COLLADA：反向绑定姿势在错误的空间？

Question

我正在编写自己的 COLLADA 导入器。我已经走了很远，加载了网格和材料等。但我在动画方面遇到了障碍，特别是：关节旋转。

我用于对网格体进行蒙皮的公式很简单：

weighted;
for (i = 0; i < joint_influences; i++)
{
    weighted += 
        joint[joint_index[i]]->parent->local_matrix * 
        joint[joint_index[i]]->local_matrix * 
        skin->inverse_bind_pose[joint_index[i]] * 
        position * 
        skin->weight[j];
}
position = weighted;

就文献而言，这是正确的公式。现在，COLLADA 指定了两种类型的关节旋转：局部旋转和全局旋转。您必须将旋转连接在一起才能获得关节的局部变换。

COLLADA 文档没有区分关节的局部旋转和关节的全局旋转。但在我见过的大多数模型中，旋转的 id 可以是 rotate （全局）或 jointOrient （本地）。

当我忽略全局旋转而仅使用局部旋转时，我得到了模型的绑定姿势。但是当我将全局旋转添加到关节的局部变换中时，奇怪的事情开始发生。

这是没有使用全局旋转的情况：

这是使用全局旋转的情况：

在两个屏幕截图中，我都使用线条绘制骨架，但在第一个屏幕截图中它是不可见的，因为关节位于网格内部。在第二个屏幕截图中，顶点遍布各处！

为了进行比较，第二个屏幕截图应该如下所示：

很难看到，但您可以在第二个屏幕截图中看到关节处于正确的位置。

但现在奇怪的是。如果我忽略 COLLADA 指定的反向绑定姿势，而是取关节父局部变换乘以关节局部变换的倒数，我会得到以下结果：

在此屏幕截图中，我从每个顶点到有影响的关节绘制了一条线。我得到绑定姿势的事实并不那么奇怪，因为公式现在变成了：

world_matrix * inverse_world_matrix * position * weight

但它让我怀疑 COLLADA 的逆绑定姿势位于错误的空间中。

所以我的问题是：COLLADA 在什么空间指定其逆绑定姿势？如何将反向绑定姿势转换为我需要的空间？

Answer 1

我首先将我的值与我从 Assimp（开源模型加载器）读取的值进行比较。通过代码，我查看了他们构建绑定矩阵和逆绑定矩阵的位置。

最终，我最终得到了 SceneAnimator::GetBoneMatrices，其中包含以下内容：

// Bone matrices transform from mesh coordinates in bind pose to mesh coordinates in skinned pose
// Therefore the formula is offsetMatrix * currentGlobalTransform * inverseCurrentMeshTransform
for( size_t a = 0; a < mesh->mNumBones; ++a)
{
    const aiBone* bone = mesh->mBones[a];
    const aiMatrix4x4& currentGlobalTransform
        = GetGlobalTransform( mBoneNodesByName[ bone->mName.data ]);
    mTransforms[a] = globalInverseMeshTransform * currentGlobalTransform * bone->mOffsetMatrix;
}

globalInverseMeshTransform 始终是恒等的，因为网格不会转换任何内容。 currentGlobalTransform 是绑定矩阵，即关节父级的局部矩阵与关节的局部矩阵相连接。而mOffsetMatrix是逆绑定矩阵，它直接来自于皮肤。

我将这些矩阵的值与我自己的值进行了检查（哦，是的，我在观察窗口中比较了它们），它们完全相同，可能相差 0.0001%，但这微不足道。那么为什么 Assimp 的版本可以工作而我的却不能，尽管公式是一样的呢？

这是我得到的结果：

当 Assimp 最终将矩阵上传到蒙皮着色器时，它们会执行以下操作：

helper->piEffect->SetMatrixTransposeArray( "gBoneMatrix", (D3DXMATRIX*)matrices, 60);

Waaaaait 一秒钟。他们上传它们转置？事情不可能那么容易。决不。

是的。

我还做错了一些事情：在应用蒙皮矩阵之前，我将坐标转换为正确的系统（厘米到米）。这会导致模型完全扭曲，因为矩阵是为原始坐标系设计的。

未来的谷歌浏览器

• 按照您收到的顺序读取所有节点变换（旋转、平移、缩放等）。
• 将它们连接到关节的局部矩阵。
• 获取关节的父级并将其与局部矩阵相乘。
• 将其存储为绑定矩阵。
• 阅读皮肤信息。
• 存储关节的逆绑定姿势矩阵。
• 存储每个顶点的联合权重。
• 将绑定矩阵与逆绑定姿势矩阵相乘并转置，将其称为蒙皮矩阵。
• 将蒙皮矩阵与位置乘以关节权重并将其添加到加权位置。
• 使用加权位置进行渲染。

完毕！

Answer 2

顺便说一句，如果您在加载矩阵时转置它们而不是在最后转置矩阵（这在动画时可能会出现问题），您希望以不同的方式执行乘法（上面使用的方法似乎是在使用 OpenGL 时在 DirectX 中使用蒙皮）友好的矩阵 - 因此转置。）

在 DirectX 中，当从文件加载矩阵时，我转置矩阵，然后使用（在下面的示例中，为了简单起见，我只是应用绑定姿势）：

XMMATRIX l_oWorldMatrix = XMMatrixMultiply( l_oBindPose, in_oParentWorldMatrix );

XMMATRIX l_oMatrixPallette = XMMatrixMultiply( l_oInverseBindPose, l_oWorldMatrix );

XMMATRIX l_oFinalMatrix = XMMatrixMultiply( l_oBindShapeMatrix, l_oMatrixPallette );