【Unity】10.3 建立类人动画角色

分类：Unity、C#、VS2015

建立日期：2016-05-02

1、简介

Mecanim 动画系统 (Mecanim Animation System) 特别适合使用类人骨架动画。因为类人骨架很是广泛并在游戏中普遍应用，所以Unity 针对类人动画专门提供了专业的工做流程和扩展工具集。

本节主要介绍为模型建立 Avatar 的基本步骤。包括：

（1）建立Avatar。

（2）配置Avatar。

（3）肌肉设定。

（4）动画重定位。

（5）反向动力学。

一、什么是Avatar

Mecanim 系统简化了搭骨架和动画控制的过程。建立动画的基本步骤就是在 Mecanim 理解的简化类人骨骼结构和骨架中的实际骨骼之间创建映射。在Mecanim术语中，将该映射称为 Avatar。

二、动画重定位和反向动力学

因为类人动画的骨骼结构大部分都类似（个别状况例外），好比展现身体、头部和四肢的主要清晰部位等，所以经过实现重定位和反向动力学，还能够将一个类人骨架动画映射到另外一个类人动画。

2、建立Avatar

导入模型文件（例如FBX文件）以后，首先须要在【Model Importer】选项的【装置(Rig)】选项卡中指定装置（Rig）的类型，指定后单击【Apply】，就为其建立了一个Avatar。

要点：

• Model：类人网格模型
• Rig：装置。
• 导入动画模型后，须要先为该模型建立Avatar，而后才能经过脚本控制它。

一、类人动画

对于类人动画，导入动画模型后，建立Avatar的具体步骤以下：在检视器视图中，单击【Model】选项卡“Animation Type”右侧的下拉框，选择【Humanoid】，点击【Apply】。

此时Mecanim 就会自动尝试将现有骨骼结构匹配到 Avatar 的骨骼结构。大多数状况下，Unity都会经过分析装置中骨骼之间的链接来自动完成这一过程。

若是匹配成功，就会在【Configure..】按钮的前面看到一个“√”标记，以下图所示。另外，在成功匹配的状况下，Unity还会自动将 Avatar 的子资源添加到模型资源文件中（能够在工程视图层次视图中看到该资源）。

若是自动 Avatar 建立失败，此时会看到【Configure…】按钮旁边出现一个“Í”标记，以下图所示：

在这种状况下，系统不会自动添加 Avatar 子资源。此时须要手动配置 Avatar。

二、非类人动画

Unity5.3.4提供了两种非类人动画：通用 (Generic) 和旧版 (Legacy)。

通用动画使用 Mecanim 系统导入，但不能使用类人动画可用的额外功能。

旧版动画使用 Unity 在 Mecanim 以前提供的动画系统。在某些状况下，好比你不但愿更新旧Unity工程的版本，在这种状况下，你能够继续使用旧版动画。可是要记住：在新版本的工程中不多使用旧版动画(Legacy)。

3、配置 Avatar

在Mecanim系统中，不论自动建立的Avatar匹配是否成功，都须要进入配置Avatar (Configure Avatar) 模式，这样作的目的是为了确保 Avatar 有效且正确设置。

“有效且正确设置”的含义是：角色的骨骼结构必须匹配 Mecanim 预约义的骨骼结构且将模型摆成 T 字姿式 (T-pose)，这一点很是重要。

一、匹配

前面咱们说过，若是Avatar建立成功，就会在【Configure..】按钮的前面看到一个“√”标记。可是，此时的“成功”仅仅意味着成功匹配了全部须要的骨骼，为了得到更好的结果，你可能还想匹配可选的骨骼，并让模型摆成合适的 T 姿式 (T-pose)。

当单击【Configure...】按钮转到对应的菜单时，编辑器会先弹出一个窗口询问是否要保存当前场景，这是由于在配置 (Configure) 模式下，场景视图 (Scene View) 仅显示所选模型的骨骼、肌肉和动画信息，而不会显示场景的其余部分。

保存当前场景以后，就会在检视器视图看到一个带有骨骼映射的新 Avatar 配置 (Avatar Configuration)。以下图所示：

检视器还会显示哪些骨骼必需的，哪些骨骼是可选的（可选骨骼的运动能够自动用插值计算出来）。

为了让 Mecanim 产生有效的匹配，须要将所需骨骼放在骨架上的恰当位置，不然就可能匹配不成功。另外，为了提升找到匹配 Avatar 的骨骼的成功率，通常都使用反映身体部位的名称为骨骼命名（好比 "LeftArm"、"RightForeArm" 等）。

若是模型不能自动产生有效的匹配，此时须要遵循 Mecanim 在内部使用的相似流程来手动匹配它，步骤以下：

• 采样绑定姿式 (Sample Bind-pose)（尝试让模型更接近其建模时的姿式，一个合理的初始姿式）
• 自动映射 (Automap)（从初始姿式建立一个骨骼映射）
• 强制 T 字姿式 (Enforce T-pose)（强制模型更接近 T 字姿式，这是 Mecanim 动画使用的默认姿式）

若是自动映射彻底失败或者部分失败，则能够经过从场景 (Scene) 或层级视图 (Hierarchy) 中拖出骨骼来为其赋值。

若是 Mecanim 认为某块骨骼合适，该骨骼就会在 Avatar 检视器 (Avatar Inspector) 中显示为绿色，不然显示为红色。

最后，若是骨骼赋值正确，但角色的姿式有错误，此时会看到消息“角色未摆成 T 字姿式 (Character not in T-Pose)”。这种状况下，可以使用强制 T 字姿式 (Enforce T-Pose) 进行修改，或者将剩余的骨骼旋转成 T 字姿式。

二、类人模板 (Human Template) 文件

以将骨架中骨骼与 Avatar 的映射在磁盘上保存的扩展名为“.ht”的文件称为类人模板(Human Template)文件，这些文件能够由使用此映射的任何角色重复使用。

扩展名为“.ht”的模板文件十分有用，例如当动画对全部骨架使用一致的布局和命名约定，但 Mecanim 不知道如何解释它时，你就能够对每一个模型加载 (Load)扩展名为“.ht”的文件。这样作的好处是，只须要手动从新映射一次就好了。

4、肌肉设定

Mecanim 可以让你使用肌肉 (Muscles) 来控制不一样骨骼的活动范围。

正确配置 Avatar 后，就意味着Mecanim已经“理解”了骨骼结构，此时就能够在 Avatar 检视器 (Avatar Inspector) 的肌肉 (Muscles) 选项卡中工做。在这里，能够很是轻松地调整角色的活动范围，确保角色以逼真的方式扭曲，避免过分造做或自我重叠。以下图所示：

一、肌肉设置（Per-Muscle Setting）

经过Per-Muscle Setting选项卡下的视图，能够一个一个地调整身体（视图下部）中的每块骨骼，或使用一次操做若干块骨骼的预约义扭曲（视图上部）来操做角色。

二、肌肉剪辑

在动画 (Animation) 选项卡中，还能够设置肌肉剪辑 (Muscle Clips) - 它们是针对特定肌肉和肌肉组的动画。

也能够定义这些肌肉剪辑应用于身体的哪一个部位:

5、Avatar 身体遮蔽 (Body Mask)

在网格导入检视器的动画 (Animation) 选项卡和动画层 (Animation Layer) 中，可使用身体遮蔽 (Body Mask) 在动画中有选择性地启用或禁用特定身体部位。

使用身体遮蔽能够调整动画以便更加符合角色的特定要求。例如，你可能具备同时包括手臂和腿运动的标准行走动画，不过若是角色使用双手运送大型物体，不但愿其手臂在其行走时在两侧摆动，此时可经过在身体遮蔽中关闭手臂移动来仍旧使用标准行走动画。

使用身体遮蔽的好处是：

（1）有助于减小内存开销，由于不活动的身体部位无需关联动画曲线。

（2）不使用的曲线无需在播放过程当中进行计算，这有助于减小动画的 CPU 开销。

一、反向运动（IK：Inverse Kinematics）

身体部位包括：头、左臂、右臂、左手、右手、左腿、右腿和脚（经过脚下的“阴影”表示）。在身体遮蔽中，还能够切换手和脚的反向运动（Inverse Kinematics，简称IK） ，这会肯定是否在动画混合中包括 IK 曲线。

（1）单击 Avatar 部分可切换包括（绿色）或排除（红色）。

（2）在 Avatar 周围的空白空间中双击可所有切换。

下图是身体遮蔽检视器中的身体遮蔽（排除了手臂）：

在网格导入检视器动画(Animation) 选项卡中，会看到标题为片断 (Clips) 的列表，其中包含对象的全部动画片断。从该列表中选择一个项目时，会显示该片断的选项，包括身体遮蔽编辑器。

二、身体遮蔽资源

还能够建立身体遮蔽资源，步骤是：【资源 (Assets)】->【建立 (Create)】->【Avatar身体遮蔽 (Avatar Body Mask)】，这些资源会在磁盘上显示为 .mask 文件。

BodyMask 资源能够在动画器控制器 (Animator Controller) 中重复使用，即：在指定 动画层 (Animation Layer)时可重复使用。

6、动画重定位

Mecanim 最强大的功能之一是重定位类人动画。这意味着，你能够相对轻松地将相同动画集应用到各类角色模型上。

重定位只可用于已经配置了Avatar的类人模型，由于这样才能在模型的骨骼结构之间创建对应关系。

一、推荐的层级视图 (Hierarchy) 结构

使用 Mecanim 动画时，场景中应该包含如下元素：-

l 导入的 (Imported) 角色模型，其中包含 Avatar。

l 动画器组件 (Animator Component)，经过引用动画控制器 (Animator Controller) 资源获得的。

l 动画片断集，经过引用动画控制器 (Animator Controller)获得的。

l 角色的控制脚本。

l 角色相关的组件，例如动画控制器 (Animator Controller)。

你的工程也应该包含另外一个含有有效 Avatar 的角色模型。

二、推荐的设置

在包含角色相关 (Character-related) 组件的层级视图 (Hierarchy) 中建立一个游戏对象 (GameObject)：

将模型与动画器 (Animator) 组件一块儿做为游戏对象 (GameObject) 的子对象：

确保引用动画器 (Animator) 的脚本正在寻找子对象中的动画器，而非根。即便用GetComponentInChildren<Animator>() 来代替 GetComponent<Animator>()。

为了在另外一个模型上再次使用相同的动画，须要：

• 禁用原始模型
• 将所需模型做为游戏对象 (GameObject) 的另外一个子对象加入

确保新模型的动画器控制器 (Animator Controller) 属性引用相同的控制器资源：

调整角色控制器、变换和顶层游戏对象 (GameObject) 的其余属性，以确保动画可以顺利地使用新模型。

完成设置！最终获得的效果以下：

7、反向动力学 (Inverse Kinematics)（仅限专业版 (Pro)）

大多数动画经过旋转调整骨架中关节的角度为预约值来制做。子关节的位置根据其父关节的旋转而改变，所以，关节链的端点由其所包含的单个关节的角度和相对位置决定。这种构成骨架的方法称为正向动力学。

所以，从相反的角度查看构成关节的任务一般十分有用 – 在空间中给出一个选择的位置，而后对其逆向操做，找到一种定向关节的有效方式，这样端点就落在该位置。这种方式称为反向动力学 (Inverse Kinematics) (IK)，Mecanim中的IK可用于任何含有正确配置 Avatar 的类人角色。

当想要角色在用户选择的某一点触摸一个物体或者将角色双脚稳稳地固定在不平坦的表面上时，反向动力学这种方式很是有效。

要为角色设置IK，一般须要拥有与角色互动的场景四周的物体，而后经过脚本设置 IK，特别是经过此类提供地方法实现动画器 (Animator) 功能。例如：SetIKPositionWeight、SetIKRotationWeight、 SetIKPosition、 SetIKRotation、 SetLookAtPosition、 bodyPosition、 bodyRotation

上图展现了一个角色正抓住一个圆柱形物体。如何才能作到这一点？答案是：先从一个拥有有效 Avatar 的角色入手，而后向该角色附加一个处理 IK 的脚本（IKCtrl.cs），该文件的C#代码以下：

using UnityEngine;
using System;
using System.Collections;

[RequireComponent(typeof(Animator))]  
public class IKCtrl :MonoBehaviour
{
    protected Animator animator;
    public bool ikActive = false;
    public Transform rightHandObj = null;
    void Start () 
    {
        animator = GetComponent<Animator>();
    }

//a callback for calculating IK
    void OnAnimatorIK()
    {
          if(animator) {

            if(ikActive) {
//if the IK is active, set the position and rotation directly to the goal. 

//weight = 1.0 for the right hand means position and rotation will be at the IK goal (the place the character wants to grab)
                animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.RightHand,1.0f);
                animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.RightHand,1.0f);

                if(rightHandObj != null) {
                    //设置右手的位置和旋转
    animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.RightHand,rightHandObj.position);
    animator.SetIKRotation(AvatarIKGoal.RightHand,rightHandObj.rotation);
                }
            }
            else {            
               //若是IK未激活，还原原来的右手位置和旋转
                animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.RightHand,0);
                animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.RightHand,0);                
            }
        }
    }      
}

因为咱们不打算让角色用手抓住“整个”物体，因此在圆柱体上放置了一个能够用手抓的球体，并相应转动该球体。

下图是该球体而后被列为 IKCtrl 脚本的“右手对象 (Right Hand Obj)”的属性：

点击 IKActive 复选框，观察角色抓取、松开物体的过程。