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title: UE5动画重定向核心逻辑笔记
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date: 2023-08-18 18:08:12
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tags:
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rating: ⭐
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# 前言
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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）
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- 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。
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- FIKRetargetBatchOperation::RetargetAssets()：重定向资产逻辑。
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- 复制所有曲线轨道（不含数值）。
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- 设置Skeleton与PreviewMesh资产。
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- 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。
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- ConvertAnimation()
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- 替换动画蓝图并且编译。
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# ConvertAnimation()
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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
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- 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。
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- RootRetargeter：根骨骼重定向器。
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- ChainPairsIK、ChainPairsFK：用于FK与IK的骨骼链数据。
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- UIKRigProcessor：IK重定向处理器。
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- 所有FIKRigGoal
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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：
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- 获取动画帧数，并且重新构建骨骼动画数据轨道。
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- 取得速度曲线。
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- 之后对每一帧Pose进行重定向，主要是的逻辑是：
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- 取得当前帧Pose，并将其转化WorldSpace。
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- UIKRetargetProcessor Processor->RunRetargeter()
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- 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。
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- 调用IAnimationDataController的AddBoneTrack() & SetBoneTrackKeys()给资产设置上关键帧。
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# RunRetargeter()
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此为核心重定向逻辑，分为RunRootRetarget()、RunFKRetarget()、RunIKRetarget()、RunPoleVectorMatching()。
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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。
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## RunRootRetarget()
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FRootRetargeter::EncodePose()：
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取得输入的根骨骼Transform数据并给`FRootSource Source`赋值。
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FRootRetargeter::DecodePose()：
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```c++
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FVector Position;
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{
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// 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
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const FVector RetargetedPosition = Source.CurrentPositionNormalized * Target.InitialHeight;
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// 根据RetargetSetting中设置的BlendToSourceWeights与BlendToSource，与SourcePosition进行混合。
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Position = FMath::Lerp(RetargetedPosition, Source.CurrentPosition, Settings.BlendToSource*Settings.BlendToSourceWeights);
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// 应用vertical / horizontal的缩放
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FVector ScaledRetargetedPosition = Position;
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ScaledRetargetedPosition.Z *= Settings.ScaleVertical;
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const FVector HorizontalOffset = (ScaledRetargetedPosition - Target.InitialPosition) * FVector(Settings.ScaleHorizontal, Settings.ScaleHorizontal, 1.0f);
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Position = Target.InitialPosition + HorizontalOffset;
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// 应用RetargetSetting中Position偏移。
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Position += Settings.TranslationOffset;
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// blend with alpha
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Position = FMath::Lerp(Target.InitialPosition, Position, Settings.TranslationAlpha);
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// 记录偏差
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Target.RootTranslationDelta = Position - RetargetedPosition;
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}
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FQuat Rotation;
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{
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// 计算Source的旋转偏差值
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const FQuat RotationDelta = Source.CurrentRotation * Source.InitialRotation.Inverse();
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// 将偏移加到Target上
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const FQuat RetargetedRotation = RotationDelta * Target.InitialRotation;
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// 将RetargetSetting上的旋转偏差值加上。
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Rotation = RetargetedRotation * Settings.RotationOffset.Quaternion();
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Rotation = FQuat::FastLerp(Target.InitialRotation, Rotation, Settings.RotationAlpha);
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Rotation.Normalize();
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// 记录Target的旋转偏差值
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Target.RootRotationDelta = RetargetedRotation * Target.InitialRotation.Inverse();
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}
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// 将数据应用到根骨骼上
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FTransform& TargetRootTransform = OutTargetGlobalPose[Target.BoneIndex];
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TargetRootTransform.SetTranslation(Position);
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TargetRootTransform.SetRotation(Rotation);
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```
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## RunFKRetarget()
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遍历所有骨骼链，并执行FChainEncoderFK::EncodePose()与FChainDecoderFK::DecodePose()。
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FChainEncoderFK::EncodePose()：
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1. 遍历所有骨骼，复制SourceGlobalPose到**CurrentGlobalTransforms**
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2. Resize CurrentLocalTransforms
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3. FillTransformsWithLocalSpaceOfChain() 转换成LocalSpace数据。
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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）
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2. 计算相对Transform后放入对应ChainIndex的OutLocalTransforms中。
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4. 根据ChainParentBoneIndex，将父骨骼Transform赋予给ChainParentCurrentGlobalTransform。
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FChainDecoderFK::DecodePose()：
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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）
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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。
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3. 如果禁用FK重定向，则返回当前WorldSpace Transform并且return。
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4. 计算Source & Target 骨骼链开始Index。
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5. 开始遍历所有骨骼。
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1. 取得Target骨骼Index以及InitialTransform。
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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。
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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]]。
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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()
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3. 计算旋转值SourceCurrentRotation、SourceInitialRotation => RotationDelta TargetInitialRotation => **OutRotation**。
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4. 计算当前TargetBone的父骨骼 ParentGlobalTransform。
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5. 根绝设置的FK TranslationMode，计算出 **OutPosition**。
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6. 计算OutScale = SourceCurrentScale + (TargetInitialScale - SourceInitialScale)，计算出**OutScale**。
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7. 对应index的`CurrentGlobalTransforms[ChainIndex]`/`InOutGlobalPose[BoneIndex]`赋值。
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6. 进行一些后处理计算，默认状态下跳过。
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## 插值计算
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```c++
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FTransform FChainDecoderFK::GetTransformAtParam(
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const TArray<FTransform>& Transforms,
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const TArray<float>& InParams,
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const float& Param) const
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{
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if (InParams.Num() == 1)
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{
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return Transforms[0];
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}
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if (Param < KINDA_SMALL_NUMBER)
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{
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return Transforms[0];
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}
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if (Param > 1.0f - KINDA_SMALL_NUMBER)
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{
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return Transforms.Last();
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}
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for (int32 ChainIndex=1; ChainIndex<InParams.Num(); ++ChainIndex)
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{
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const float CurrentParam = InParams[ChainIndex];
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if (CurrentParam <= Param)
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{
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continue;
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}
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//关键在这
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const float PrevParam = InParams[ChainIndex-1];
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const float PercentBetweenParams = (Param - PrevParam) / (CurrentParam - PrevParam);
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const FTransform& Prev = Transforms[ChainIndex-1];
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const FTransform& Next = Transforms[ChainIndex];
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const FVector Position = FMath::Lerp(Prev.GetTranslation(), Next.GetTranslation(), PercentBetweenParams);
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const FQuat Rotation = FQuat::FastLerp(Prev.GetRotation(), Next.GetRotation(), PercentBetweenParams).GetNormalized();
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||
const FVector Scale = FMath::Lerp(Prev.GetScale3D(), Next.GetScale3D(), PercentBetweenParams);
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return FTransform(Rotation,Position, Scale);
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}
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checkNoEntry();
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return FTransform::Identity;
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}
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``` |