OGRE ANIMATION

一 OGRE支持的四种动画

Ogre默认支持四种形式的动画：1.骨骼动画 2.节点动画 3.顶点动画 4.数值动画

其中骨骼动画也是节点动画，因为bone继承于node

1.骨骼动画：

骨骼动画的基础：在ogre中骨骼动画主要涉及两个类，mesh和skeleton，skeleton由许多Bone组成，这些bone之间有层级关系，skeleton就是一个骨架关系，某个mesh可以被绑定在这个skeleton上，绑定的实质就是某个vertex受某些bone的影响，也就是某个bone运动，就会导致和他有关系的那些vertex运动。所以对照本页最上面的图，他最末端控制的店就是skeleton中的每个bone，一个skeleton中可以蕴含多套animation。

一般情况下骨骼动画都是在maya或3Dmax之类的工具里面制作好的，然后通过导出方式，导出到一个mesh文件和一个skeleton文件。ogre在加载模型的时候已经把这些动画加载好，需要直接使用就行了。

AnimationState* as=entity->getAnimationState("动画名字");

动态创作骨骼动画：在另外一些情况下，我们只是在skeleton文件中设置网格顶点与骨骼的绑定关系，而不描述骨骼的运动轨迹。运动轨迹会动态的根据实际情况生成，这对于物理碰撞检测后的动画效果是很常见的。

//1.把skeleton和mesh文件内容加载到entity，此时绑定了骨骼与顶点但是没有实现动画效果...
//获取entity中的相应骨骼
SkeletonInstance* ske=entiy->getSkeleton();
//为骨骼添加一个动画
Animation* anim=ske->createAnimation("My",1);
//为每一块骨头创建track（动作集）
Bone* b0=ske->getRootBone();
NodeAnimationTrack* t0=anim->createNodeTrack(0,b0);//例如这是为root bone创建
//为每个bone的track创建关键帧...
//更新这个新加入的动画
entity->refreshAvailableAnimationState();

2.场景节点动画：

是指让场景中的某些结点运动，如创建camera的动画等。

// 创建Animation
Animation* anim=smgr->createAnimation();
// 设置插值方式：线性的和样条线（样条线的更加平滑）
anim->setInterpolationMode(Animation::IM_SPLINE);
//为需要动画的节点创建一个Track，节点动画是以节点为单位
NodeAnimationTrack* t0=anim->createNodeTrack(0,node);
//对于每个track创建它的每个关键帧
TransformKeyFrame* k_t0_0=t0->createNodeKeyFrame(0);//设置该帧的时间点
k_t0_0->setTranslate(Ogre::Vector3(0,0,0));//设置该帧处这个结点的位置和其他几何状态
TransformKeyFrame* k_t0_1=t0->createNodeKeyFrame(1);
k_t0_1->setTranslate(Ogre::Vector3(100,0,0));
//创建一个AnimationState用于控制动画
AnimationState* as=smgr->createAnimationState(该动画名字);
as->setEnabled(true); //必须设置为true才能被播放
as->setTimePosition();//在帧监听中通过调用这个函数来播放动画

3.顶点动画：

顶点动画大多情况下利用gpu shader来实现以提高效率，所以较少直接使用ogre的动画机制。

4.数值动画：我的理解是跟传统的一副一副图片组成的动画类似，这种方式效率低下，游戏肯定是不会用到的。

二详解Animation AnimationTrack AnimationStates AnimationStateSet KeyFrame

在说API之前先了解一下动画的原理：以一个人行走为例，要想使人能够行走，必须在这个人模型上设置一些特真点，然后让这些点在每一帧按照一定的规则进行动，从而改变整个模型的状态。

在ogre里面，Keyframe类描述的是一个特征点（一个结点、一根骨头、一个顶点）的某一个关键帧的状态（位置、缩放、朝向等）和对应的时间点。

一个可驱动点的所有keyframe组合成一个track，每个可驱动点都有一个他的track，这就好比某个点在整段动画中的轨迹，其中keyframe要由track来创建。

多个track组合在一起就成为了一段动画，用Animation类来表示，这就是一个动画，例如对于骨骼动画，他的每一个骨头都有一个track，那么所有的骨头的track的组合在一起也就是整个骨骼动画了。track由Animation来创建。Animation则可以通过skeleton或者scenenmanager等来创建。

AnimationSate类：通常我们操控一段动画的播放等都不是直接操纵animation

类，而是通过一个类AnimationState，它是animation的一个实例，通过场景管理器创建某个animation的一个animationState，然后就可以利用这个animationstate来播放这个animation了。

AnimationState ：这个来描述了一些动画的状态，用于控制动画的播放。

BoneBlendMask* mBlendMask;   // ？？？
String mAnimationName; //Animation名字
AnimationStateSet* mParent; // AnimationState 的管理类
Real mTimePos; // 时间点
Real mLength;  // 时间长度
Real mWeight;  // 骨骼的权重
bool mEnabled; // 是否播放
bool mLoop;   // 是否循环播放

AnimationState只是控制动画的状态，其并不具备播放功能。另外，AnimationStateSet作为一个容器，不仅存储着AnimationState 而且维护着AnimationState 的状态变更，一旦AnimationState 的某个属性值被改变，AnimationStateSet维护的状态就会变脏。

Animation ：

1.插值模式：

enum InterpolationMode{ // 插值状态
IM_LINEAR,  // 线性插值
IM_SPLINE   // 样条插值（较好）
};
enum RotationInterpolationMode{ //现状插值状态
RIM_LINEAR,  // 线性插值
RIM_SPHERICAL // 样条插值
};

2.三种track：

ogre实现了四种动画（1.骨骼动画 2.场景节点动画 3.顶点动画 4.数值动画），在Animation类里面管理了三种track（NumericAnimationTrack，NodeAnimationTrack，VertexAnimationTrack）他们继承于AnimationTrack。

NodeTrackList mNodeTrackList; // 一个<unsigned short,NodeAnimationTrack*>map
NumericTrackList mNumericTrackList; // 一个<unsigned short,NumericAnimationTrack*>
VertexTrackList mVertexTrackList; // 一个<unsigned short,VertexAnimationTrack*>

3.播放动画：

动画播放主要用到的方法是：apply，这个方法有好几个重载的方法，其中一个是播放所有的动画，其它的几个都是播放某个节点的方法。

//播放所有动画
void Animation::apply(Real timePos, Real weight, Real scale)
{
_applyBaseKeyFrame();
// Calculate time index for fast keyframe search
TimeIndex timeIndex = _getTimeIndex(timePos);
NodeTrackList::iterator i;
for (i = mNodeTrackList.begin(); i != mNodeTrackList.end(); ++i)
{
i->second->apply(timeIndex, weight, scale);
}
NumericTrackList::iterator j;
for (j = mNumericTrackList.begin(); j != mNumericTrackList.end(); ++j)
{
j->second->apply(timeIndex, weight, scale);
}
VertexTrackList::iterator k;
for (k = mVertexTrackList.begin(); k != mVertexTrackList.end(); ++k)
{
k->second->apply(timeIndex, weight, scale);
}
}
//播放当前Skeleton的动画
void Animation::apply(Skeleton* skel, Real timePos, float weight,
const AnimationState::BoneBlendMask* blendMask, Real scale)
{
_applyBaseKeyFrame();
// Calculate time index for fast keyframe search
TimeIndex timeIndex = _getTimeIndex(timePos);
NodeTrackList::iterator i;
for (i = mNodeTrackList.begin(); i != mNodeTrackList.end(); ++i)
{
// get bone to apply to
Bone* b = skel->getBone(i->first);
i->second->applyToNode(b, timeIndex, (*blendMask)[b->getHandle()] * weight, scale);
}
}

AnimationTrack ：动画轨迹

KeyFrameList mKeyFrames;
KeyFrameIndexMap mKeyFrameIndexMap;

AnimationTrack 除了管理KeyFrame以外，还有几个有用的方法，只不过现在不了解，就先不贴出来分析了。

1.NumericAnimationTrack：

void NumericAnimationTrack::applyToAnimable(const AnimableValuePtr& anim, const TimeIndex& timeIndex,
Real weight, Real scale)
{
// Nothing to do if no keyframes or zero weight, scale
if (mKeyFrames.empty() || !weight || !scale)
return;
NumericKeyFrame kf(0, timeIndex.getTimePos());
getInterpolatedKeyFrame(timeIndex, &kf);
// add to existing. Weights are not relative, but treated as
// absolute multipliers for the animation
AnyNumeric val = kf.getValue() * (weight * scale);
anim->applyDeltaValue(val);
}

最终动画是由AnimableValue对象播放的。但是，我看了一下AnimableValue的applyDeltaValue方法，都没有被实现，只是抛了一个异常，这是否意味着我们在使用的时候需要自己实现一个AnimableValue类，由于这种动画并不是需要重点关注的，暂时不往下继续了。

2.VertexAnimationTrack ：顶点动画：

enum VertexAnimationType  // 顶点动画类型
{
VAT_NONE = 0,    // 没有动画
VAT_MORPH = 1,  // 形变动画
VAT_POSE = 2     // 姿态动画
};

顶点的轨迹可能有两种产生方式，所以在播放的时候也有两种方式：

void VertexAnimationTrack::applyToVertexData(VertexData* data,
const TimeIndex& timeIndex, Real weight, const PoseList* poseList)
{
// Nothing to do if no keyframes or no vertex data
if (mKeyFrames.empty() || !data)
return;
// Get keyframes
KeyFrame *kf1, *kf2;
Real t = getKeyFramesAtTime(timeIndex, &kf1, &kf2);
if (mAnimationType == VAT_MORPH)
{
VertexMorphKeyFrame* vkf1 = static_cast<VertexMorphKeyFrame*>(kf1);
VertexMorphKeyFrame* vkf2 = static_cast<VertexMorphKeyFrame*>(kf2);
if (mTargetMode == TM_HARDWARE)
{
// If target mode is hardware, need to bind our 2 keyframe buffers,
// one to main pos, one to morph target texcoord
assert(!data->hwAnimationDataList.empty() &&
"Haven't set up hardware vertex animation elements!");
// no use for TempBlendedBufferInfo here btw
// NB we assume that position buffer is unshared, except for normals
// VertexDeclaration::getAutoOrganisedDeclaration should see to that
const VertexElement* posElem =
data->vertexDeclaration->findElementBySemantic(VES_POSITION);
// Set keyframe1 data as original position
data->vertexBufferBinding->setBinding(
posElem->getSource(), vkf1->getVertexBuffer());
// Set keyframe2 data as derived
data->vertexBufferBinding->setBinding(
data->hwAnimationDataList[0].targetBufferIndex,
vkf2->getVertexBuffer());
// save T for use later
data->hwAnimationDataList[0].parametric = t;
}
else
{
// If target mode is software, need to software interpolate each vertex
Mesh::softwareVertexMorph(
t, vkf1->getVertexBuffer(), vkf2->getVertexBuffer(), data);
}
}
else
{
// Pose
VertexPoseKeyFrame* vkf1 = static_cast<VertexPoseKeyFrame*>(kf1);
VertexPoseKeyFrame* vkf2 = static_cast<VertexPoseKeyFrame*>(kf2);
// For each pose reference in key 1, we need to locate the entry in
// key 2 and interpolate the influence
const VertexPoseKeyFrame::PoseRefList& poseList1 = vkf1->getPoseReferences();
const VertexPoseKeyFrame::PoseRefList& poseList2 = vkf2->getPoseReferences();
for (VertexPoseKeyFrame::PoseRefList::const_iterator p1 = poseList1.begin();
p1 != poseList1.end(); ++p1)
{
Real startInfluence = p1->influence;
Real endInfluence = 0;
// Search for entry in keyframe 2 list (if not there, will be 0)
for (VertexPoseKeyFrame::PoseRefList::const_iterator p2 = poseList2.begin();
p2 != poseList2.end(); ++p2)
{
if (p1->poseIndex == p2->poseIndex)
{
endInfluence = p2->influence;
break;
}
}
// Interpolate influence
Real influence = startInfluence + t*(endInfluence - startInfluence);
// Scale by animation weight
influence = weight * influence;
// Get pose
assert (p1->poseIndex < poseList->size());
Pose* pose = (*poseList)[p1->poseIndex];
// apply
applyPoseToVertexData(pose, data, influence);
}
// Now deal with any poses in key 2 which are not in key 1
for (VertexPoseKeyFrame::PoseRefList::const_iterator p2 = poseList2.begin();
p2 != poseList2.end(); ++p2)
{
bool found = false;
for (VertexPoseKeyFrame::PoseRefList::const_iterator p1 = poseList1.begin();
p1 != poseList1.end(); ++p1)
{
if (p1->poseIndex == p2->poseIndex)
{
found = true;
break;
}
}
if (!found)
{
// Need to apply this pose too, scaled from 0 start
Real influence = t * p2->influence;
// Scale by animation weight
influence = weight * influence;
// Get pose
assert (p2->poseIndex <= poseList->size());
const Pose* pose = (*poseList)[p2->poseIndex];
// apply
applyPoseToVertexData(pose, data, influence);
}
} // key 2 iteration
} // morph or pose animation
}

3.NodeAnimationTrack ：

void NodeAnimationTrack::applyToNode(Node* node, const TimeIndex& timeIndex, Real weight,
Real scl)
{
// Nothing to do if no keyframes or zero weight or no node
if (mKeyFrames.empty() || !weight || !node)
return;
TransformKeyFrame kf(0, timeIndex.getTimePos());
getInterpolatedKeyFrame(timeIndex, &kf);
// add to existing. Weights are not relative, but treated as absolute multipliers for the animation
Vector3 translate = kf.getTranslate() * weight * scl;
node->translate(translate);
// interpolate between no-rotation and full rotation, to point 'weight', so 0 = no rotate, 1 = full
Quaternion rotate;
Animation::RotationInterpolationMode rim =
mParent->getRotationInterpolationMode();
if (rim == Animation::RIM_LINEAR)
{
rotate = Quaternion::nlerp(weight, Quaternion::IDENTITY, kf.getRotation(), mUseShortestRotationPath);
}
else //if (rim == Animation::RIM_SPHERICAL)
{
rotate = Quaternion::Slerp(weight, Quaternion::IDENTITY, kf.getRotation(), mUseShortestRotationPath);
}
node->rotate(rotate);
Vector3 scale = kf.getScale();
// Not sure how to modify scale for cumulative anims... leave it alone
//scale = ((Vector3::UNIT_SCALE - kf.getScale()) * weight) + Vector3::UNIT_SCALE;
if (scale != Vector3::UNIT_SCALE)
{
if (scl != 1.0f)
scale = Vector3::UNIT_SCALE + (scale - Vector3::UNIT_SCALE) * scl;
else if (weight != 1.0f)
scale = Vector3::UNIT_SCALE + (scale - Vector3::UNIT_SCALE) * weight;
}
node->scale(scale);
}

KeyFrame ：KeyFrame 的内容比较简单，所有关键的东西都在Track里面处理了

NumericKeyFrame          // KeyFrame
TransformKeyFrame       // KeyFrame
VertexMorphKeyFrame  //  形变动画的KeyFrame
VertexPoseKeyFrame    //  姿态动画的KeyFrame

总结：对于整个ogre的动画体系来说，Animation 是动画的管理类，而AnimationState 是动画状态的控制类。Animation 的动画播放其实是调用其相应的track类来播放的，KeyFrame 更多的是起到数据单元的作用。所以，完全弄清楚四种动画的底层实现，重点需要关注的是track类，这里没有写多少因为我自己也不太清楚，后面在写例子的时候，再从使用者的角度详细描述一下ogre的动画的底部执行过程。

三 SceneManager 对动画的管理及播放：

1.动画对象的管理：

AnimationList mAnimationsList;
AnimationStateSet mAnimationStates;
Animation* SceneManager::createAnimation(const String& name, Real length)
{
OGRE_LOCK_MUTEX(mAnimationsListMutex)
if (mAnimationsList.find(name) != mAnimationsList.end())
{
OGRE_EXCEPT(
Exception::ERR_DUPLICATE_ITEM,
"An animation with the name " + name + " already exists",
"SceneManager::createAnimation" );
}
Animation* pAnim = OGRE_NEW Animation(name, length);
mAnimationsList[name] = pAnim;
return pAnim;
}
AnimationState* SceneManager::createAnimationState(const String& animName)
{
Animation* anim = getAnimation(animName);//如果不存在就会抛异常
return mAnimationStates.createAnimationState(animName, 0, anim->getLength());
}

在SceneManager里面使用Animation时会把Animation保存在mAnimationsList里面，AnimationState保存在mAnimationStates里面，他们通过animName来保持一一对应。生命周期：Animation创建-->AnimationState创建-->AnimationState销毁-->Animation销毁。如果不是按照这种顺序会报异常。

2.动画播放：

void SceneManager::_applySceneAnimations(void)
{
// manual lock over states (extended duration required)
OGRE_LOCK_MUTEX(mAnimationStates.OGRE_AUTO_MUTEX_NAME)
// Iterate twice, once to reset, once to apply, to allow blending
ConstEnabledAnimationStateIterator stateIt = mAnimationStates.getEnabledAnimationStateIterator();
while (stateIt.hasMoreElements())
{
const AnimationState* state = stateIt.getNext();
Animation* anim = getAnimation(state->getAnimationName());
// Reset any nodes involved
Animation::NodeTrackIterator nodeTrackIt = anim->getNodeTrackIterator();
while(nodeTrackIt.hasMoreElements())
{
Node* nd = nodeTrackIt.getNext()->getAssociatedNode();
if (nd)
nd->resetToInitialState();
}
Animation::NumericTrackIterator numTrackIt = anim->getNumericTrackIterator();
while(numTrackIt.hasMoreElements())
{
const AnimableValuePtr& animPtr = numTrackIt.getNext()->getAssociatedAnimable();
if (!animPtr.isNull())
animPtr->resetToBaseValue();
}
}
// this should allow blended animations
stateIt = mAnimationStates.getEnabledAnimationStateIterator();
while (stateIt.hasMoreElements())
{
const AnimationState* state = stateIt.getNext();
Animation* anim = getAnimation(state->getAnimationName());
// Apply the animation
anim->apply(state->getTimePosition(), state->getWeight());
}
}

遍历所有Enabled为true的动画状态，调用node的resetToInitialState()和AnimableValue的resetToBaseValue()方法，分辨对节点动画和数组动画进行reset，最后调用Animation的apply方法进行播放动画。

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