,
    1;3;     1.000000, 1.000000, 1.000000;;,
    2;3;     1.000000, 1.000000, 1.000000;;,
    ...
  }
}

Таким образом, чтобы применить кадр 2, я бы взял положение, поворот и масштаб из кадра 2, создал Transform_Aиз них матрицу преобразования (назовем ее ) и применил эту матрицу к вершинам, управляемым по Armature_001_Boneих весам. Так что я запихаю TransformAв свой шейдер и преобразую вершину. Что-то вроде:

vertexPos = vertexPos * bones[ int(bfs_BoneIndices.x) ] * bfs_BoneWeights.x;

Где bfs_BoneIndicesи bfs_BoneWeightsзначения, специфичные для текущей вершины.

При загрузке в вершины сетки я преобразую их с помощью rootTransformи meshTransform. Это гарантирует, что они ориентированы и правильно масштабированы для просмотра позы связывания.

Проблема в том, что когда я создаю эту матрицу преобразования (используя положение, вращение и масштаб из анимации), она неправильно трансформирует вершину. Скорее всего, это нечто большее, чем просто использование данных анимации. Я также попытался применить иерархию костных трансформаций, все еще без игры в кости. В основном я заканчиваю с некоторыми витыми моделями. Следует также отметить, что я работаю в openGL, поэтому следует учитывать любые преобразования матрицы, которые, возможно, потребуется применить.

Какие данные мне нужны и как их объединить для применения анимации .x к моделям?

Я сделал несколько макетов того, как это выглядит, на случай, если это будет полезно.

Сначала я хотел просто проверить перевод, это подпрыгивающая голова, как она выглядит в Blender:

http://i.stack.imgur.com/NAc4B.gif

И как это выглядит в игре (не обращайте внимания на цвета):

http://i.stack.imgur.com/nj2du.gif

Затем для простого поворота анимацией была голова, вращающаяся на 360 градусов вокруг вертикальной оси. Вот как это выглядит в игре:

http://i.stack.imgur.com/gVyUW.gif

Обратите внимание, не должно быть никакого наклона, только вращение как карусель.

Обновить

У меня работает переводная часть анимации. Но это кажется немного хакерским, и я не понимаю, как применить его к ротации.

Перевод работает, выполнив следующие действия:

1. Возьмите позицию с кадр анимации и поменять местами yи zзначение
2. Перевести матрицу преобразования по измененной позиции
3. Транспонировать матрицу преобразования
4. Применить матрицу преобразования к вершинам

Вот как это может работать, но как это должно работать в целом для положения, масштаба и поворота?

Следует также отметить, что я работаю в openGL, поэтому следует учитывать любые преобразования матрицы, которые, возможно, потребуется применить.

Может быть, это ключ, вы пытались свести на нет некоторые Z-координаты, чтобы преобразовать их из левосторонних координат DirectX в правые OpenGL?

Вы можете отрицать все Zs перед применением ваших преобразований и повторно отрицать, когда закончите, посмотрите, улучшится ли результат.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Поменять местами координаты Y и Z - это еще один способ изменить руку. Так что вам нужно адаптировать свои преобразования, проверьте эту статью для деталей .

Тот факт, что вам нужно транспонировать матрицу, также означает, что вы переходите от основного ряда к главному столбцу или наоборот. Это должно быть менее сложным, вам, вероятно, просто нужно найти подходящее «место», чтобы сделать это в вашем конвейере. Я просто догадываюсь, но сделать это с кватернионами может просто означает заменить их на матрицы, транспонировать и вернуть кватернионы, если ваша математическая библиотека предлагает эту опцию.

Хорошо, я потратил немного больше времени на это и заставил его работать на несколько костей, и значительно менее похож на хак (хотя все еще немного). Система, которую я использовал, изначально была почти правильной. Однако основными проблемами были:

1. Blender сохраняет кватернионы в форматах W, X, Y, Z. Я загружал их X, Y, Z, W .

2. Мой код для преобразования кватерниона в матрицу был неверным. Я на самом деле все еще не уверен, почему это неверно, но я знаю, что следующий код работает, как часть моего класса Quaternion:

   public Matrix4f toMatrix() {
       Matrix4f tmpMatrix = new Matrix4f();
       if (this.length() > 0)
           this.normalise();
   
       float xx = this.x * this.x;
       float xy = this.x * this.y;
       float xz = this.x * this.z;
       float wx = this.x * this.w;
   
       float yy = this.y * this.y;
       float yz = this.y * this.z;
       float wy = this.y * this.w;
   
       float zz = this.z * this.z;
       float wz = this.z * this.w;
       //note the "* -1"s
       //I needed those to make the same matrices Blender was expecting
       tmpMatrix.m00 = (1.0f - 2.0f * (yy + zz)) * -1;
       tmpMatrix.m01 = (       2.0f * (xy - wz)) * -1;
       tmpMatrix.m02 =        2.0f * (xz + wy);
       tmpMatrix.m03 = 0;
   
       tmpMatrix.m10 =        2.0f * (xy + wz);
       tmpMatrix.m11 = 1.0f - 2.0f * (xx + zz);
       tmpMatrix.m12 = (       2.0f * (yz - wx)) * -1;
       tmpMatrix.m13 = 0;
   
       tmpMatrix.m20 =        2.0f * (xz - wy);
       tmpMatrix.m21 =        2.0f * (yz + wx);
       tmpMatrix.m22 = (1.0f - 2.0f * (xx + yy)) * -1;
       tmpMatrix.m23 = 0;
       return tmpMatrix;
   }

Кроме этого, это просто:

finalMatrix = boneMatrix * skinMatrix * invertedBindMatrix;

Обратите внимание, что boneMatrixдля каждой кости следует использовать анимированные матрицы вместо матриц связывания. Он также должен получить все свои родительские матрицы следующим образом:

private Matrix4f getBoneMatrix() {
        if (parent == null) {
            return Matrix4f.mul(Matrix4f.mul(parentArmature.getBindMatrix(), parentArmature.getArmatureRootMatrix(), null), boneMatrix, null);
        } else {
            return Matrix4f.mul(parent.getBoneMatrix(), boneMatrix, null);
        }
    }

И это работает. Оставьте комментарий, если вам нужны разъяснения.