有育儿问题的骨骼动画

Question

tl;dr：为模型设置动画时，每个关节都正确移动，但不相对于其父关节。

我正在使用 Lua 中自定义构建的 IQE 加载器和渲染器开发骨骼动画系统。在这一点上几乎所有东西都在工作，除了骨骼在动画时似乎脱节。每个关节都能正确平移、旋转和缩放，但没有考虑其父节点的位置，从而产生了一些可怕的问题。

在参考 IQM 规范和演示时，我终生无法找出问题所在。我的 Lua 代码（据我所知）与参考 C++ 相同。

计算基础联合矩阵：

local base = self.active_animation.base
local inverse_base = self.active_animation.inverse_base

for i, joint in ipairs(self.data.joint) do
    local pose = joint.pq

    local pos = { pose[1], pose[2], pose[3] }
    local rot = matrix.quaternion(pose[4], pose[5], pose[6], pose[7])
    local scale = { pose[8], pose[9], pose[10] }

    local m = matrix.matrix4x4()
    m = m:translate(pos)
    m = m:rotate(rot)
    m = m:scale(scale)

    local inv = m:invert()

    if joint.parent > 0 then
        base[i] = base[joint.parent] * m
        inverse_base[i] = inv * inverse_base[joint.parent]
    else
        base[i] = m
        inverse_base[i] = inv
    end
end

计算动画帧矩阵

local buffer = {}
local base = self.active_animation.base
local inverse_base = self.active_animation.inverse_base
for k, pq in ipairs(self.active_animation.frame[self.active_animation.current_frame].pq) do
    local joint = self.data.joint[k]
    local pose = pq

    local pos = { pose[1], pose[2], pose[3] }
    local rot = matrix.quaternion(pose[4], pose[5], pose[6], pose[7])
    local scale = { pose[8], pose[9], pose[10] }

    local m = matrix.matrix4x4()
    m = m:translate(pos)
    m = m:rotate(rot)
    m = m:scale(scale)

    local f = matrix.matrix4x4()

    if joint.parent > 0 then
        f = base[joint.parent] * m * inverse_base[k]
    else
        f = m * inverse_base[k]
    end

    table.insert(buffer, f:to_vec4s())
end

完整代码为here，以供进一步检查。相关代码在 /libs/iqe.lua 中，靠近函数 IQE:buffer() 和 IQE:send_frame() 的底部。此代码在 LOVE 游戏框架的自定义版本上运行，并包含一个 Windows 二进制文件（和批处理文件）。

最后说明：我们的矩阵代码已针对其他实现和多项测试进行了验证。

Answer 1

父骨骼的变换应该影响其子骨骼的变换。实际上，这是通过在其父项的框架中指定特定骨骼的变换来实现的。因此，通常骨骼的变换是在它们的局部坐标系中指定的，这取决于它的父级。如果任何父母发生转变，这种转变将影响所有孩子，即使他们的本地转变没有改变。

在您的情况下，您曾经缓存每个节点的所有绝对（准确地说是相对于根）转换。然后您使用缓存更新每个节点的本地转换，并且不更新您的缓存。那么，如果在更新子节点时使用缓存而不是实际的父节点变换，那么节点的本地变换的更改将如何影响它的子节点？

还有一个问题。你为什么要做以下事情？

f = base[joint.parent] * m * inverse_base[k]

我的意思是，通常只是：

f = base[joint.parent] * m

我猜，动画中记录的转换是绝对的（准确地说是相对于根）。这很奇怪。通常每个转换都是局部的。检查这个问题，因为这会给你增加很多问题。

此外，我认为在您的情况下不需要缓存某些内容（inverse_base 除外，通常不需要）。

如下改变你的 IQE:send_frame() 函数：

local buffer = {}
local transforms = {}
local inverse_base = self.active_animation.inverse_base
for k, pq in ipairs(self.active_animation.frame[self.active_animation.current_frame].pq) do
    local joint = self.data.joint[k]
    local pose = pq

    local pos = { pose[1], pose[2], pose[3] }
    local rot = matrix.quaternion(pose[4], pose[5], pose[6], pose[7])
    local scale = { pose[8], pose[9], pose[10] }

    local m = matrix.matrix4x4()
    m = m:translate(pos)
    m = m:rotate(rot)
    m = m:scale(scale)

    local f = matrix.matrix4x4()

    if joint.parent > 0 then
        transforms[k] = transforms[joint.parent] * m
        f = transforms[k] * inverse_base[k]
    else
        f = m  * inverse_base[k]
        transforms[k] = m
    end

    table.insert(buffer, f:to_vec4s())
end

这对我很有用。尝试摆脱 inverse_base，您将能够从 IQE:buffer() 函数中删除所有与动画相关的代码

附：通常，通过向下遍历树来更新所有节点。但是，您通过查看列表来更新节点。您应该知道，您必须以某种方式保证任何节点的子节点都会跟随它。