Скелетный скиннинг: согласуйте привязочные преобразования, индексы суставов и веса

Рассматривайте скиннинг как расчёт пространств координат

Одна поза скелета не определяет, куда перемещается каждая вершина меша. Рендереру также нужны ссылки на суставы, веса влияния и связь созданного меша с привязочной позой скелета. Если персонаж распадается или неожиданно смещается, проверьте эти отношения, прежде чем обвинять анимационный клип. Даже правильная иерархия может заполнять палитру преобразований с неверной индексацией.

Смешивайте преобразования по определённой конвенции

Линейный скиннинг преобразует вершину через влияющие суставы и объединяет полученные позиции по весам. Обратное привязочное преобразование переводит созданную позицию в привязочное пространство сустава; текущее преобразование сустава размещает её в текущей позе. Khronos объясняет эти операции и атрибуты индексов суставов и весов. [1]

Укажите исходное и конечное пространство каждой матрицы. Любое преобразование из пространства меша в мировое должно соответствовать выбранной формулировке. Двойное применение преобразования объекта или чтение индексов в неправильном порядке палитры создаёт ошибки, даже если отдельно все матрицы выглядят допустимыми.

Расчётный пример: изолируйте арифметику влияний

Предположим, два правильных преобразования суставов размещают иллюстративную вершину в (0, 0, 0) и (0, 4, 0) в одном выходном пространстве. С весами 0.75 и 0.25 результат смешивания равен (0, 1, 0).

Это диагностический расчёт, а не бенчмарк персонажа. Поочерёдно задайте каждому весу 1, а другому 0, проверяя влияния отдельно. Затем восстановите пару и подтвердите сумму 1. Если импорт удаляет влияния, явно перенормируйте оставшиеся ненулевые веса и определите запасной вариант при нулевой сумме. Изменившийся набор влияний способен менять деформацию даже после нормализации.

Проверьте данные до улучшения метода

Сначала отрисуйте привязочную позу и сравните с задуманной недеформированной формой. Двигайте суставы по одному, изучайте цвета влияния и проверяйте границы палитры. Испытайте движение корня, согнутый локоть и скрученное предплечье. Убедитесь, что нормали и касательные правильно следуют деформации, и обновляйте границы, чтобы анимированный меш ошибочно не отбрасывался.

Проверьте ограничение влияний фактического рендерера. Например, SkinnedEffect Microsoft поддерживает явно заданные количества влияний и игнорирует дополнительные сверх выбранной настройки. [2] Это ограничение реализации не должно незаметно стать предположением обо всех форматах ресурсов или путях рендеринга.

Отличайте ошибки данных от артефактов смешивания

Даже правильное линейное смешивание может уменьшать объём или искажать скручиваемые суставы. Скиннинг с двойными кватернионами устраняет важные артефакты схлопывания, но имеет собственные ограничения, включая выбор ветви вращения и дополнительную обработку масштаба или сдвиговой деформации. [3] Сравните характерные позы до перехода на другой метод. Скиннинг задаёт деформацию поверхности; тела столкновений, прикреплённые объекты и время событий анимации по-прежнему требуют собственных согласованных правил.

Источники

• [1] glTF Tutorial: Skins — Khronos Group, glTF Tutorials.
• [2] SkinnedEffect — Microsoft, DirectX Tool Kit.
• [3] Skinning with Dual Quaternions — Ladislav Kavan and collaborators, original research and implementation.