如何正确地将 OpenGL 中的骨骼动画从步行动画混合到运行动画？

Question

我完成了 learnopengl.com (link) 的骨骼动画教程。

当我播放另一个动画时，它以一种非常不和谐的方式“跳”到该动画的第一帧，而不是平滑地过渡到它。

这是我到目前为止写的内容：

// Recursive function that sets interpolated bone matrices in the 'm_FinalBoneMatrices' vector
void CalculateBlendedBoneTransform(
        Animation* pAnimationBase,  const AssimpNodeData* node,
        Animation* pAnimationLayer, const AssimpNodeData* nodeLayered,
        const float currentTimeBase, const float currentTimeLayered,
        const glm::mat4& parentTransform,
        const float blendFactor)
{
    const std::string& nodeName = node->name;

    glm::mat4 nodeTransform = node->transformation;
    Bone* pBone = pAnimationBase->FindBone(nodeName);
    if (pBone)
    {
        pBone->Update(currentTimeBase);
        nodeTransform = pBone->GetLocalTransform();
    }

    glm::mat4 layeredNodeTransform = nodeLayered->transformation;
    pBone = pAnimationLayer->FindBone(nodeName);
    if (pBone)
    {
        pBone->Update(currentTimeLayered);
        layeredNodeTransform = pBone->GetLocalTransform();
    }

    // Blend two matrices
    const glm::quat rot0 = glm::quat_cast(nodeTransform);
    const glm::quat rot1 = glm::quat_cast(layeredNodeTransform);
    const glm::quat finalRot = glm::slerp(rot0, rot1, blendFactor);
    glm::mat4 blendedMat = glm::mat4_cast(finalRot);
    blendedMat[3] = (1.0f - blendFactor) * nodeTransform[3] + layeredNodeTransform[3] * blendFactor;

    const glm::mat4 globalTransformation = parentTransform * blendedMat;

    const auto& boneInfoMap = pAnimationBase->GetBoneInfoMap();
    if (boneInfoMap.find(nodeName) != boneInfoMap.end())
    {
        const int index = boneInfoMap.at(nodeName).id;
        const glm::mat4& offset = boneInfoMap.at(nodeName).offset;
        const glm::mat4& offsetLayerMat = pAnimationLayer->GetBoneInfoMap().at(nodeName).offset;
            
        // Blend two matrices... again
        const glm::quat rot0 = glm::quat_cast(offset);
        const glm::quat rot1 = glm::quat_cast(offsetLayerMat);
        const glm::quat finalRot = glm::slerp(rot0, rot1, blendFactor);
        glm::mat4 blendedMat = glm::mat4_cast(finalRot);
        blendedMat[3] = (1.0f - blendFactor) * offset[3] + offsetLayerMat[3] * blendFactor;

        m_FinalBoneMatrices[index] = globalTransformation * blendedMat;
    }

    for (size_t i = 0; i < node->children.size(); ++i)
        CalculateBlendedBoneTransform(pAnimationBase, &node->children[i], pAnimationLayer, &nodeLayered->children[i], currentTimeBase, currentTimeLayered, globalTransformation, blendFactor);
}

下一个函数每帧运行s：

pAnimator->BlendTwoAnimations(pVampireWalkAnim, pVampireRunAnim, animationBlendFactor, deltaTime);

其中包含：

void BlendTwoAnimations(Animation* pBaseAnimation, Animation* pLayeredAnimation, float blendFactor, float dt)
{
    static float currentTimeBase = 0.0f;
    currentTimeBase += pBaseAnimation->GetTicksPerSecond() * dt;
    currentTimeBase = fmod(currentTimeBase, pBaseAnimation->GetDuration());

    static float currentTimeLayered = 0.0f;
    currentTimeLayered += pLayeredAnimation->GetTicksPerSecond() * dt;
    currentTimeLayered = fmod(currentTimeLayered, pLayeredAnimation->GetDuration());

    CalculateBlendedBoneTransform(pBaseAnimation, &pBaseAnimation->GetRootNode(), pLayeredAnimation, &pLayeredAnimation->GetRootNode(), currentTimeBase, currentTimeLayered, glm::mat4(1.0f), blendFactor);
}

它是这样的：https://imgur.com/a/pcxDhut

当“混合因子”为 0.0 和 1.0 时，运行和步行动画看起来非常好，但中间的任何东西都有一种不连续性......整整几毫秒看起来他运行双脚同时抬起。我怎样才能让它们正确混合？我期待看到步行和运行宁之间的平稳过渡，就像在大多数第三人称游戏中逐渐移动控制器上的模拟摇杆一样。

动画来自mixamo.com（与模型相同），FBX格式，使用Assimp 5.1.0rc1加载。我在 Unreal Engine 4 中用混合 Space 测试了它们，它们之间的“交叉渐变”看起来很棒。所以不是动画文件本身，它们是正确的。

Answer 1

好的，我解决了：https://imgur.com/a/DICWGCV

我四处搜索，发现 this 动画示例，其中有 3 个转换：步行 -> 慢跑 -> 运行。如果你仔细观察，它们都是同时开始和结束的，几乎就像它们具有相同的持续时间一样。慢跑的持续时间从设置为 0.6 的“速度倍增器”（某种）开始，运行动画从 0.5 开始。如果单独播放，当然运行动画比悠闲的走路还要短。正是这些速度倍增器使它们可以同时播放。将它们想象成“缩放”每个动画的持续时间。

那么你是如何获得这些速度倍增器的呢？好吧，动画 class 有一个 .GetDuration() 成员函数。如果将基本动画的持续时间除以“分层”动画的持续时间，就会得到一个数字。一个花车。如果你反过来划分它也是一样的。对我来说，它是：

WalkAnim Duration:  1266.67
RunAnim  Duration:   766.667

1266.67  /  766.667  =  1.6521775425315032471725012293473
 766.667 / 1266.67   =  0.6052618282583466885613458911950

要具有相同的持续时间（并最终同步化），您必须通过乘以 'deltaTime' 参数 increase/decrease 每个播放速度的比例（阅读：一个 lerp）对于具有上述商数之一的每个特定动画。换句话说，您必须同时提高步行速度和降低运行的速度，具体取决于“混合因子”设置的值（在 0 和 1 之间）。

为此，动画必须匹配。如果您在 Blender 中打开它们，它们应该从同一只脚抬起开始，向左迈出一步，向右迈出一步，并以与开始时相同的位置和旋转结束，以实现无缝循环。并且它们的节拍率必须匹配（通常是 30 fps 或 60 fps，但 Mixamo 出于某种原因也允许以 24 fps 下载它们）。 30 没问题。如果一个使用 30 而另一个使用 60，你会得到糟糕的混合效果。

这是代码。

注意：速度乘数中的 * 1.0f 和 1.0f * 可以省略，但我选择保留它们，因为它使 lerp 公式更易于识别，更易于阅读。无论如何，编译器可能会将它们优化掉。

void Animator::BlendTwoAnimations(Animation* pBaseAnimation, Animation* pLayeredAnimation, float blendFactor, float deltaTime)
{
    // Speed multipliers to correctly transition from one animation to another
    float a = 1.0f;
    float b = pBaseAnimation->GetDuration() / pLayeredAnimation->GetDuration();
    const float animSpeedMultiplierUp = (1.0f - blendFactor) * a + b * blendFactor; // Lerp

    a = pLayeredAnimation->GetDuration() / pBaseAnimation->GetDuration();
    b = 1.0f;
    const float animSpeedMultiplierDown = (1.0f - blendFactor) * a + b * blendFactor; // Lerp

    // Current time of each animation, "scaled" by the above speed multiplier variables
    static float currentTimeBase = 0.0f;
    currentTimeBase += pBaseAnimation->GetTicksPerSecond() * deltaTime * animSpeedMultiplierUp;
    currentTimeBase = fmod(currentTimeBase, pBaseAnimation->GetDuration());

    static float currentTimeLayered = 0.0f;
    currentTimeLayered += pLayeredAnimation->GetTicksPerSecond() * deltaTime * animSpeedMultiplierDown;
    currentTimeLayered = fmod(currentTimeLayered, pLayeredAnimation->GetDuration());

    CalculateBlendedBoneTransform(pBaseAnimation, &pBaseAnimation->GetRootNode(), pLayeredAnimation, &pLayeredAnimation->GetRootNode(), currentTimeBase, currentTimeLayered, glm::mat4(1.0f), blendFactor);
}


// Recursive function that sets interpolated bone matrices in the 'm_FinalBoneMatrices' vector
void Animator::CalculateBlendedBoneTransform(
    Animation* pAnimationBase,  const AssimpNodeData* node,
    Animation* pAnimationLayer, const AssimpNodeData* nodeLayered,
    const float currentTimeBase, const float currentTimeLayered,
    const glm::mat4& parentTransform,
    const float blendFactor)
{
    const std::string& nodeName = node->name;

    glm::mat4 nodeTransform = node->transformation;
    Bone* pBone = pAnimationBase->FindBone(nodeName);
    if (pBone)
    {
        pBone->Update(currentTimeBase);
        nodeTransform = pBone->GetLocalTransform();
    }

    glm::mat4 layeredNodeTransform = nodeLayered->transformation;
    pBone = pAnimationLayer->FindBone(nodeName);
    if (pBone)
    {
        pBone->Update(currentTimeLayered);
        layeredNodeTransform = pBone->GetLocalTransform();
    }

    // Blend two matrices
    const glm::quat rot0 = glm::quat_cast(nodeTransform);
    const glm::quat rot1 = glm::quat_cast(layeredNodeTransform);
    const glm::quat finalRot = glm::slerp(rot0, rot1, blendFactor);
    glm::mat4 blendedMat = glm::mat4_cast(finalRot);
    blendedMat[3] = (1.0f - blendFactor) * nodeTransform[3] + layeredNodeTransform[3] * blendFactor;

    glm::mat4 globalTransformation = parentTransform * blendedMat;

    const auto& boneInfoMap = pAnimationBase->GetBoneInfoMap();
    if (boneInfoMap.find(nodeName) != boneInfoMap.end())
    {
        const int index = boneInfoMap.at(nodeName).id;
        const glm::mat4& offset = boneInfoMap.at(nodeName).offset;

        m_FinalBoneMatrices[index] = globalTransformation * offset;
    }

    for (size_t i = 0; i < node->children.size(); ++i)
        CalculateBlendedBoneTransform(pAnimationBase, &node->children[i], pAnimationLayer, &nodeLayered->children[i], currentTimeBase, currentTimeLayered, globalTransformation, blendFactor);
}

而不是 pAnimator->UpdateAnimation(deltaTime)，我运行每一帧：

pAnimator->BlendTwoAnimations(pVampireWalkAnim, pVampireRunAnim, animationBlendFactor, deltaTime * 30.0f); // 30.0f intentional here, otherwise they play too slowly

如何正确地将 OpenGL 中的骨骼动画从步行动画混合到运行动画？

How do I correctly blend between skeletal animations in OpenGL from a walk animation to a run animation?

c++

opengl

animation

assimp

skeletal-animation

如何正确地将 OpenGL 中的骨骼动画从步行动画混合到 运行 动画？

How do I correctly blend between skeletal animations in OpenGL from a walk animation to a run animation?

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