BlueRoseNote/02-Note/DAWA/AI/AIVirtualIdel动画方案.md

# 动画方案
预制开始/等待动画 -> VMC推流动画 -> 预制结束/等待动画
## VMC推流

## 迭代动画状态机方案
1. 由ChatGPT模型AI使用之前录制动画素材拼凑出N组排列组合。
2. 动画资产以及排列数据进行定期热更新。（自动 | 人工）
3. 实时直播时由ChatGPT发送指定排列组合的名称或者ID给客户端，之后客户端播放对应的排列组合动画。

# 推流方案
推流视频：
- https://www.bilibili.com/video/BV1ub4y1Y74K/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=d47c0bb42f9c72fd7d74562185cee290
- https://www.youtube.com/watch?v=ufU9me5pDYE&t=2s

# 协议
## OSC
一种基于UDP的**远程控制协议**，传输的数据主要分为Bundle 与 Message。
- OSC:https://opensoundcontrol.stanford.edu/index.html
- Nodejs的OSC实现:https://www.npmjs.com/package/osc

### 反序列化步骤
1. 调用`ReadOSC()`
2. ReadOSCString，读取Address。主要分为`#bundle`、`#message`。
3. `#bundle`
	1. 读取uint64 Time。
	2. 调用`ReadOSC()`，递归序列化之后的数据。
4. `#message`:基础数据反序列化逻辑
	1. 读取FString  Semantics，里面每个字符代表之后基础数据的类型。
	2. 根据基础数据类型进行反序列化，一个数据生成一个FUEOSCElement。

```c++
UENUM()  
enum class EUEOSCElementType : uint8  
{  
	OET_Int32 UMETA(DisplayName = "Int32"),  
	OET_Float UMETA(DisplayName = "Float"),  
	OET_String UMETA(DisplayName = "String"),  
	OET_Blob UMETA(DisplayName = "Blob"),  
	OET_Bool UMETA(DisplayName = "Bool"),  
	OET_Nil UMETA(DisplayName = "Nil")  
};
```

### UEOSC实现分析
一个数据包的格式为：
```c++
USTRUCT(BlueprintType)  
struct UEOSC_API FUEOSCMessage  
{  
	GENERATED_USTRUCT_BODY()  
	  
	public:  
	FString Address;  
	TArray<FUEOSCElement> Elements;  
};
```
其中`FUEOSCElement`存储的具体数据，里面是一个结构体存储着基础数据类型数据以及数据类型枚举。

#### 基础数据类型
数据以结构体形式进行序列化/反系列化。可携带的数据类型为：
- int32、int64、uint64
- float32
- String(`FName`)
- blob(`TArray<uint8>`)
- bool

## VMC
全名为Virtual Motion Capture Protocol，一种基于OSC的虚拟偶像动作输出传输协议。 

**存在问题**：
1. 数据没有压缩，不适合互联网传输。
2. 基于OSC这种UDP协议数据没有可靠性。

### 协议分析
- VMC协议可视化工具:https://github.com/gpsnmeajp/VMCProtocolMonitor
- https://protocol.vmc.info/specification
	- performer-spec:https://protocol.vmc.info/performer-spec
	- marionette-spec:https://protocol.vmc.info/marionette-spec

VMC协议基本上实现了开放声音控制（OSC）单向UDP通信来进行通信。

因此，VMC 协议定义了自己的术语：
- **木偶**(**Marionette**)
	- 接收动作、绘制等。（必填）  
	- 它的存在最终是为了在屏幕、视频、通讯上产生结果。  
    （示例：EVMC4U、VMC4UE、其他运动接收兼容应用程序）
- **表演者**(**performer**)
	- 主要处理运动并向 Marionette 发送**全身骨骼信息 (IK)** 和**辅助信息**。（必填）  
	- （例如虚拟动作捕捉、Waidayo、VSeeFace、MocapForAll、TDPT 等）
- **助理**(**Assistant**)
	- 主要不处理动作并向表演者发送辅助信息。（可选）  
	- 仅负责**发送辅助**信息。（**一些骨骼、跟踪器姿势、面部表情**等）  
    （例如，face2vmc 模式下的 Waidayo、Sknuckle、Simple Motion Tracker、Uni-studio 等）

具体沟通规定如下：
- 通信时使用适当类型的 OSC。
- 字符串采用 UTF-8 编码，可以用日语发送。
- 至于端口号，Marionette 将监听端口：39539，而 Performer 将监听端口：39540，但从 UX 角度来看，我们建议您更改发送地址  
    和接收端口。
- 数据包在适当的范围内（1500 字节以内）进行捆绑，并且应由接收方进行适当的处​​理。
- 传输周期以发送方的任意间隔执行。并非所有消息都会在每个周期发送。  
    另外，发送方应该能够调整发送周期的间隔，或者以足够低的频率发送。
- 接收方应丢弃不必要的消息。您不必处理所有消息。
- 发送或接收哪些消息取决于两者的实现。
- 未知地址，应忽略太多参数。
- 如果您发现参数太少或类型与扩展规范中定义的参数不同，请将它们视为错误或忽略它们。

![800](https://protocol.vmc.info/flow.gif)
![500](https://protocol.vmc.info/layer.png)

### performer-spec
这是`Marionette→Performer`或`Assistent→Performer`流程中的发送数据的规范。

主要有：
- 虚拟设备转换
- 帧周期
- 虚拟 MIDI CC 值输入
- 虚拟摄像机变换和 FOV
- VRM BlendShapeProxyValue
- 眼动追踪目标位置
- [事件发送]信息发送请求(Request Information)
- [事件传输] 响应字符串
- [事件发送] 校准（准备）请求（校准/校准就绪请求）
- [事件发送]请求加载设置文件
- 通过信息
- DirectionalLight 位置/颜色（DirectionalLight 变换和颜色）
- [事件传输] 快捷调用（Call Shortcut）

#### 虚拟设备转换
主要为：虚拟头显、控制器Controller和追踪器Track。(HMD被视为跟踪器)
结构为：虚拟序列号 ->  Position ->Quaternion  
```json
V2.3
/VMC/Ext/Hmd/Pos (string){serial} (float){p.x} (float){p.y} (float){p.z} (float){q.x} (float){q.y} (float){q.z} (float){q.w}  
/VMC/Ext/Con/Pos (string){serial} (float){p.x} (float){p.y} (float){p.z} (float){q.x} (float){q.y} (float){q.z} (float){q.w}  
/VMC/Ext/Tra/Pos (string){serial} (float){p.x} (float){p.y} (float){p.z} (float){q.x} (float){q.y} (float){q.z} (float){q.w}  
```

#### 帧周期
设置虚拟动作捕捉的数据传输间隔。  以 1/x 帧间隔发送。
```json
V2.3
/VMC/Ext/Set/Period (int){Status} (int){Root} (int){Bone} (int){BlendShape} (int){Camera} (int){Devices} 
```

### marionette-spec
这是`Performer → Marionette`流程中的发送数据的规范。
-  内容：基础状态描述，校准状态、校准模式、追踪状态
- 发送者相对时间（Time）
- 根变换
- 骨骼变换
- VRM BlendShapeProxyValue
- 相机位置/FOV（相机变换和FOV）
- 控制器输入
- [事件传输]键盘输入
- [事件传输] MIDI 音符输入
- [事件传输] MIDI CC 值输入
- [事件传输] MIDI CC 按钮输入
- 设备改造
- [低频] 接收使能
- [低频] DirectionalLight 位置/颜色（DirectionalLight 变换和颜色）
- [低频]本地VRM信息
- [低频]远程VRM基本信息
- [低频] 选项字符串
- [低频]背景色
- [低频]窗口属性信息
- [低频]加载设置路径
- 通过信息

### 根骨骼变换
```json
v2.0
/VMC/Ext/Root/Pos (string){name} (float){p.x} (float){p.y} (float){p.z} (float){q.x} (float){q.y} (float){q.z} (float){q.w}  

v2.1
/VMC/Ext/Root/Pos (string){name} (float){p.x} (float){p.y} (float){p.z} (float){q.x} (float){q.y} (float){q.z} (float){q.w} (float){s.x} (float){s.y} (float){s.z} (float){o.x} (float){o.y} (float){o.z}  
```
p=位置 q=旋转（四元数） s=MR 合成的比例 o=MR 合成的偏移

作为模型根的对象的绝对姿势  
名称固定为“root”。 建议将  
前半部分视为Position，后半部分视为接收侧Loal姿势的四元数（以与Bone匹配）。  

从 v2.1 开始，添加了 MR 合成的比例。  
通过使用它，可以将虚拟人物的位置和大小调整为实际的身体尺寸。

### 骨骼变换
```json
/VMC/Ext/Bone/Pos (string){name} (float){p.x} (float){p.y} (float){p.z} (float){q.x} (float){q.y} (float){q.z} (float){q.w}  
```

作为模型根的对象的局部姿势名称  
是UnityEngine沿HumanBodyBones的类型名称  
前半部分是Position，后半部分是Quaternion

所有 HumanBodyBone 都将被发送。还包括 LastBone。  这还将传输手指运动和眼骨。

## UE Remote Control
https://docs.unrealengine.com/5.1/en-US/remote-control-for-unreal-engine/

基于WebSocket

# VMC4UE的实现
## AnimNode
实现：
- FAnimNode_ModifyVMC4UEBones
- FAnimNode_ModifyVMC4UEMorph

![[AnimNode]]

# VMC APP代码参考
- [VirtualMotionCaptureProtocol](https://github.com/sh-akira/VirtualMotionCaptureProtocol)提供了最基础的实现。
- ~~[EasyVirtualMotionCaptureForUnity](https://github.com/gpsnmeajp/EasyVirtualMotionCaptureForUnity)~~
- ThirdParts
	- https://github.com/digital-standard/ThreeDPoseTracker

## VirtualMotionCaptureProtocol
Message方式：
```c#
void Update()
{
	//モデルが更新されたときのみ読み込み
	if (Model != null && OldModel != Model)
	{
		animator = Model.GetComponent<Animator>();
		blendShapeProxy = Model.GetComponent<VRMBlendShapeProxy>();
		OldModel = Model;
	}

	if (Model != null && animator != null && uClient != null)
	{
		//Root
		var RootTransform = Model.transform;
		if (RootTransform != null)
		{
			uClient.Send("/VMC/Ext/Root/Pos",
				"root",
				RootTransform.position.x, RootTransform.position.y, RootTransform.position.z,
				RootTransform.rotation.x, RootTransform.rotation.y, RootTransform.rotation.z, RootTransform.rotation.w);
		}

		//Bones
		foreach (HumanBodyBones bone in Enum.GetValues(typeof(HumanBodyBones)))
		{
			if (bone != HumanBodyBones.LastBone)
			{
				var Transform = animator.GetBoneTransform(bone);
				if (Transform != null)
				{
					uClient.Send("/VMC/Ext/Bone/Pos",
						bone.ToString(),
						Transform.localPosition.x, Transform.localPosition.y, Transform.localPosition.z,
						Transform.localRotation.x, Transform.localRotation.y, Transform.localRotation.z, Transform.localRotation.w);
				}
			}
		}

		//ボーン位置を仮想トラッカーとして送信
		SendBoneTransformForTracker(HumanBodyBones.Head, "Head");
		SendBoneTransformForTracker(HumanBodyBones.Spine, "Spine");
		SendBoneTransformForTracker(HumanBodyBones.LeftHand, "LeftHand");
		SendBoneTransformForTracker(HumanBodyBones.RightHand, "RightHand");
		SendBoneTransformForTracker(HumanBodyBones.LeftFoot, "LeftFoot");
		SendBoneTransformForTracker(HumanBodyBones.RightFoot, "RightFoot");

		//BlendShape
		if (blendShapeProxy != null)
		{
			foreach (var b in blendShapeProxy.GetValues())
			{
				uClient.Send("/VMC/Ext/Blend/Val",
					b.Key.ToString(),
					(float)b.Value
					);
			}
			uClient.Send("/VMC/Ext/Blend/Apply");
		}

		//Available
		uClient.Send("/VMC/Ext/OK", 1);
	}
	else
	{
		uClient.Send("/VMC/Ext/OK", 0);
	}
	uClient.Send("/VMC/Ext/T", Time.time);

	//Load request
	uClient.Send("/VMC/Ext/VRM", filepath, "");
}

void SendBoneTransformForTracker(HumanBodyBones bone, string DeviceSerial)
{
	var DeviceTransform = animator.GetBoneTransform(bone);
	if (DeviceTransform != null) {
		uClient.Send("/VMC/Ext/Tra/Pos",
	(string)DeviceSerial,
	(float)DeviceTransform.position.x,
	(float)DeviceTransform.position.y,
	(float)DeviceTransform.position.z,
	(float)DeviceTransform.rotation.x,
	(float)DeviceTransform.rotation.y,
	(float)DeviceTransform.rotation.z,
	(float)DeviceTransform.rotation.w);
	}
}
```

Bundle将数据打包成一个Bundle，创建Bundle时会填入一个时间戳。之后
```c#
foreach (HumanBodyBones bone in Enum.GetValues(typeof(HumanBodyBones)))
{
...
 boneBundle.Add(new Message("/VMC/Ext/Bone/Pos",
                            bone.ToString(),
                            Transform.localPosition.x, Transform.localPosition.y, Transform.localPosition.z,
                            Transform.localRotation.x, Transform.localRotation.y, Transform.localRotation.z, Transform.localRotation.w));
...
}
```
Bundle方式：
```c#
 void Update()
    {
        //Only model updated
        if (Model != null && OldModel != Model)
        {
            animator = Model.GetComponent<Animator>();
            blendShapeProxy = Model.GetComponent<VRMBlendShapeProxy>();
            OldModel = Model;
        }

        if (Model != null && animator != null && uClient != null)
        {
            //Root
            var RootTransform = Model.transform;
            if (RootTransform != null)
            {
                uClient.Send("/VMC/Ext/Root/Pos",
                    "root",
                    RootTransform.position.x, RootTransform.position.y, RootTransform.position.z,
                    RootTransform.rotation.x, RootTransform.rotation.y, RootTransform.rotation.z, RootTransform.rotation.w);
            }

            //Bones
            var boneBundle = new Bundle(Timestamp.Now);
            foreach (HumanBodyBones bone in Enum.GetValues(typeof(HumanBodyBones)))
            {
                if (bone != HumanBodyBones.LastBone)
                {
                    var Transform = animator.GetBoneTransform(bone);
                    if (Transform != null)
                    {
                        boneBundle.Add(new Message("/VMC/Ext/Bone/Pos",
                            bone.ToString(),
                            Transform.localPosition.x, Transform.localPosition.y, Transform.localPosition.z,
                            Transform.localRotation.x, Transform.localRotation.y, Transform.localRotation.z, Transform.localRotation.w));
                    }
                }
            }
            uClient.Send(boneBundle);

            //Virtual Tracker send from bone position
            var trackerBundle = new Bundle(Timestamp.Now);
            SendBoneTransformForTracker(ref trackerBundle, HumanBodyBones.Head, "Head");
            SendBoneTransformForTracker(ref trackerBundle, HumanBodyBones.Spine, "Spine");
            SendBoneTransformForTracker(ref trackerBundle, HumanBodyBones.LeftHand, "LeftHand");
            SendBoneTransformForTracker(ref trackerBundle, HumanBodyBones.RightHand, "RightHand");
            SendBoneTransformForTracker(ref trackerBundle, HumanBodyBones.LeftFoot, "LeftFoot");
            SendBoneTransformForTracker(ref trackerBundle, HumanBodyBones.RightFoot, "RightFoot");
            uClient.Send(trackerBundle);

            //BlendShape
            if (blendShapeProxy != null)
            {
                var blendShapeBundle = new Bundle(Timestamp.Now);

                foreach (var b in blendShapeProxy.GetValues())
                {
                    blendShapeBundle.Add(new Message("/VMC/Ext/Blend/Val",
                        b.Key.ToString(),
                        (float)b.Value
                        ));
                }
                blendShapeBundle.Add(new Message("/VMC/Ext/Blend/Apply"));
                uClient.Send(blendShapeBundle);
            }

            //Available
            uClient.Send("/VMC/Ext/OK", 1);
        }
        else
        {
            uClient.Send("/VMC/Ext/OK", 0);
        }
        uClient.Send("/VMC/Ext/T", Time.time);

        //Load request
        uClient.Send("/VMC/Ext/VRM", vrmfilepath, "");

    }

```