人物骨骼蒙皮动画系列5：物理动画PuppetMaster第一节

DungDaj · 发表于 2023-2-2 11:14

第一节目录：

1.PuppetMaster是什么？
2.PuppetMaster的应用
3.PuppetMaster的初始化
4.测试我们的PuppetMaster人物
5.PuppetMaster原理概述
<hr/>1.PuppetMaster是什么？

PuppetMaster是一个第三方Unity插件。
我之前说，我写文章只写原创文章，每次写一个东西之前，我会在网上搜一下，如果别人讲过了，或者说得很全面了，就不写了，避免产生重复的网络垃圾。
这个插件嘛，当然不是我写的，为什么单独介绍这个插件，因为这个插件很复杂，可以基于它做改动，来融合多种人物动画效果，很强大。
另一方面，基于物理动画技术的游戏很少。
所以在这个系列介绍下物理动画技术的应用。

PuppetMaster是一个复合的控制系统。算是对动画系统的一个集大成者。所以我们之前几节的知识，这一节会引用到。
PuppetMaster是在一个布娃娃系统的基础上，实现的基于物理加力来控制人物的系统，并且有IK解算器来实现IK动画。人物本身还可以有骨骼蒙皮动画。
所以这个系统我们用来同时实现以下四种效果：
1.布娃娃系统
2.物理驱动的动画
3.物理驱动后，带动其他骨骼的IK动画
4.独立的蒙皮动画，以及蒙皮动画与上面的动画的混合。
PuppetMaster的使用，让人物的动画更灵活，实现了与场景交互、与他人交互，并且可以制造人物的摇晃感。
2.PuppetMaster的应用

最早应用这个系统，并且比较火的游戏是《人类一败涂地》。
后来我作为主程序制作了一款《鸡你太美》（后来改名《炸鸡派对》）游戏，蹭热点的同时，使用了这个系统来制作人物，达到了搞笑的目的，游戏也进入了App Store商店下载榜前三。
3.PuppetMaster的初始化

第1步：保证人物模型是正确的
设置模型为 humanoid类型。保证人物的骨骼，是标准的屁股--脊椎---左右手这样的结构。（也可以不遵循这个层级，但后续很多赋值/逻辑，就需要手动去做）
不然后续操作会导致很多奇怪的问题。

第2步：添加布娃娃系统：
在模型上加入BipedRagdollCreator脚本。
注意，绑定BipedRagdollCreator脚本的节点，下一层必须是bip开头的骨骼了。
比如上图，我们是绑定在“Dummy (1)”节点，下一层就是BipDummy节点。
如果骨骼足够标准，会自动识别正确添加。
如果不是标准的人体骨骼，手动添加映射也没问题。
点击Create a Ragdoll。

得到下面的面板

我们可以在Options里选择哪些骨骼要加上关节。以及使用何种关节。以及碰撞体参数。
如果设置好，就直接点done就可以。
或者点“Start Editing Manually”打开UI面板在Scene视图对关节做可视化调节。

第3步在模型上添加Puppet Master 脚本。
注意，我们是在绑定在Dummy (1)节点上。这个节点带有Animator组件。
点击Set Up。 Puppet Master的初始化就完成了。

<hr/>4.测试我们的PuppetMaster人物

每次做好后，我们需要测试下初始化模型是否正确。
默认，我们运行动画。人物正常播放动画。

调整pin值，人物在动画骨骼和物理骨骼之间插值。

我们禁止动画组件。人物完全被物理控制

这个造型，应该是你的模型的T-Pose。上图，之所有不是手臂伸直，是因为我用的插件自带模型。这个模型的T-Pose就是这样。
<hr/>5.PuppetMaster原理概述

科学养猪：人物骨骼蒙皮动画系列4：FK模式的Skinned Mesh 骨骼蒙皮动画
我在上一节，说Unity自带的蒙皮动画时，将蒙皮动画的各种属性跟PuppetMaster做了一一对应，也是为了方便这一节讲PuppetMaster。
所以这一节不再介绍 “肌肉”这些已经解释过的抽象属性了。

PuppetMaster初始化好的结构如上。分四个结构
1.Animator组件
2. Behaviours，也就是控制PuppetMaster的行为。我们简称 “行为”
3. PuppetMaster部分，也就是布娃娃系统初始化后，再PuppetMaster初始化后生成的额外一套骨骼，骨头上有刚体+碰撞体+关节+肌肉脚本+关节脚本。
父子骨骼，通过Joint来连接。额外这套骨骼我们简称 “ragdoll骨骼”。
4.我们本身的原始模型。我们简称 “蒙皮骨骼”

实际上，除了上述4部分，这个插件还有其他部分，可以对某些骨骼单独挂IK组件，比如眼睛，实现主角的眼神追踪。
我们的所有行为、物理操作，都是对“ragdoll骨骼”产生影响。
Animator组件，都是对 “蒙皮骨骼”产生影响。
PuppetMaster脚本有 “ragdoll骨骼”和“蒙皮骨骼”的一一对应关系。
所以PuppetMaster脚本会做一个map，也就是映射。
根据权重，将被影响的“ragdoll骨骼”变化，映射到“蒙皮骨骼”身上。

puppetMaster的代码核心，在FixedUpdate和Update两个函数。
puppetMaster支持三种动画枚举：
Normal,
AnimatePhysics,
FixedUpdate。
如果设置为Normal，FixedUpdate不计算。
AnimatePhysics和 FixedUpdate 最终都在puppetMaster的FixedUpdate()函数中计算。
然后在LateUpdate函数：
我们会通过muscle的map函数，将“ragdoll骨骼”映射到“蒙皮骨骼”。
完成puppetMaster对“蒙皮骨骼”的控制

如图，如果大家还有印象，这就是动画重定位的原理。
我们复习下动画重定位的这一节
科学养猪：人物骨骼蒙皮动画系列1：关于动画重定位的一切
puppetMaster如何解决动画重定位的问题：
骨骼无法一一对应，或者有多余骨骼？
答案有两个，一个是下面这个代码：FixTargetTransforms函数

只要有骨骼无法被映射，那么puppetMaster认定它就是多余骨骼，我们需要每帧对它fix.
同样，prop这个道具类型，也被当做多余骨骼。
public void FixTargetTransforms() {
if (!initiated) return;

target.localPosition = defaultTargetLocalPosition;
target.localRotation = defaultTargetLocalRotation;
}
fix的代码很简单，就是始终让它保持它在父骨骼下的初始化的本地坐标。
第二个，就是IK解算。
我们希望某些骨骼先到达位置了，它的父骨骼，再做IK解算。
比如眼睛追踪敌人，手抓住某个物体。
以及脊椎不是标准的3脊椎，而是更多，那么前3脊椎骨头到达位置后，后续骨骼作为父骨骼，来解算IK。

为此，单独提供了IK解算器。

XGundam05 · 发表于 2023-2-2 11:21

大佬写的真棒，帮大忙了

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