【Unity】简单使用Playable API控制动画

DungDaj · 发表于 2023-2-26 15:08

什么是Playable？

Playable的官方介绍如下：
官方文档为：
此外官方也提供了一个Demo来展示如何使用Playable播放动画：
简单的概况下就是如下几点：

Playable API的一个目的就是为了代替Legacy动画系统的Animation组件，允许动画重定向、Blend Tree等原本不支持的功能。（Blend Tree是比较耗性能的，要慎用）
面向代码层，Playable API可以更直接的访问底层动画系统的接口，我们可以根据项目定制动画系统，而不是使用Animator。在Unity底层，驱动Playable Graph的实际上依然是Animator组件，但是我们完全可以像使用Animation组件一样使用Playable。
可以通过Playable来扩展Timeline的功能。

Playable与Animator的比较

对于一些大型动作类游戏，往往会有很多的State或者Clip，并且Animator状态机是不允许运行时添加、删除动画的，它只能使用OverrideController来替换动画，这就可能导致需要一个巨大的Animator来满足所有可能的状态。以上原因就会导致我们的Animator密密麻麻的像蜘蛛网一样，非常难以维护，同时Override时也会带来非常大的性能问题。
可以参考下面两个分享：
而Playable它就允许在运行时创建、添加和删除Animation，这样也会使得我们的Playable结构非常的简单。
在Animator状态机中，是通过定义变量来间接控制权重的。而在Playable中，你可以直接控制动画的权重和时间以及其他属性，例如：我们可以让二个动画按0.2和0.8的权重混合。因此Playable相比Animator更加的灵活。
Playable还有更强大的融合特性，可以在Clip和AnimatorController之间混合，甚至无数个AnimatorController之间混合。在Animator系统中，二个State machine之间是不能过度的，但是如果使用了Playable，那就是可行的。所以我们完全可以混用Animator状态机和Playable。例如：一些角色的固定动画状态的转变我们可以继续用Animator状态机，而那些需要动态改变的功能我们就用Playable（这个思路很重要）。

Playable架构

Playable API大体上由二部分组成：Playable和PlayableOutput。
Playable是我们这套API的基本组成元素。为了避免Gc alloc，所有的Playable是用Struct实现的，并且继承了IPlayable接口，有如下几种类型：

PlayableOutput同样也都是Struct实现的，继承了IPlayableOutput接口，有如下几种类型：

可以发现使用Playable API不进可以用来控制动画的播放，还可以控制音频的播放，并且我们还可以使用脚本实现一些自定义的Playable。
如下图，就是一个由一个Playable和一个PlayableOutput组成的一个最简单的PlayableGraph。

所谓PlayableGraph我们可以认为是一个Animator或者是一个Manager，我们可以用它定义一系列的Playable和PlayableOutput，管理Playable的生命周期，创建、链接和销毁Playable。
每个PlayableGraph必须包含有至少一个PlayableOutput，而且PlayableOutput必须连接到至少一个Playable上，否则它是没有任何作用的。因此基本上，每一个PlayableOutput都会形成一颗树形结构。如下图，是一个较为复杂的PlayableGraph，里面除了包含动画相关的Playable与PlayableOutput，还包含音频相关和自定义的节点。

<hr/>逼逼叨完大致的理论知识后，从最简单的例子开始，来看看具体怎么使用Playable API来播放动画吧。测试模型使用的chan小姐姐，提供了非常丰富的Animation供我们使用。

chan小姐姐

我们保留小姐姐身上原本带有的Animator组件，因为前面说过Playable是依靠Animator驱动的。但是我们要去除掉关联的Animator Controller，换做使用Playable来控制动画，替代状态机。

播放单个动画

新建一个PlaySingleAnimation组件，挂载在小姐姐身上，我们先来让小姐姐播放一个最简单的待机动画。
前面我们说了，需要一个PlayableGraph来管理Playable以及PlayableOutput，因此我们要先创建一个PlayableGraph对象，方法如下：
PlayableGraph graph = PlayableGraph.Create(&#34;ChanPlayableGraph&#34;);
//利用SetTimeUpdateMode方法可以设置Graph的更新方式，例如
创建好PlayableGraph后，自然就要往里面添加Playable和PlayableOutput了。由于我们要做的是播放动画而不是播放音频等，因此我们需要的PlayableOutput为AnimationPlayableOutput，可以通过下面方法添加进PlayableGraph：
var animationOutputPlayable = AnimationPlayableOutput.Create(graph, &#34;AnimationOutput&#34;, GetComponent<Animator>());
AnimationPlayableOutput.Create方法传入的参数有PlayableGraph，自定义的节点名称以及Animator组件，这也是为什么前面不直接删除小姐姐身上Animator组件的原因。
PlayableOutput有了，接下来就要添加Playable节点了，由于我们目前只是播放单个动画，不涉及到动画混合与分层这些，因此选用最简单的AnimationClipPlayable即可，创建方法如下：
var idleClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(graph, idleClip);
AnimationClipPlayable.Create方法传入的参数有PlayableGraph以及该节点对应的AnimationClip文件。
接着我们要做连线操作，将Playable与PlayableOutput关联起来，方法如下：
animationOutputPlayable.SetSourcePlayable(idleClipPlayable);
可以简单理解为由OutputPlayable决定将哪个Playable作为输出播放。
设置好了输出的动画后，我们只需要利用PlayableGraph播放它即可，方法如下：
graph.Play();
这样运行后，我们的小姐姐就可以播放待机动画了，如下图：

Unity还提供了一个AnimationPlayableUtilities工具类，可以让我们用更加简短的代码使用Playable API，例如前面这些所有代码都可以使用下面一行来代替：
AnimationPlayableUtilities.PlayClip(GetComponent<Animator>(), idleClip, out PlayableGraph graph);可以发现整个操作都是由代码在运行时完成的，因此相比Animator状态机而言，更加的自由。我们可以直接控制每一个Playable的属性，例如播放速度（AnimationClipPlayable.SetSpeed），暂停动画（AnimationClipPlayable.Pause）等。
我们还可以控制更新频率，这在我们做动画的性能优化时比较常用，例如：那些距离Camera过远的角色我们就可以把动画的更新频率降低。通过PlayableGraph.SetTimeUpdateMode方法我们可以控制动画的更新频率，参数为DirectorUpdateMode枚举，有如下几种：

DSPClock	基于DSP(Digital Sound Processing) clock的更新，用于与声音同步。
GameTime	基于Time.time的更新，当Time.timeScale = 0，动画也会暂停。
UnscaledGameTime	基于Time.unscaledTime的更新，当Time.timeScale = 0，动画也会继续播放。
Manual	手动更新，需要手动调用PlayableGraph.Evaluate方法来触发一次更新。

注：若使用UnscaledGameTime，需要Animator组件中的Update Mode也设置为Unscaled Time。
若我们想要清空PlayableGraph内所有的节点（Playable和PlayableOutput），可以使用Destroy方法来完成：
graph.Destroy();
若要单独销毁某个Playable节点，可以使用DestroyPlayable方法，单独销毁某个PlayableOutput节点，可以使用DestroyOutput方法。

PlayableGraph Visualizer

可以通过下载官方的graph-visualizer插件，使得我们可以在Unity中利用可视化视图查看我们的PlayableGraph的内容。只需要下载好插件，然后拖入到我们的Unity工程中即可，待编译完成，可以通过 Window->PlayableGraph Visualizer 打开视图，上面的例子运行后的PlayableGraph显示如下：

左上角是我们自定义的PlayableGraph名称，中间就是我们创建的Playable节点，选中某个节点，可以在右边看见更多的详细信息，包括播放状态等等。

Blend Tree

在旧的Legacy动画系统中，是不支持Blend Tree功能的，在Playable系统中，Unity为我们提供了Blend Tree的支持，接下来让我们看看怎么实现它。
首先先了解下Blend Tree的作用，我们从一个简单的例子来理解，比如我们可以通过遥感来控制小姐姐的移动，当遥感的偏移较小时，代表移动速度较慢，我们期望播放走的动画，而当偏移较大，代表移动速度较快，我们期望播放跑的动画。这种需求，我们就可以使用Blend Tree来实现，除此之外，例如根据不同的前进方向切换向前跑，向左跑，向右跑这些动画，都可以使用Blend Tree来实现。下图是Animator状态机中的Blend Tree：

我们新建一个PlayBlendTreeAnimation组件，和之前一样先创建好PlayableGraph以及AnimationPlayableOutput。和之前不同的是：在Playable中，我们需要使用AnimationMixerPlayable节点来实现Blend Tree，创建方法如下：
var mixerPlayable = AnimationMixerPlayable.Create(graph, 2);
AnimationMixerPlayable.Create方法中第二个参数，代表我们要将几个动画进行混合，示例里我们就简单的混合走和跑的动画，因此填写2。
接着我们创建两个AnimationClipPlayable，分别关联走和跑的动画：
var walkClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(graph, walkClip);
var runClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(graph, runClip);
然后我们要利用PlayableGraph.Connect方法将AnimationClipPlayable与AnimationMixerPlayable关联起来：
graph.Connect(walkClipPlayable, 0, mixerPlayable, 0);
graph.Connect(runClipPlayable, 0, mixerPlayable, 1);
可以看到参数中除了节点以外，还有些int的值，我们理解成端口号，Connect方法的完整描述如下：
public bool Connect<U, V>(U source, int sourceOutputPort, V destination, int destinationInputPort)
where U : struct, IPlayable
where V : struct, IPlayable;
简单来说，我们可以把参数destination当做是一排插座，参数source当做是一个个要插在该插座上的设备。哪个设备插在插座的哪个口子上由destinationInputPort参数决定，若我们的设备可能有不止一条电源线（通常情况下就是一条），那么sourceOutputPort可以决定设备上的哪条电源线插在插座上。
当然了插座的例子并不是很得当，因为生活中电流是从发电站（AnimationPlayableOutput）到家里的插座（AnimationMixerPlayable）再到每个设备（AnimationClipPlayable），而Playable系统中电流的方向正好相反，是从AnimationClipPlayable到AnimationMixerPlayable最后到AnimationPlayableOutput。
与Connect对应的还有Disconnect方法用于断开节点之间的连接关系，方法如下（就不过多介绍了）：
public void Disconnect<U>(U input, int inputPort) where U : struct, IPlayable;
最后我们把AnimationMixerPlayable的输出作为输入连接到AnimationPlayableOutput上，并且播放我们的PlayableGraph：
animationOutputPlayable.SetSourcePlayable(mixerPlayable);
graph.Play();
运行后，结构图如下：

但是此时我们的小姐姐并不会跑起来，因为我们并没有一个速度（权重）来告诉AnimationMixerPlayable来播放哪个动画，因此我们还要设置两个AnimationClipPlayable相对应的权重，为了能够在运行时调整速度来调整动画，因此我们把设置权重的逻辑写在Update方法中：
[Range(0, 1)] public float speed;

void Update() {
mixerPlayable.SetInputWeight(0, 1.0f - speed);
mixerPlayable.SetInputWeight(1, speed);
}
通过AnimationMixerPlayable.SetInputWeight方法设置每个端口上对应Playable的权重。需要注意所有端口上的权重之和不能大于1，否则动画会出现问题。
这样我们就可以通过Speed参数来让小姐姐在走和跑直接任意的切换了：

其中碰见一个问题不太了解，希望有大佬可以告知一二~

Transitions

其实上面的例子就为我们展示了从走到跑的过渡过程（Transitions），因此Playable中并没有像Animator中Transitions的功能：

Animator中的Transitions

因为Transition本质是二个动画的Blend：将前一个动画的权重从1降到0，后一个动画的权重从0升到1。这样我们可以更加自由的控制两个动画的过渡，除了常用的线性（平滑）过渡以外，我们还可以通过控制过渡时的曲线使得过程更加圆滑。而对于前后二个动画差异较大的情况，我们可以使用冻结过渡，即动画A过渡到动画B时，A就不在更新了，而动画B在更新的同时Weight由0变为1。
Playable给我们带来了更佳灵活与自由的控制方式，而在Animator中想要精确的控制Transition却比较困难。如果想要实现服务器和客户端动画的同步问题。用Animator来做的话，是很难做到完美的，因为Transition你在外部是不能直接控制的。而用Playable的话，我们只需要同步二个动画的ID，以及它们的权重和Transition的持续时间就可以了。

Animation Layers

使用分层动画可以根据身体的不同部位实现复杂的动画组合，例如在FPS游戏中，角色往往会拥有跑步动画和射击动画，然后利用分层的功能我们就可以实现边跑边射击的动画效果（下半身播放跑步动画，上半身播放射击动画）。
Playable API为我们提供了AnimationLayerMixerPlayable节点来实现动画分层的效果，并且可以在运行时动态的增加、删除Layer，它与前面提到的AnimationMixerPlayable的使用方法基本类似，我们新建一个PlayLayerAnimation组件，代码如下：
void Start()
{
PlayableGraph graph= PlayableGraph.Create(&#34;ChanPlayableGraph&#34;);
var animationOutputPlayable = AnimationPlayableOutput.Create(graph, &#34;AnimationOutput&#34;, GetComponent<Animator>());
var layerMixerPlayable = AnimationLayerMixerPlayable.Create(graph, 2);
var runClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(graph, runClip);
var eyeCloseClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(graph, eyeCloseClip);
graph.Connect(runClipPlayable, 0, layerMixerPlayable, 0);//第一层Layer
graph.Connect(eyeCloseClipPlayable, 0, layerMixerPlayable, 1);//第二层Layer
animationOutputPlayable.SetSourcePlayable(layerMixerPlayable);
layerMixerPlayable.SetLayerMaskFromAvatarMask(1, faceAvatarMask);
layerMixerPlayable.SetInputWeight(0, 1);
layerMixerPlayable.SetInputWeight(1, 0.5f);
graph.Play();
}
该例子中身体动作为一个Layer，面部动作为一个Layer，利用SetLayerMaskFromAvatarMask方法为面部的Layer设置了一个AvatarMask，它可以帮我们屏蔽身体的其他部位。通过上面代码，我们可以实现小姐姐半闭眼的跑步动画：

死鱼眼，哈哈

PlayableGraph结构如下：

可以发现和AnimationMixerPlayable不同的是，在AnimationMixerPlayable中所有混合的动画其权重之和要在0-1之间，而在AnimationLayerMixerPlayable中每层动画的权重都可以在0-1之间。
注：其中PlayableGraph界面中，每条线的明暗程度代表对应节点的权重值，越白说明权重越高。
此外我们还可以利用AnimationLayerMixerPlayable.SetLayerAdditive方法将某层动画指定为Additive Layer，这样改成动画会与上一层动画发生混合。默认情况下，新生成的Layer都不是Additive Layer，而是继承（override）自上一层动画，意味着来自其他层的信息会被忽略。

Playable + AnimatorController

Playable API中为我们提供了AnimatorControllerPlayable来实现Playable与Animator Controller的混合使用。
例如在Animator状态机中Layer是Static的，所以利用Playable和Animator controller混合就可以在运行时起到动态添加Layer的效果。只需要把AnimatorControllerPlayable作为一个输入节点连接到我们的AnimationLayerMixerPlayable上。
并且我们可以让Playable和Controller按一定的权重进行Blend，即把AnimatorControllerPlayable作为一个输入节点连接到我们的AnimationMixerPlayable上。
举个例子，我们修改一下小姐姐原本有的状态机，只播放跑的动画，并且删除Face层，如下：

然后我们新建一个PlayableAddAnimatorController组件，代码如下：
void Start() {
m_graph = PlayableGraph.Create(&#34;ChanPlayableGraph&#34;);

var animationOutputPlayable = AnimationPlayableOutput.Create(m_graph, &#34;AnimationOutput&#34;, GetComponent<Animator>());
//blend 三个动画，想左跑、向右跑、以及AnimatorController里的向前跑
m_mixerPlayable = AnimationMixerPlayable.Create(m_graph, 3);
//根据AnimatorController创建AnimatorControllerPlayable
var controllerPlayable = AnimatorControllerPlayable.Create(m_graph, animatorController);
var runLeftClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(m_graph, runLeftClip);
var runRightClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(m_graph, runRightClip);
m_graph.Connect(runLeftClipPlayable, 0, m_mixerPlayable, 0);
m_graph.Connect(controllerPlayable, 0, m_mixerPlayable, 1);
m_graph.Connect(runRightClipPlayable, 0, m_mixerPlayable, 2);

//动作和面部表情分层
m_layerMixerPlayable = AnimationLayerMixerPlayable.Create(m_graph, 2);
var eyeCloseClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(m_graph, eyeCloseClip);
m_graph.Connect(m_mixerPlayable, 0, m_layerMixerPlayable, 0);
m_graph.Connect(eyeCloseClipPlayable, 0, m_layerMixerPlayable, 1);
m_layerMixerPlayable.SetLayerMaskFromAvatarMask(1, faceAvatarMask);
m_layerMixerPlayable.SetInputWeight(0, 1);

animationOutputPlayable.SetSourcePlayable(m_layerMixerPlayable);
m_graph.Play();
}

void Update() {
//Blend的权重
float leftWeight = directWeight < 0 ? -directWeight : 0;
float rightWeight = directWeight > 0 ? directWeight : 0;
float forwardWeight = 1 - leftWeight - rightWeight;
m_mixerPlayable.SetInputWeight(0, leftWeight);
m_mixerPlayable.SetInputWeight(1, forwardWeight);
m_mixerPlayable.SetInputWeight(2, rightWeight);

//面部动作的权重
m_layerMixerPlayable.SetInputWeight(1, faceWeight);
}
得到的效果为：

PlayableGraph的结构如下：

其中Animator Controller节点后的子树，代表的就是整个状态机的结构。
除此以外，Playable还可以和Controller互相CrossFade。例如一些动作游戏有不同的武器（近战或者远程），不同的武器攻击触发方式和动画可能都不相同，若使用Animator我们可能就需要把每种武器的效果都放在一个状态机里。但是如果使用Playable加上AnimatorController的方式，我们就可以在每种武器身上关联各自的Animator Controller，当角色拿起武器后，就可以利用Playable动态的去CrossFade到当前武器的动画状态机上。简单来说就是我们可以动态的增加或删除Playable中Animator Controller节点，并且设置其权重等。这可以让大大降低我们的动画系统的复杂度，因为动画的CrossFade不在局限于一个状态机里了。
最后，二个Controller也可以进行混合，例如：我们可以从一个状态机CrossFade到另一个状态机上。
以上就是官方提供的几个Playable节点的简单使用，Audio Playable虽然没有介绍，但是用法基本相似。有关更高阶的Playable用法，例如PlayableBehaviour，后续在介绍~

xiangtingsl · 发表于 2023-2-26 15:17

不错呦关注了

kirin77 · 发表于 2023-2-26 15:17

很好的宝藏文章

Zephus · 发表于 2023-2-26 15:22

赞了

DungDaj · 发表于 2023-2-26 15:27

nbnb

Ylisar · 发表于 2023-2-26 15:35

请问这个资源是您自己的资源吗，还是官方用例

KaaPexei · 发表于 2023-2-26 15:38

asset store里搜chan

Ylisar · 发表于 2023-2-26 15:38

值得我细细品味

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[笔记] 【Unity】简单使用Playable API控制动画

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