Использование скелетнойанимации, основаннойна ключевыхкадрах

Взяв каждый ключ и проинтерполировав их значения, вы получите преобразование, используемое для времени, находящегося между ключами. Например, прошло 648 миллисекунд анимации, вы можете проинтерполировать это преобразование так:

// Получить разность матриц

D3DXMATRIX matTransformation = matKey2 - MatKey1;

//Получить время ключей float Key1Time = 500.0f; float Key2Time = 1200.0f;

//Получить разность времен ключей float TimeDiff = Key2Time - Key1Time;

//Получить скаляр, используя время анимации и разность времен float Scalar = (648.0f - Key1Time) / TimeDiff;

//Вычислить интерполированную матрицу преобразования matTransformation *= Scalar;

matTransformation += matKey1;

Вот и все! Теперь в матрице matTransformation содержится интерполированное преобразование, которое вы применяете к костям для синхронизации анимации! Для увеличения точности интерполяции вы можете использовать значения перемещения, вращения и масштабирования вместо матриц преобразования. Я расскажу как это делать немного позже, а пока давайте вернемся к шаблону Animation, с которым вам предстоит иметь дело.

Для каждой кости в иерархии должен быть соответствующий ей объект Animation. Сразу же после объявления объекта Animation вы увидите ссылочное имя объекта данных. Данные анимации кости, имеющей это имя, хранятся в предшествующем объекте AnimationKey. Это означает, что в предыдущем примере кости Bip01 и Bip01_LeftArm анимированы.

После ссылки на объект данных следует один или более объектов AnimationKey. Объект AnimationKey определяет используемые костью ключи анимации, которые могут включать ключи перемещения, вращения, масштабирования или преобразования. Давайте рассмотрим каждый тип ключа и способы хранения их информации в объекте более подробно.

Работа с четырьмя типами ключей

Пока что вы можете использовать четыре типа ключей в наборах анимаций, определяемых значением от 0 до 4, приведенном в .X файле после ссылки фрейма шаблона AnimationKey. Этими четырьмя значениями ключей являются:

154

Глава 5

•Ключи вращения (тип 0). Это кватернионы, хранимые в виде w, х, у и z.

•Ключи масштабирования (тип 1). Вы можете использовать эти ключи для анимирования процесса масштабирования. Ключи масштабирования используют три компонента для масштабирования по осям х, у и z.

•Ключи перемещения (тип 2). Эти ключи задают положение в трехмерном пространстве, используя координаты х, у и z. Вы можете хранить эти три значения как вектор.

•Ключи матрицы преобразования (тип 4). Вы можете использовать этот ключ для объединения всех преобразований в матрицу. Этот ключ использует 16 вещественных значений, представляющих собой однородную матрицу преобразования 4x4.

Возвращаясь к предыдущим объектам Animation, вы можете увидеть, что самый первый объект AnimationKey (который влияет на кость Bip01) определяет ключ матрицы преобразования (представленный значением 4) так:

{Bip01} AnimationKey {

4;

3;

0; 16; 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000;;,

1000; 16; 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000;;,

2000; 16; 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 0.00000, 1.00000;;;

}

Второй объект AnimationKey (влияющий на кость Bip01_LeftArm) использует три ключа: перемещения (значение 2), масштабирования (значение 1) и вращения (значение 0).

{Bip01_LeftArm} AnimationKey {

0;

1; 0; 4; 1.00000, 0.000000, 0.00000, 0.000000;;;

}

AnimationKey { 1; 1;

0; 4; 1.000000, 1.00000, 1.000000;;;

}

Использование скелетной анимации, основанной на ключевыхкадрах

AnimationKey { 2; 1;

0; 3; 0.000000, 0.00000, 0.000000;;;

}

Как вы уже могли предположить, объект Animation может иметь неограниченное количество объектов AnimationKey, каждый из которых использует определенный тип ключа. После значения типа ключа (0=вращения, 1=масштабирования, 2=перемещения, 4=матрицы) следует количество ключей, используемых для анимирования заданной кости. Для первого набора костей (Bip01) задано три ключа матричного типа, в то время как для оставшегося объекта AnimationKey (влияющего на Bip01_LeftArm), используется только один ключ для каждого типа преобразования (вращения, масштабирования и перемещения).

Далее следуют данные ключей. Первым для каждого ключа является значение времени, заданное в выбираемом вами формате (секундах, миллисекундах, кадрах или любом другом). В моих примерах я всегда задаю время в миллисекундах. После времени следует число, определяющее количество используемых значений ключа. Например, посмотрите на данные ключа:

AnimationKey { 2; // Тип ключа 1; // # ключей

0; // Время ключа 3; // # значений данных ключа

10.00000, 20.00000, 30.00000;;; // данные ключа

}

Первое значение, 2, означает, что ключ используется для хранения перемещения.

1означает, что только один ключ задан. Первый и единственный ключ расположен

вмомент времени, равный 0. После времени идет значение 3, которое указывает, что после него последует три числа (10,20 и 30). Эти три числа представляют собой координаты, используемые для заданного времени анимации.

Возвращаясь к ранее приведенному примеру, вы можете видеть, что первый ключ анимации (ключ преобразования) содержит три матрицы, используемые в моменты времени, равные 0, 1000 и 2000. Именно в эти моменты при анимации вы будете менять матрицы преобразования для кости Bip01.

Что же касается значений времени, находящихся между ключами, вы должны интерполировать матрицы для получения правильного преобразования. На самом деле, вы можете интерполировать любые типы ключей. Самым простым способом интерполирования является использование матрицы преобразования, значений масштабирования, перемещения или вращения ключа анимации, деленное на разность времен между двумя ключами и умноженное на время. Вы могли заметить, что

156

Глава 5

в предыдущем разделе я использовал линейную интерполяцию для матрицы преобразования. Вскоре я покажу, как интерполировать значения перемещения, масштабирования и вращения.

Вот и все что касается AnimationKey! Вам просто необходимо считать каждый ключ, содержащийся в объекте AnimationKey, и наложить его на соответствующее преобразование кости, используя для этого интерполирование матриц во времени.

Хорошо, пока достаточно о шаблонах анимации, объектах, ключах и интерполировании, вернемся к коду. Давайте рассмотрим, как загружать данные анимации в ваши игры. После этого я покажу вам, как с ними работать.

Считывание данных анимации из .X файлов

В главе 3 вы научились загружать меши и иерархии фреймов из .X файлов и использовать иерархии фреймов для деформирования (изменения) меша при визуализации. Целью данной главы является научить вас считывать данные анимации, содержащиеся в .X файлах, чтобы вы могли проигрывать анимации, основанные на ключевых кадрах.

Первым шагом для загрузки данных анимации является рассмотрение используемых шаблонов и создание нескольких классов, хранящих данные шаблонов. Посмотрите на шаблоны, с которыми вы будете работать:

template AnimationKey {

<10DD4 6A8-775B-11cf-8F52-0040333594A3> DWORD keyType;

DWORD nKeys;

array TimedFloatKeys keys[nKeys];

}

template Animation { <3D82AB4F-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433> [AnimationKey]

[AnimationOptions]

[...]

}

template AnimationSet { <3D82AB50-62DA-11cf-AB3 9-0020AF71E433> [Animation]

}

В начале списка расположен AnimationKey, который хранит тип данных ключа анимации, количество значений ключей и сами значения ключей, содержащиеся в массиве объектов TimedFloatKey, которые хранят время, и в массиве вещественных значений, хранимых в виде Время:ЧислоЗначений:Значения...

Использование скелетнойанимации, основанной на ключевыхкадрах

Шаблон Animation содержит объекты типа AnimationKey и AnimationOptions. Заметьте, что шаблон Animation является открытым, потому что ему необходима ссылка на данные фрейма для поиска соответствующей кости.

И, наконец, шаблон AnimationSet, содержащий объекты Animation. Вы можете хранить неограниченное количество анимаций в наборе; обычно для каждой кости используется одна анимация.

Замечание.Хотя шаблон AnimationOptions u не используется в этой книге, он очень полезен, если вы хотите позволить художнику определять настройки проигрывания анимации.ВшаблонеAnimationOptionsвынайдетедвепеременных— openclosed и positionquality. Если openclosed установлен в 0, встроенная в объект анимация не повторяется циклически; значение 1 означает бесконечное повторение анимации. Установкапараметраpositionqualityв 0означает использованиесплайновыхположений, втовремякак 1 означает использованиелинейныхположений. Обычновыустанавливаетеpositionqualityв1.

Вам захочется использовать специализированные классы для хранения данных анимации; эти классы будут очень похожи на шаблон данных анимации. Сначала необходим класс, содержащий значения различных типов ключей - масштабирования, перемещения, вращения и преобразования. Первые два типа ключей, масштабирования и перемещения, используют вектор, так что для них подойдет общий класс.

classcAnimationVectorKey

{

public:

float m_Time; D3DXVECTOR3 m_vecKey;

};

Ключи вращения используют кватернион (четырехмерный вектор)

class cAnimationQuaternionKey

{

public:

float m_Time; D3DXQUATERNION m_quatKey;

};

Наконец, ключ преобразования использует матрицу 4x4.

classcAnimationMatrixKey

{

public:

float m_Time; D3DXMATRIXm_matKey;

};

Замечание.Выможетенайтиклассыанимаций, обсуждаемыевданнойглаве(такжекак и полный исходный код) на компакт-дискекниги.Посмотрите конец этой главы, чтобы получитьдополнительнуюинформациюодемонстрационнойпрограммеBoneAnim.

158

Глава 5

Пока что неплохо. Помните, что каждая кость в анимации имеет собственный список используемых ключей, который хранятся в шаблоне Animation. Для каждой кости в иерархии есть соответствующий объект Animation. Соответствующий класс анимации должен содержать имя кости, к которой он присоединен, количество ключей каждого типа (перемещения, масштабирования, вращения и преобразования), указатель на связанный список данных и указатель на структуру кости (или фрейма), используемую в иерархии. Вам также необходимо создать конструктор и деструктор, который бы очищал данные класса.

class cAnimation

{

public:

char *m_Name; // имя кости

D3DXFRAME *m_Bone; // указатель на кость

cAnimation *m_Next; // следующий объект анимации в списке

// # кол-во и массивы ключей каждого типа DWORD m_NumTranslationKeys; cAnimationVectorKey *m_TranslationKeys; DWORD m_NumScaleKeys; cAnimationVectorKey *m_ScaleKeys;

DWORD m_NumRotationKeys; cAnimationQuaternionKey *m_RotationKeys; DWORD m NumMatrixKeys; cAnimationMatrixKey *m_MatrixKeys;

public:

cAnimation();

~cAnimation();

};

Наконец, шаблон AnimationSet содержит объект Animtation для всей иерархии костей. Все, что на данный момент требуется от класса набора анимаций, - это следить за массивом классов cAnimation (помните, что каждая кость в иерархии имеет соответствующий ей класс cAnimation) и за длиной полной анимации.

class cAnimationSet

{

public:

char *m_Name; // имя анимации DWORD m_Length; // длина анимации

cAnimationSet *m_Next; // следующий набор в связанном списке DWORD m_NumAnimations;

cAnimatTon *m_Animations;

public:

cAnimationSet();

~cAnimationSet();

};

Использование скелетнойанимации, основанной на ключевыхкадрах

Предположив, что вы хотите загрузить за раз больше одного набора анимации, вы можете создать класс, содержащий массив (или даже связанный список) классов cAnimationSet, означая, что вы можете получить доступ ко всем анимациям используя один интерфейс! Этот класс, называемый cAnimationCollection, наследуется от разработанного в главе 2 класса cXParser, так что вы можете анализировать .X файлы напрямую из класса, хранящего анимации.

Вот объявление класса cAnimationCollection :

class cAnimationCollection : public cXParser

{

public:

DWORD m_NumAnimationSets; cAnimationSet *m_AnimationSets;

protected:

// Анализировать объект .Х файла

BOOL ParseObject(IDirectXFileData *pDataObj, IDirectXFileData *pParentDataObj, DWORD Depth,

void **Data, BOOL Reference);

// Найти фрейм по имени

D3DXFRAME *FindFrame(D3DXFRAME *Frame, char *Name);

public:

cAnimationCollection();

~cAnimationCollection();

BOOL Load(char *Filename);

void Free(};

void Map(D3DXFRAME *RootFrame);

void Update(char *AnimationSetName, DWORD Time);

};

На данный момент нам не важно подробное описание каждой функции в классе cAnimationCollection, так что вернемся к ним позже. Сейчас нам важно считать данные анимации их .X файла. Специализированный анализатор .X, содержащийся в классе cAnimationCollection, выполняет как раз это — загружает данные из объекта Animation в массив только что виденных вами объектов.

Для каждого объекта AnimationSet, найденного в анализируемом .X файле, вам необходимо создать класс cAnimationSet и добавить его к связанному списку уже загруженных наборов анимации. Последний загруженный объект cAnimationSet хранится в начале связанного списка, что облегчает определение, данные какого набора используются в данный момент.

160 Глава 5

Далее вы можете соответствующим образом анализировать объекты Animation. Если вы храните последний загруженный объект cAnimationSet в начале связанного списка, каждый следующий анализируемый объект Animation будет принадлежать текущему набору анимаций. То же самое и для объектов AnimationKey — их данные будут принадлежать первому объекту cAnimation в связанном списке.

Я пропущу конструкторы и деструкторы для всех классов, т. к. они необходимы исключительно для очистки и освобождения данных. Нас интересует только пара функций, первая из которых - cAnimationCollection::ParseObject, — имеет дело с каждым объектом, анализируемым в .X файле.

Функция ParseObject начинается с проверки, является ли текущий перечисляемый объект объектом AnimationSet. Если да, то новый объект cAnimationSet размещается и привязывается в список объектов, в то же время объект набора анимаций именуется для дальнейшего использования.

BOOL cAnimationCollection::ParseObject( \ IDirectXFileData *pDataObj, \ IDirectXFileData *pParentDataObj, \ DWORD Depth, \

void **Data, BOOL Reference)

{

const GUID *Type = GetObjectGUID(pDataObj); DWORD i;

// Проверить, является ли объект объектом AnimationSet if(*Type == TID_D3DRMAnimationSet) {

//Создать и привязать объект cAnimationSet cAnimationSet *AnimSet = new cAnimationSet(); AnimSet->m_Next = m_AnimationSets; m_AnimationSets = AnimSet;

//Увеличить число наборов анимаций

m_NumAnimationSets++;

//Установить имя набора анимаций (если его нет, то установить

//используемое по умолчанию)

if(!(AnimSet->m_Name = GetObjectName(pDataObj))) AnimSet->m_Name = strdup("NoName");

}

Как вы можете видеть, здесь не происходит ничего необычного — вы просто создаете объект, который будет содержать данные объекта Animation. Далее вы анализируете объект Animation.

// Проверить, является ли объект объектом AnimationSet if(*Type == TID_D3DRMAnimation && m_AnimationSets) {

Использование скелетнойанимации, основаннойна ключевыхкадрах

//Добавить класс cAnimation на вершину cAnimationSet cAnimation *Anim = new cAnimation();

Anim->m_Next = m_AnimationSets->m_Animations; m_AnimationSets->m_Animations = Anim;

//Увеличить количество анимаций

m_AnimationSets->m_NumAnimations++;

}

Опять же, здесь нет ничего необычного. В предыдущем коде мы просто убедились, что создается объект cAnimationSet и добавляется в начало связанного списка. Если он создан, вы можете создавать объект cAnimation и привязывать его в список объекта cAnimationSet.

Т. к. мы говорим об объекте cAnimation, следующий кусочек кода получает экземпляр фрейма, расположенного в объекте Animation

// Проверить, есть ли ссылка на фрейм в объекте анимации if(*Type == TID_D3DRMFrame && Reference == TRUE && \

m_AnimationSets && \ m_AnimationSets->m_Animations) {

//Убедиться, что родительским является объект Animation if(pParentDataObj && *GetObjectGUID(pParentDataObj) == \

TID_D3DRMAnimation) {

//Получить имя фрейма и сохранить его в качестве имени анимации if(!(m_AnimationSets->m_Animations->m_Name = \

GetObjectName(pDataObj))) m_AnimationSets->m_Animations->m_Name=strdup("NoName");

}

}

Из этого кода вы можете увидеть, что в объекте Animation разрешены только ссылочные объекты фрейма, которые вы можете проверить, используя GUID родительского шаблона. Гмм! Пока что код прост, не так ли? Я не хочу вас расстраивать, но самое сложное впереди! На самом деле самой сложной частью загрузки данных анимации из .X файлов является загрузка данных ключей. Но не пугайтесь; данными ключей является не что иное, как значение времени и массив значений, представляющий собой данные ключа.

Оставшийся код функции ParseObject определяет тип данных ключа, содержащегося в объекте AnimationKey. Код разделяется в зависимости от типа данных и считывает данные в заданные объекты ключей (m_RotationKeys, m TranslationKeys, mScaleKeys и m_MatrixKeys), находящиеся в текущем объекте cAnimation. Приглядитесь внимательно, и вы увидите, насколько код прост на самом деле:

162

// Проверить является ли объект типа AnimationKey if(*Type == TID_D3DRMAnimationKey && m_AnimationSets && \

m_AnimationSets->m_Animations) {

//Получить указатель на верхнеуровневый объект анимации cAnimation *Anim = m_AnimationSets->m_Animations;

//Получить указатель на данные

DWORD *DataPtr = (DWORD*)GetObjectData(pDataObj, NULL);

//Получить тип ключа DWORD Type = *DataPtr++;

//Получить количество следующих далее ключей DWORD NumKeys = *DataPtr++;

Вдополнение к проверке существования правильных объектов cAnimationSet

иобъекта cAnimation, находящегося в начале связанного списка объектов, предыдущий код получает указатель на данные ключа, тип ключа и количество следующих далее ключей. Используя тип ключа, код разделяется при создании объекта ключевого кадра и загрузке данных ключа.

//Разделение на основе типа ключа

switch(Type) {

case 0: // Вращение

delete [] Anim->m_RotationKeys; Anim->m_NumRotationKeys = NumKeys; Anim->m_RotationKeys = new \

cAnimationQuaternionKey[NumKeys]; for(i=0;i<NumKeys;i++) {

// Получить время Anim->m_RotationKeys[i].m_Time = *DataPtr++; if(Anim->m_RotationKeys[i].m_Time > \

m_AnimationSets->m_Length) m_AnimationSets->m_Length = \

Anim->m RotationKeys[i].m_Time;

//Пропустить # следующих далее ключей (должно быть 4) DataPtr++;

//Получить значения вращения

float *fPtr = (float*)DataPtr; Anim->m_RotationKeys[i].m_quatKey.w = *fPtr++; Anim->m_RotationKeys[i].m_quatKey.x = *fPtr++; Anim->m_RotationKeys[i].m_quatKey.y = *fPtr++; Anim->m_RotationKeys[i].m_quatKey.z = *fPtr++; DataPtr+=4;

}

break;

Использование скелетной анимации, основанной на ключевыхкадрах

Как вы можете помнить из предыдущей части главы, ключи вращения используют кватернионы. Значения кватернионов хранятся в порядке w, x, у, z; для того, чтобы убедиться, что вы используете корректные значения, вам необходимо считывать их в таком же порядке.

Далее следует код для загрузки ключей перемещения и масштабирования, которые используют вектор для хранения информации.

case 1: // Масштабирование delete [] Anim->m_ScaleKeys;

Anim->m_NumScaleKeys = NumKeys;

Anim->m_ScaleKeys = new cAnimationVectorKey[NumKeys]; for(i=0;i<NumKeys;i++) {

// Получить время Anim->m_ScaleKeys[i].m_Time = *DataPtr++; if(Anim->m_ScaleKeys[i].m_Time > \

m_AnimationSets->m_Length) m_AnimationSets->m_Length = \

Anim->m_ScaleKeys[i].m_Time;

//Пропустить количество далее следующих ключей (должно быть 3) DataPtr++;

//Получить значения масштабирования

D3DXVECTOR3 *vecPtr = (D3DXVECTOR3*)DataPtr; Anim->m_ScaleKeys[i].m_vecKey = *vecPtr; DataPtr+=3;

}

break;

case 2: // Перемещение

delete [] Anim->m_TranslationKeys; Anim->m_NumTranslationKeys = NumKeys; Anim->m_TranslationKeys = new \

cAnimationVectorKey[NumKeys]; for(i=0;i<NumKeys;i++) {

// Получить время Anim->m_TranslationKeys[i].m_Time = *DataPtr++; if(Anim->m_TranslationKeys[i].m_Time > \

m_AnimationSets->m_Length) m_AnimationSets->m_Length = \

Anim->m_TranslationKeys[i].m_Time;

//Пропустить количество далее следующих ключей (должно быть 3) DataPtr++;

//Получить значения перемещения

D3DXVECTOR3 *vecPtr = (D3DXVECTOR3*)DataPtr; Anim->m_TranslationKeys[i].m_vecKey = *vecPtr; DataPtr+=3;

}

break;