Unity 生成自定義動畫格式並播放

来源:https://www.cnblogs.com/jingjiangtao/archive/2022/09/07/16666514.html
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什麼是 YARP YARP (另一個反向代理) 設計為一個庫,提供核心代理功能,你可以根據應用程式的特定需求進行自定義。 YARP 是使用 .NET的基礎架構構建在 .NET上的。YARP 的主要不同之處在於,它被設計成可以通過 .NET 代碼輕鬆定製和調整,以滿足每個部署場景的特定需求。 同時,Y ...


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目的

Unity的AnimationClip.SetCurve()只在Editor中運行時有用,打包後運行時只對legacy的AnimationClip有用,對其它類型的動畫Generic和Humanoid都不起作用。https://docs.unity3d.com/ScriptReference/AnimationClip.SetCurve.html

所以如果想在運行時載入和播放動畫,只能用自定義格式。

註意:此自定義格式的生成、載入和播放,都不涉及重定向,通過特定的模型生成的動畫,只能在這個模型上播放。

註意:本文只實現了人體模型的自定義動畫,其它模型的實現思路相同。

思路

自定義動畫格式的生成和播放有三個步驟:

  • 生成:把已經存在的動畫片段轉換成自定義動畫格式
  • 序列化:保存和載入自定義動畫格式
  • 播放:播放自定義動畫格式

大致過程就是,以一定的幀率記錄模型每個物體的position和rotation值,保存在自定義格式中,這種格式要能序列化。之後載入自定義格式,並以一定的幀率每幀設置物體的position和rotation,達到播放的效果。

第三方庫

MessagePack

https://github.com/neuecc/MessagePack-CSharp

MessagePack是一種數據交換格式,可以生成體積更小的序列化文件,而且序列化和反序列化的速度更快。動畫文件數據量比較大,生成的文件也比較大,所以最好選擇生成文件體積更小的序列化方案。

實現

實體類

首先要定義實體類來保存動畫數據。實體類的嵌套結構如下:

AnimDataSequence
{
    id: int,
    length: float,
    frameRate: float,
    name: string,

    animPathSequences: List<AnimPathSequence>
    [
        {
            path: string,
            localPosition: CurveVector3
            {
                x: AnimationCurve,
                y: AnimationCurve,
                z: AnimationCurve
            },
            localRotation: CurveQuaternion
            {
                x: AnimationCurve,
                y: AnimationCurve,
                z: AnimationCurve,
                w: AnimationCurve
            }
        },
        ...
    ]
}

最外層是AnimDataSequence類,id欄位保存動畫id;length保存動畫時長,單位秒;frameRate保存動畫幀率;name保存動畫名稱。animPathSequences是一個數組,數組的元素類型是AnimPathSequence,保存著模型中單個子物體位置和旋轉值的動畫曲線,path表示這個子物體相對模型根節點的路徑,所以List<AnimationPathSequence>保存了模型的所有物體位置和旋轉值的動畫曲線。

圖示:

 

 

每個實體類的代碼如下:

AnimDataSequence.cs

[MessagePackObject]
public class AnimDataSequence
{
    [Key(0)]
    public int id;

    [Key(1)]
    public float length;

    [Key(2)]
    public float frameRate = 30f;

    [Key(3)]
    public string name;

    [Key(4)]
    public List<AnimPathSequence> animPathSequences = new List<AnimPathSequence>();

    public List<AnimSequenceFrame> GetFrame(float time)
    {
        List<AnimSequenceFrame> sequenceFrames = new List<AnimSequenceFrame>(animPathSequences.Count);
        foreach (AnimPathSequence sequence in animPathSequences)
        {
            AnimSequenceFrame frame = new AnimSequenceFrame();
            frame.path = sequence.path;
            frame.localPosition =
                new Vector3(
                    sequence.localPosition.x.Evaluate(time),
                    sequence.localPosition.y.Evaluate(time),
                    sequence.localPosition.z.Evaluate(time));

            frame.localRotation =
                new Quaternion(
                    sequence.localRotation.x.Evaluate(time),
                    sequence.localRotation.y.Evaluate(time),
                    sequence.localRotation.z.Evaluate(time),
                    sequence.localRotation.w.Evaluate(time));

            sequenceFrames.Add(frame);
        }

        return sequenceFrames;
    }
}

GetFrame()函數獲取給定時間位置的一幀數據,返回一個元素類型是AnimSequenceFrame的數組。

[Serializable]
public class AnimSequenceFrame
{
    public string path;
    public Vector3 localPosition;
    public Quaternion localRotation;
}

 

AnimSequenceFrame中,path表示這個子物體相對於模型根節點的路徑,localPosition和localRotation表示這個物體在這一幀的位置和旋轉值。

AnimPathSequence.cs

[MessagePackObject]
public class AnimPathSequence
{
    [Key(0)]
    public string path;

    [Key(1)]
    public CurveVector3 localPosition = new CurveVector3();

    [Key(2)]
    public CurveQuaternion localRotation = new CurveQuaternion();
}

CurveQuaternion.cs

[MessagePackObject]
public class CurveQuaternion
{
    [Key(0)]
    public AnimationCurve x;

    [Key(1)]
    public AnimationCurve y;

    [Key(2)]
    public AnimationCurve z;

    [Key(3)]
    public AnimationCurve w;
}

CurveVector3.cs

[MessagePackObject]
public class CurveVector3
{
    [Key(0)]
    public AnimationCurve x;

    [Key(1)]
    public AnimationCurve y;

    [Key(2)]
    public AnimationCurve z;
}

AnimationCurve是Unity自有的類型,表示動畫曲線,可以被MessagePack序列化和反序列化。其實,自定義的動畫數據,最終都是保存在AnimationCurve中的。

生成

用Unity的Playable API獲取動畫指定時間的骨骼數據,保存到實體類對象中,最後保存成文件。

public void SaveAnimSequence(AnimationClip clip, Animator animator, string filePath, float frameRate = 0)
{
    // 創建PlayableGraph,用於播放動畫
    PlayableGraph playableGraph = PlayableGraph.Create("ConvertHumanoidAnimation");
    playableGraph.SetTimeUpdateMode(DirectorUpdateMode.Manual);
    // 把動畫片段連接到PlayableGraph中
    AnimationPlayableOutput animPlayableOutput = AnimationPlayableOutput.Create(playableGraph, "AnimationOutput", animator);
    AnimationClipPlayable animClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(playableGraph, clip);
    animPlayableOutput.SetSourcePlayable(animClipPlayable);

    // 創建自定義動畫對象,設置必要的參數
    AnimDataSequence animSequence = new AnimDataSequence();
    animSequence.length = clip.length;
    animSequence.name = clip.name;
    // 如果沒有傳幀率,就用原始動畫片段的參數
    animSequence.frameRate = frameRate == 0 ? clip.frameRate : frameRate;
    // 計算每幀的持續時間
    float frameDuration = 1f / animSequence.frameRate;

    Transform root = animator.transform;
    List<Transform> bones = new List<Transform>();

    // 獲取人體骨骼對應的物體Transform數組
    for (int i = 0; i < (int)HumanBodyBones.LastBone; i++)
    {
        Transform boneTransform = animator.GetBoneTransform((HumanBodyBones)i);
        if (boneTransform != null)
        {
            bones.Add(boneTransform);

            AnimPathSequence pathSequence = new AnimPathSequence();
            animSequence.animPathSequences.Add(pathSequence);

            // 獲取相對路徑
            pathSequence.path = Utils.RelativePath(root, boneTransform);

            pathSequence.localPosition.x = new AnimationCurve();
            pathSequence.localPosition.y = new AnimationCurve();
            pathSequence.localPosition.z = new AnimationCurve();

            pathSequence.localRotation.x = new AnimationCurve();
            pathSequence.localRotation.y = new AnimationCurve();
            pathSequence.localRotation.z = new AnimationCurve();
            pathSequence.localRotation.w = new AnimationCurve();
        }
    }

    // 開始獲取動畫對應的人體骨骼數據
    float time = 0f;
    while (time <= clip.length)
    {
        // 根據時間點定位動畫
        animClipPlayable.SetTime(time);
        playableGraph.Evaluate();

        for (int i = 0; i < bones.Count; i++)
        {
            Transform bone = bones[i];
            AnimPathSequence pathSequence = animSequence.animPathSequences[i];

            pathSequence.localPosition.x.AddKey(time, bone.localPosition.x);
            pathSequence.localPosition.y.AddKey(time, bone.localPosition.y);
            pathSequence.localPosition.z.AddKey(time, bone.localPosition.z);

            pathSequence.localRotation.x.AddKey(time, bone.localRotation.x);
            pathSequence.localRotation.y.AddKey(time, bone.localRotation.y);
            pathSequence.localRotation.z.AddKey(time, bone.localRotation.z);
            pathSequence.localRotation.w.AddKey(time, bone.localRotation.w);
        }

        // 下一幀的時間
        time += frameDuration;
    }

    playableGraph.Destroy();

    // 用MessagePack序列化並保存到文件
    byte[] bytes = MessagePackSerializer.Serialize(animSequence);
    File.WriteAllBytes(filePath, bytes);
}

簡單起見,代碼最後直接把自定義動畫數據保存到了文件。實際使用可以不保存文件,序列化後用於網路傳輸。

frameRate參數表示採樣的幀率,值越大,文件體積越大,動畫也越精確,需要取捨。

載入和播放

載入就是用MessagePack庫把MessagePack數據反序列化;播放就是每幀播放指定時間點的動畫曲線;

public class PoseSequencePlay : MonoBehaviour
{
    public bool IsPlaying => _isPlaying;

    public float CurrentTime
    {
        get
        {
            return _time;
        }

        set
        {
            if (value > _animDataSequence.length) return;

            _time = value;
            SetPose();
        }
    }

    public bool Loop { get; set; } = false;
    public AnimDataSequence AnimDataSequence => _animDataSequence;

    protected Transform _character;
    protected AnimDataSequence _animDataSequence;
    protected float _time = 0f;
    protected bool _isPlaying = false;

    protected virtual void Update()
    {
        if (!_isPlaying)
        {
            return;
        }

        if (_time > _animDataSequence.length)
        {
            if (Loop)
            {
                Stop();
                Play();
            }
            else
            {
                _isPlaying = false;
            }

            return;
        }

        SetPose();

        // 增加時間
        _time += Time.deltaTime;
    }

    protected void SetPose()
    {
        if (_animDataSequence == null || _character == null) return;
        if (_time > _animDataSequence.length) return;

        // 獲取指定時間的序列數據
        List<AnimSequenceFrame> frame = _animDataSequence.GetFrame(_time);
        // 將獲取到的數據賦值給對應的骨骼
        foreach (AnimSequenceFrame frameOnePath in frame)
        {
            Transform boneTransform = _character.Find(frameOnePath.path);
            if (boneTransform != null)
            {
                boneTransform.localPosition = frameOnePath.localPosition;
                boneTransform.localRotation = frameOnePath.localRotation;
            }
            else
            {
                Debug.LogWarning($"[GestureGenerator] {frameOnePath.path} is Null");
            }
        }
    }

    public virtual void PrepareData(string animDataSequenceFilePath, Transform character)
    {
        byte[] bytes = File.ReadAllBytes(animDataSequenceFilePath);
        AnimDataSequence sequence = MessagePackSerializer.Deserialize<AnimDataSequence>(bytes);
        PrepareData(sequence, character);
    }

    public virtual void PrepareData(byte[] sequenceBytes, Transform character)
    {
        AnimDataSequence sequence = MessagePackSerializer.Deserialize<AnimDataSequence>(sequenceBytes);
        PrepareData(sequence, character);
    }

    public virtual async Task PrepareDataAsync(string animDataSequenceFilePath, Transform character)
    {
        AnimDataSequence sequence = null;
        using (FileStream fileStream = File.OpenRead(animDataSequenceFilePath))
        {
            sequence = await MessagePackSerializer.DeserializeAsync<AnimDataSequence>(fileStream);
        }

        PrepareData(sequence, character);
    }

    public virtual void PrepareData(AnimDataSequence sequence, Transform character)
    {
        _isPlaying = false;
        _time = 0f;
        _animDataSequence = sequence;
        _character = character;
    }

    public virtual void Play()
    {
        _isPlaying = true;
    }

    public virtual void Pause()
    {
        _isPlaying = false;
    }

    public virtual void Stop()
    {
        _isPlaying = false;
        _time = 0f;
        SetPose();
    }

    public virtual void Clear()
    {
        Stop();
        _animDataSequence = null;
        _character = null;
    }
}

PoseSequencePlay是一個繼承了MonoBehaviour的類,需要掛載到Unity場景中運行。

載入的核心函數是PrepareData(),通過MessagePackSerializer.Deserialize()反序列化自定義動畫數據。

播放的核心函數有兩個:Update()和SetPose()。SetPose()函數根據當前時間將人物模型設置為自定義動畫序列中的姿勢,Update()函數每幀設置動畫姿勢,並遞增時間。

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