【Unity】动画Graph插件的开发总结

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本文简单列出了动画Graph插件的目标、开发过程中遇到的一些问题以及开发后的结论，作为备忘。
注意：此插件并不完善，仅供参考，请勿直接用于产品。
插件地址：https://github.com/SolarianZ/Puppeteer
目标

• 开发一套与UE中的Animation Blueprint类似的运行时动画系统
  
• 替代Animator Controller
  
  
  
  • 【扩展】更丰富的姿态控制（任意叠加）
    
  • 【扩展】运行时随时增、减、替换动画节点（未实现，但并不复杂）
    
  • 【扩展】提供自定义动画控制节点（AnimationScriptPlayable，逐骨骼控制）
    
  • 【扩展】子图复用
    
  • 【扩展】姿态复用（未完成，预期使用AnimationScriptPlayable实现）
    
  • 【扩展】可以按需加载动画资源，无需立即加载整个Animator Controller中的所有动画（未完成，但并不复杂）
    
  
  
• 公开动画Graph控制接口，供外部调用（脚本或可视化编程工具），模拟UE的Event Graph
  

实现

• Editor中Graph编辑器UI使用UIToolkit中的GraphView实现
  
• 节点数据使用ScriptableObject存储（图连接关系，自定义节点行为等）
  
• Runtime使用Playable重建Graph结构并控制其行为
  
  
  
  • 每个Editor节点在运行时创建1个对应的Runtime节点
    
    
    
    • Runtime节点内部创建一个动画Playable，用于播放或处理动画（由PlayableGraph驱动，后序遍历）
      
    • Runtime节点公开一个PrepareFrame方法，供父节点调用（前序遍历）
      
    
    
  • 【另一种实现方式】~~每个Editor节点在运行时有2个对应的Runtime节点，由PlayableGraph驱动其生命周期（这样PlayableGraph中就会有2结构颗树，一颗是动画Playable树，另一个是ScriptPlayable树）~~
    
    
    
    • ~~1个动画Playable节点，用于播放或处理动画~~
      
    • ~~1个ScriptPlayable节点，用于控制动画Playable节点（处理权重变化、状态机逻辑等）~~
      
    
    
  
  
• Runtime初始化时，需要遍历2次全部节点
  
  
  
  • 第1次遍历，初始化节点自身（注册变量变化事件监听、将节点注册到节点表中等）
    
  • 第2次遍历，根据自身记录的输入节点Guid，到节点表中查找输入节点，还原图连接关系
    
  
  
• Runtime的整个生命周期由PlayableGraph驱动
  
  
  
  • 动画根节点是一个ScriptPlayable，它负责调用输入节点的PrepareFrame方法，每帧完成一次前序遍历，用于修改动画Graph状态（更新各个节点权重，跳转状态机等）
    
  • 动画节点中的每个Playable对象，由PlayableGraph直接驱动，按照后续遍历顺序完成动画的处理
    
  
  

缺陷

• 动画复杂时，运行时节点实例非常多，性能会变差
  
  
  
  • Unity中存在托管和非托管代码间的通信开销（尤其是AnimationScriptPlayable节点，包含了太多的骨骼数据）
    
  • ScriptPlayable影响PlayableGraph的多线程计算（ScriptingObjectPtr不为空的PlayableGraph被标记为了不可多线程处理，但不确定实际执行逻辑）
    
  
  
• Unity与UE的底层动画处理逻辑不同，导致动画Graph中只能“中途”处理动画“姿态”和“跟运动”，无法实现其他逻辑
  
  
  
  • Unity只通过AnimationStream对动画Playable开放有限的姿态和跟运动控制接口，无法实现复杂逻辑
    
  • Unity在PlayableGraph中直接完成了将动画姿态和跟运动应用到骨骼的过程，而不是输出姿态和跟运动，这导致动画Graph和Timeline没法无缝衔接
    
    
    
    • UE的Animation Blueprint和蒙太奇都只输出姿态和跟运动，最后由USkeletalMeshComponent将其应用到骨骼
      
    • 【可能的解决方案】在Timeline中实现一个自定义动画Track，此Track不直接在Timeline中播放动画，而是控制动画Graph，使其动态增加一个动画分支并Blend到这个分支
      
    
    
  
  
• Unity没办法做到像UE一样在动画Graph中嵌入Event Graph来控制动画逻辑，只能对外暴露接口，供脚本或可视化编程插件使用
  
  
  
  • 如果使用脚本，那要求使用者会编程，图形化的动画Graph的意义就被弱化了，还不如全由脚本实现，然后提供一个可视化调试工具，性能更好，控制更灵活，可以按需添加动画节点，而不用加载整个动画Graph中的所有节点
    
  • Bolt等可视化编程工具性能不佳，并且结构远不如UE的Event Graph清晰，实际使用感受是，能把Bolt用好的人，代码功底不会很差，不如直接写代码
    
  
  
• 动画简单的游戏用不上，动画复杂的游戏，为何不用UE？
  

替代方案

• 封装Playable接口，提供一个具有基础的动画Layer管理、动画混合管理功能的通用组件，项目的具体动画逻辑完全使用代码控制，不使用图形化编辑
  
  
  
  • https://github.com/SolarianZ/UnityVisualPlayable/blob/main/Runtime/Scripts/AnimationBrain.cs
    
  
  
• 提供可视化的动画调试工具，帮助调试
  
  
  
  • https://github.com/SolarianZ/UnityPlayableGraphMonitorTool
    
  
  

IT圈老男孩1

文中用 ~~ 包围的文字是加了删除线的，知乎没法识别这个Markdown语法，没能正常显示。

ainatipen

补充一点，Playable可以通过PropertyStreamHandle实现读写Curve数据等：https://docs.unity3d.com/2021.3/Documentation/ScriptReference/Animations.PropertyStreamHandle.html