gpu蒙皮的矩阵计算

Question

我正在尝试使用 Assimp 作为我的模型导入库在 OpenGL 中制作骨骼动画。

骨骼的 offsetMatrix 变量到底需要什么？我需要乘以什么？

Answer 1

偏移矩阵定义了在网格space中变换顶点的变换（平移、缩放、旋转），并将其转换为"bone"space。作为示例，请考虑以下顶点和具有以下属性的骨骼；

Vertex Position<0, 1, 2>

Bone Position<10, 2, 4>
Bone Rotation<0,0,0,1>  // Note - no rotation
Bone Scale<1, 1, 1>

在这种情况下，如果我们将顶点乘以偏移矩阵，我们将得到顶点位置 <-10, -1, 2>。

我们如何使用它？关于如何使用这个矩阵，你有两个选择，这取决于我们如何将顶点数据存储在顶点缓冲区中。选项是;

1) 将网格顶点存储在网格中space 2) 将网格顶点存储在骨骼 space

在#1 的情况下，我们将采用 offsetMatrix 并将其应用于在构建顶点缓冲区时受骨骼影响的顶点。然后当我们为网格设置动画时，我们稍后会为该骨骼应用动画矩阵。

在#2 的情况下，在转换存储在顶点缓冲区中的顶点时，我们将结合使用 offsetMatrix 和该骨骼的动画矩阵。所以它会是这样的（注意：你可能必须在这里切换矩阵连接）；

anim_vertex = (offset_matrix * anim_matrix) * mesh_vertex

这有帮助吗？

Answer 2

正如我已经假设的那样，mOffsetMatrix 是逆绑定姿势矩阵。 This tutorial 说明线性混合蒙皮所需的正确变换：

您首先需要评估您的动画状态。这将为您提供从动画骨骼 space 到每个骨骼的世界 space 的系统转换（教程中的 GlobalTransformation）。 mOffsetMatrix 是从世界 space 到绑定姿势骨骼 space 的系统变换。因此，蒙皮操作如下（假设特定顶点受单个骨骼影响）：将顶点转换为骨骼 space 和 mOffsetMatrix。现在假设一个动画骨骼并将中间结果从动画骨骼 space 转换回世界 space。所以：

boneMatrix[i] = animationMatrix[i] * mOffsetMatrix[i]

如果顶点受多个骨骼的影响，LBS 只是对结果进行平均。这就是重量发挥作用的地方。蒙皮通常在顶点着色器中实现：

vec4 result = vec4(0);
for each influencing bone i
    result += weight[i] * boneMatrix[i] * vertexPos;

通常，影响骨骼的最大数量是固定的，您可以展开for循环。

本教程使用额外的 m_GlobalInverseTransform 作为 boneMatrix。但是，我不知道他们为什么这样做。基本上，这会取消整个场景的整体转换。可能是用来让模型在视图中居中的。

Answer 3

让我们以这段代码为例，我用它来为我开发的游戏中的角色设置动画。我也使用 Assimp 来加载骨骼信息，我自己阅读了 Nico 已经指出的 OGL 教程。

glm::mat4 getParentTransform()
{
    if (this->parent)
        return parent->nodeTransform;
    else 
        return glm::mat4(1.0f);
}

void updateSkeleton(Bone* bone = NULL)
{ 
    bone->nodeTransform =  bone->getParentTransform() // This retrieve the transformation one level above in the tree
    * bone->transform //bone->transform is the assimp matrix assimp_node->mTransformation
    * bone->localTransform;  //this is your T * R matrix

    bone->finalTransform = inverseGlobal // which is scene->mRootNode->mTransformation from assimp
        * bone->nodeTransform  //defined above
        * bone->boneOffset;  //which is ai_mesh->mBones[i]->mOffsetMatrix


    for (int i = 0; i < bone->children.size(); i++) {
        updateSkeleton (&bone->children[i]);
    }
}

本质上是教程 Skeletal Animation with Assimp 中提到的 GlobalTransform 或根节点 scene->mRootNode->mTransformation 的正确转换是从局部 space 到全局 space。举个例子，当您在 3D 建模器（例如我们选择 Blender）中创建网格或加载角色时，它通常（默认情况下）位于笛卡尔平面的原点，并且其旋转设置为身份四元数。

但是您可以 translate/rotate 您的 mesh/character 从原点 (0,0,0) 到其他地方，并且在单个场景中甚至可以有多个具有不同位置的网格。当你加载它们时，特别是如果你做骨骼动画，必须将它们翻译回本地 space （即回到原点 0,0,0 ），这就是为什么你必须将所有内容乘以InverseGlobal（将您的网格恢复到本地 space）。

之后，您需要将其乘以节点变换，即 parentTransform（树中向上一层的变换，这是整体变换）与 transform（以前的 assimp_node->mTransformation 只是骨骼相对于节点父节点的变换）和您要应用的局部变换（任何 T * R）：正向运动学、反向运动学或关键帧插值。

最终有 boneOffset (ai_mesh->mBones[i]->mOffsetMatrix) 在绑定姿势中从网格 space 转换为骨骼 space，如文档中所述。

这里有 link 到 GitHub 如果你想看我的骨架的完整代码 class。

希望对您有所帮助。

gpu蒙皮的矩阵计算

Matrix calculations for gpu skinning

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