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UE5动画重定向核心逻辑笔记	2023-08-18 18:08:12			⭐

前言

最近研究过了一下UE的重定向逻辑，所以写点笔记作为记录。（IK部分没有去看）

• FIKRetargetBatchOperation::RunRetarget()：编辑器调用的重定向函数。主要是复制对应需要重定向资产并且进行重定向，之后通知UI。
• FIKRetargetBatchOperation::RetargetAssets()：重定向资产逻辑。
  • 复制所有曲线轨道（不含数值）。
  • 设置Skeleton与PreviewMesh资产。
  • 提前调用重定向资产的PostEditChange()，以避免编辑后钩子函数被调用，产生依赖顺序问题。
  • ConvertAnimation()
  • 替换动画蓝图并且编译。

ConvertAnimation()

一开始是一些初始化逻辑，主要的是调用UIKRetargetProcessor的Initialize()。里面初始化了

• SourceSkeleton & TargetSkeleton：用于重定向计算用的数据载体，存储了骨骼链、骨骼、当前重定向Pose等数据。
• RootRetargeter：根骨骼重定向器。
• ChainPairsIK、ChainPairsFK：用于FK与IK的骨骼链数据。
• UIKRigProcessor：IK重定向处理器。
• 所有FIKRigGoal

从FRetargetSkeleton& SourceSkeleton & FTargetSkeleton& TargetSkeleton获取对应参数来进行之后的动画资产重定向循环，循环逻辑如下：

• 获取动画帧数，并且重新构建骨骼动画数据轨道。
• 取得速度曲线。
• 之后对每一帧Pose进行重定向，主要是的逻辑是：
  • 取得当前帧Pose，并将其转化WorldSpace。
  • UIKRetargetProcessor Processor->RunRetargeter()
  • 将重定向完的结果转化成LocalSpace，并且将每个骨骼的数据放入对应骨骼动画数据轨道。
  • 调用IAnimationDataController的AddBoneTrack() & SetBoneTrackKeys()给资产设置上关键帧。

RunRetargeter()

此为核心重定向逻辑，分为RunRootRetarget()、RunFKRetarget()、RunIKRetarget()、RunPoleVectorMatching()。

重定向数据会直接修改TargetSkeleton的Pose数据。Root与FK重定向执行完之后会调用UpdateGlobalTransformsBelowBone()更新后续骨骼的WorldSpace Transform。

RunRootRetarget()

FRootRetargeter::EncodePose()： 取得输入的根骨骼Transform数据并给FRootSource Source赋值。

FRootRetargeter::DecodePose()：

FVector Position;  
{  
    // 关键：InitialTransform 为重定向Pose计算出的数值，通过比值计算出Target的Current数值
    const FVector RetargetedPosition = Source.CurrentPositionNormalized * Target.InitialHeight;  
    // 根据RetargetSetting中设置的BlendToSourceWeights与BlendToSource，与SourcePosition进行混合。
    Position = FMath::Lerp(RetargetedPosition, Source.CurrentPosition, Settings.BlendToSource*Settings.BlendToSourceWeights);  
  
    // 应用vertical / horizontal的缩放  
    FVector ScaledRetargetedPosition = Position;  
    ScaledRetargetedPosition.Z *= Settings.ScaleVertical;  
    const FVector HorizontalOffset = (ScaledRetargetedPosition - Target.InitialPosition) * FVector(Settings.ScaleHorizontal, Settings.ScaleHorizontal, 1.0f);  
    Position = Target.InitialPosition + HorizontalOffset;  
    // 应用RetargetSetting中Position偏移。
    Position += Settings.TranslationOffset;  
  
    // blend with alpha  
    Position = FMath::Lerp(Target.InitialPosition, Position, Settings.TranslationAlpha);  
  
    // 记录偏差
    Target.RootTranslationDelta = Position - RetargetedPosition;  
}  
  
FQuat Rotation;  
{  
	// 计算Source的旋转偏差值
    const FQuat RotationDelta = Source.CurrentRotation * Source.InitialRotation.Inverse();  
    // 将偏移加到Target上
    const FQuat RetargetedRotation = RotationDelta * Target.InitialRotation;  
  
    // 将RetargetSetting上的旋转偏差值加上。
    Rotation = RetargetedRotation * Settings.RotationOffset.Quaternion();  
  
    Rotation = FQuat::FastLerp(Target.InitialRotation, Rotation, Settings.RotationAlpha);  
    Rotation.Normalize();  
  
    // 记录Target的旋转偏差值
    Target.RootRotationDelta = RetargetedRotation * Target.InitialRotation.Inverse();  
}  
  
// 将数据应用到根骨骼上
FTransform& TargetRootTransform = OutTargetGlobalPose[Target.BoneIndex];  
TargetRootTransform.SetTranslation(Position);  
TargetRootTransform.SetRotation(Rotation);

RunFKRetarget()

遍历所有骨骼链，并执行FChainEncoderFK::EncodePose()与FChainDecoderFK::DecodePose()。

FChainEncoderFK::EncodePose()：

1. 遍历所有骨骼，复制SourceGlobalPose到CurrentGlobalTransforms
2. Resize CurrentLocalTransforms
3. FillTransformsWithLocalSpaceOfChain() 转换成LocalSpace数据。
   1. 遍历所有骨骼链，取得对应骨骼的Index以及父骨骼Index。（跳过根骨骼）
   2. 计算相对Transform后放入对应ChainIndex的OutLocalTransforms中。
4. 根据ChainParentBoneIndex，将父骨骼Transform赋予给ChainParentCurrentGlobalTransform。

FChainDecoderFK::DecodePose()：

1. 更新IntermediateParentIndices的所有Index的父骨骼WorldSpace Transform。用来更新重定向后哪些不属于骨骼链的骨骼的WorldSpace Transform。（在InitializeBoneChainPairs() -> InitializeIntermediateParentIndices()中初始化）
2. 从根骨骼开始重定向，以保证最后结果不会发生偏差。计算了Source/Target InitialDelta、Target 根骨骼 Transform后，将两者相乘，最后应用给所有Source骨骼链。
3. 如果禁用FK重定向，则返回当前WorldSpace Transform并且return。
4. 计算Source & Target 骨骼链开始Index。
5. 开始遍历所有骨骼。
   1. 取得Target骨骼Index以及InitialTransform。
   2. 根据设置的FK的旋转模式执行对应逻辑（默认为插值模式，也就是他实现了骨骼链的不同数量骨骼间的重定向匹配）。计算SourceCurrentTransform与SourceInitialTransform。
      1. 使用Target的Params（骨骼长度百分比）来插值计算出Source的Transform。参考#插值计算。
      2. Params的计算在FChainFK::CalculateBoneParameters()，可以看得出就是根据当前骨骼长度/总长度计算百分比，最后加入Params。该函数的调用堆栈为：UIKRetargetProcessor::Initialize() => UIKRetargetProcessor::InitializeBoneChainPairs() => FRetargetChainPairFK::Initialize() => FChainFK::Initialize()
   3. 计算旋转值SourceCurrentRotation、SourceInitialRotation => RotationDelta TargetInitialRotation => OutRotation。
   4. 计算当前TargetBone的父骨骼 ParentGlobalTransform。
   5. 根绝设置的FK TranslationMode，计算出 OutPosition。
   6. 计算OutScale = SourceCurrentScale + (TargetInitialScale - SourceInitialScale)，计算出OutScale。
   7. 对应index的CurrentGlobalTransforms[ChainIndex]/InOutGlobalPose[BoneIndex]赋值。
6. 进行一些后处理计算，默认状态下跳过。

插值计算

FTransform FChainDecoderFK::GetTransformAtParam(
	const TArray<FTransform>& Transforms,
	const TArray<float>& InParams,
	const float& Param) const
{
	if (InParams.Num() == 1)
	{
		return Transforms[0];
	}
	
	if (Param < KINDA_SMALL_NUMBER)
	{
		return Transforms[0];
	}

	if (Param > 1.0f - KINDA_SMALL_NUMBER)
	{
		return Transforms.Last();
	}

	for (int32 ChainIndex=1; ChainIndex<InParams.Num(); ++ChainIndex)
	{
		const float CurrentParam = InParams[ChainIndex];
		if (CurrentParam <= Param)
		{
			continue;
		}

		//关键在这
		const float PrevParam = InParams[ChainIndex-1];
		const float PercentBetweenParams = (Param - PrevParam) / (CurrentParam - PrevParam);
		const FTransform& Prev = Transforms[ChainIndex-1];
		const FTransform& Next = Transforms[ChainIndex];
		const FVector Position = FMath::Lerp(Prev.GetTranslation(), Next.GetTranslation(), PercentBetweenParams);
		const FQuat Rotation = FQuat::FastLerp(Prev.GetRotation(), Next.GetRotation(), PercentBetweenParams).GetNormalized();
		const FVector Scale = FMath::Lerp(Prev.GetScale3D(), Next.GetScale3D(), PercentBetweenParams);
		
		return FTransform(Rotation,Position, Scale);
	}

	checkNoEntry();
	return FTransform::Identity;
}