2. 邏輯數據的獲取

public interface IAnimDataProvider
{
float GetFloat(string key);
float GetFloat(int keyId);
int GetInt(string key);
int GetInt(int keyId);
bool GetBool(string key);
bool GetBool(int keyId);
int GetStateId(int stateGroupId);
int GetStateId(string stateGroupName);
}


使用這個介面就可以通過給定的關鍵字（key）去獲取相應的數據，以及獲取給定的一個狀態機的當前狀態。具體的數據類可以實現這個介面，每一幀由業務邏輯填充好數據。

為什麼每個函數有兩個重載版本呢？這是仿照Animator和Material中查找屬性的思路，如果具體數據提供者類是以散列表（如 Dictionary）實現，其關鍵字可用int而非String，使用的時候可以將 key 用 Animator.StringToHash 轉換為int緩存起來，以提高性能。畢竟求string的散列值比較費時。

未來還可以仿照 Animator 加入觸發器類型的功能。

3. 動畫圖資產和動畫圖實例

public abstract class AnimGraphAsset : ScriptableObject
{
public abstract IAnimGraphInstance CreateInstance(IAnimDataProvider animDataProvider,
TransformBindingCollection transformBindings,
Animator animator, PlayableGraph playableGraph);
}


從上面代碼可以看出，它可以根據若干參數構造出 IAnimGraphInstance 的具體對象。IAnimGraphInstance 類似下面的代碼：

public interface IAnimGraphInstance
{
// 動畫圖銷毀時做必要的清理。
void Shutdown();

// 設置 this 表示的動畫子圖的輸入。
void SetPlayableInput(int portId, Playable playable, int playablePort);

// 獲取 this 表示的動畫子圖的輸出。
void GetPlayableOutput(int portId, ref Playable playable, ref int playablePort);

// 輪詢。
void Update(float deltaTime);
}

AnimGraphAsset 的每個具體子類中，可以留配置數據欄位，並且要有一個實現介面 IAnimGraphInstance 的子類用於 AnimGraphAsset.CreateInstance 返回。AnimGraphAsset 資產文件之間可以具有無環的依賴，以便 AnimController 可以在運行時，遞歸的創建必須的 IAnimGraphInstance 子類的實例，並將它們連成樹狀。

舉例來說，角色四方向的移動需要一個混合節點，站立和四方向移動的混合又是根據 IAnimDataProvider 中讀到的某個狀態確定的。因此可以考慮一下幾種 AnimGraphAsset：

• AnimGraph_Clip：很通用很簡單的節點，只是封裝一個 AnimationClip 以及相應的 AnimationClipPlayable。
• AnimGraph_Move4Dir：四方向動作融合。持有四個 AnimationClip，和一個表示移動方向角欄位的關鍵字（用於從 IAnimDataProvder 裏讀移動方向角的值），並在其 AnimGraphInstance 內部類（實現 IAnimGraphInstance 介面）中實現混合或切換這四個 Clip 的邏輯。下圖是一個實際用例（忽略 Working Mode 部分）。

• AnimGraph_StateSelector（狀態選擇器）：很通用的節點，根據一個狀態關鍵字（用於從 IAnimDataProvider中讀取相應的狀態 ID），以及每個狀態對應的AnimGraphAsset，來選擇一個 AnimGraphAsset 來執行。為了平滑過渡，其中的AnimGraphInstance類可以實現這個漸變的過程（可以參考(1)中這個功能的實現方式）。下圖是一個實際用例：根據IAnimDataProvider中的 LocomotiveState 狀態來選擇一個動畫圖資產進行播放。

4.動畫控制器（AnimController）類——整個系統的中樞

AnimController繼承自MonoBehaviour，持有數據的引用、Animator、節點綁定集合等（以便提供給AnimGraphAsset以及IAnimGraphInstance），並持有一個作為根的AnimGraphAsset。

• 初始化時，創建PlayableGraph對象，調用這個根Asset的CreateInstance，得到根資產對應的 IAnimGraphInstance，其中應該遞歸的，創建被依賴的資產的AnimGraphInstance，設置它們的內部封裝的Playable的輸入輸出。這之後，PlayableGraph就可以開始播放了。
• 運行時，每一個Update都是調用根圖實例的Update，裡面遞歸的調用各個子節點的Update。
• 結束時，將PlayableGraph銷毀，並遞歸調用各個圖實例的Shutdown方法進行清理（這主要是為了清理各個圖實例中可能使用的NativeArray）。

5. 動畫圖資產、實例和Playable的關係

設有 A, B, C 三種動畫圖資產類，其.asset文件有如下依賴關係（這種依賴關係體現在編輯器拖拽的序列化欄位上，箭頭方向表示持有/依賴）。

運行時代碼中，D的CreateInstance方法將多態地調用B和C的CreateInstance，後兩者各自要調用A 的CreateInstance。因此作為PlayableGraph的子圖，各個IAnimGraphInstance的關係如下所示。

這裡，箭頭表示的就是獲取輸入的來源。即D的輸入是B,C的輸出,B,C的輸入分別是兩個A實例的輸出。由於每個IAnimGraphInstance表示的是PlayableGraph的一部分，一般都會有一個Playable作為根節點（用於輸出到下一級），除此可能有若干其他Playable以代碼指定的方式連接起來。最終的 PlayableGraph大致是下面這個樣子。

---

其他動畫圖資產

1. 線性連接

除了狀態選擇器（AnimGraph_StateSelector），目前我還照搬了(1)中的 AnimGraph_Stack，這是將其依賴的若干AnimGraphAsset線性連接，將前一個作為後一個的輸入。運行的時候，就是第i個 AnimGraphAsset生成的IAnimGraphInstance的輸出（即實現GetOutputPlayable方法得到的Playable的輸出）作為第i+1個AnimGraphAsset生成的IAnimGraphInstance的輸入（實現 SetInputPlayable方法）。

2. 持槍的上下半身融合

這裡嘗試了運行時動態改變Playable之間的連接。

在角色空手的站立和四向跑融合得到結果（記為 x）之後，希望根據它所持武器，將相應的上半身動畫和 x 融合。設該模塊的 IAnimationGraphInstance 子類中，最終輸出的Playable為out（這裡使用一個AnimationLayerMixerPlayable以便使用AvatarMask）。將x的輸出Playable連接out的輸入埠0，將第k種武器（k>=1）的持槍動畫（或者持槍動畫和射擊動畫的選擇結果）的Playable輸出連接 out的輸入埠k。對於k>0的情況，設置層（也就是輸入埠k的AvatarMask）即可。

3. 目視方向和瞄準的IK

這裡分了三個階段實現，每個階段對應一個AnimationScriptPlayable。

• 階段一：使用Humanoid自帶的IK來實現目視方向的IK。在此階段的Animation Job的ProcessAnimation方法中，類似如下實現。

var humanStream = stream.AsHuman();
humanStream.SetLookAtPosition(targetPos);
humanStream.SetLookAtEyesWeight(EyesWeight);
humanStream.SetLookAtHeadWeight(HeadWeight);
humanStream.SetLookAtBodyWeight(BodyWeight);
humanStream.SetLookAtClampWeight(ClampWeight);
humanStream.SolveIK();


• 階段二：轉動右肩膀，將槍的朝向指向目標點。
• 階段三：利用Humanoid自帶的IK功能來實現左手IK到槍上的指定參考點（Effector）。

這個實現有幾個問題：

• 執行兩次Humanoid IK，性能還不知道如何。
• 多次執行Humanoid IK還有一個問題，就是後面的執行要清空前面使用的參數。必須階段三需要把階段一設置過的那些權重參數都置為0。目前我自己實現了一個擴展方法用於清理IK數據，但希望這件事能有更好的做法。在我的理解中，PlayableGraph模糊了動畫的FK pass和IK pass，並不限制IK在哪裡做，也不限制次數。
• 階段三中，如果直接使用槍上的某個子節點作為參考點，則相應Animation Job只能使用TransformSceneHandle來訪問這個節點，而不能使用TransformStreamHandle (2)，因為這個節點並不在當前Animator控制的層次結構中。而使用TransformSceneHandle有一個很嚴重的問題，就是你在下一幀才能獲取它在當前幀的坐標（或者至少是在LateUpdate中？），這就導致左手總是落後於槍的位置。因此，需要由動畫師來將這個參考點做在人身上，或者根據已有的某個節點，配置一個局部坐標和局部旋轉，計算出參考點的位置。對於後者，由於Animation Job中無法使用變換矩陣，所以只能（在所有節點Scale都是1的情況下）如下計算：

var effectorRot = OtherHandEffector.GetRotation(input);
var goalPos = OtherHandEffector.GetPosition(input) + effectorRot * OtherHandEffectorLocalOffset;
var goalRot = effectorRot * OtherHandEffectorLocalRotation;


其他問題

1. 模型導入

導入模型FBX的時候，需要採取如下設置。

此後展開模型FBX資產，可以看到下面有一個Avatar子節點。

這裡有兩個額外的問題：

• 按人形做Rigging會有一個Optimize Game Objects選項，勾選後可以不暴露任何子節點或者只暴露需要的子節點。但是在這種情況下，Animator無法將這些子節點綁定成TransformStreamHandle，因此在動畫圖更新過程中手動調整骨骼位置和旋轉（如上面調整肩膀的旋轉以將武器瞄準到正確方向的功能）就無法實現。因此，目前沒有打開這個選項。
• 需要點擊Configure... 按鈕進入Avatar配置場景後，除了要檢查骨骼層級結構是否映射正確，還要確定模型處於T-pose。如果模型不在T-pose上，則需要在骨骼映射下方的Pose下拉菜單中選取Enforce T-pose項強製為T-pose。不這樣做會導致動畫播放不正常。

2. 動畫導入

導入動畫FBX時，上面這個Rig標籤頁就需要將Avatar Definition改為Copy From Other Avatar，意為使用其他的Avatar。選次項後將上面生成的Avatar子節點拖上去即可。

為了使得根節點沒有動畫曲線，除了需要在Animator上去掉Apply Root Motion選項，對於使用了 Humanoid導入的動畫，還需要在FBX文件Inspector中，選中動畫選項卡，做如下設置：

如果只是在Animator上去掉了Apply Root Motion，而沒有做上述設置，Unity仍然在計算時將一部分曲線算在根節點上，只是沒有應用到渲染結果上，於是動畫看起來會是很怪異的。

3. Animation Job的可用性

實際上這是產品化問題。我們不知道Unity什麼時候會將Animation Job正式推出，目前它畢竟是試驗性代碼，在名字空間UnityEngine.Experimental.Animation中。另外就是，在這個部分作為正式 API 之前，有沒有一種替代方式，能結合PlayableGraph 實現上面提到的這些功能？

---

參考資料

(1) Unity 官方 FPS Demo

(2) TransformSceneHandle 和 TransformStreamHandle 的區別

(3) Unity 關於 RootMotion 的官方文檔

---

文末，再次感謝加菲教主的分享，如果您有任何獨到的見解或者發現也歡迎聯繫我們，一起探討。（QQ羣：793972859）

也歡迎大家來積極參與U Sparkle開發者計劃，簡稱「US」，代表你和我，代表UWA和開發者在一起！

封面圖來源：Procedural Dance Animation（舞蹈動畫的程序實現實驗）

推薦閱讀：