Create Ragdoll System In Goldsrc

简介

goldsrc引擎的模型动画系统只有骨骼关键帧动画系统，不能对地形做出逼真的倒地动作。要实现布娃娃系统，需要物理引擎的支持。goldsrc没有内置一般意义上的物理系统（Bullet、PhysX or Havok…），且goldsrc引擎是不开源的，我们并不能在引擎做手脚，怎么办呢？好在引擎会通过调用客户端的ModelRender来进行一些自定义的渲染，使得我们可以在这里实现对模型骨骼的控制。这样实现的布娃娃也可以搬到cs1.6，我们需要hook一些关键的函数自己实现一遍即可。引擎不提供相关API，也不原生支持这些操作（设计这个游戏的那个年代根本没想到要支持这些），我们需要一些hack 手段。

附加说明

这不是成套的项目代码，你需要适配你自己的模型。现在的打算是做一个纯客户端的布娃娃。

前提

Half Life 1 SDK
Bullet Engine

理论

前提是你需要有一个具有骨骼动画模型的实体（通常是玩家，之后可以拓展一个布娃娃实体），在特定条件（玩家死亡，布娃娃实体初始化等）激活布娃娃EnablePhysics(entityId)。物理引擎的布娃娃对象保存着关键骨骼的transform，每绘制一个实体，都使用实体唯一标识作为参数调用物理引擎的SetupBones函数，如果这个实体需要物理引擎接管骨骼的控制，则将关键骨骼的物理世界变换乘以一个offset（稍后解释）得到关键骨骼的游戏世界变换，写入StudioBonesTransform。然后遍历非关键骨骼，ConcatWithParent Transform,得到非关键骨骼的游戏世界变换，写入StudioBonesTransform。这样就完成了骨骼Transform的设置，最后引擎把模型渲染出来。
当玩家死亡时，EnablePhysics函数将截取玩家模型最后一帧的StudioBonesTansform来设置物理世界Rigid Bodys 的初始变换，因为玩家在生前应该是拿着枪正在战斗，或者正在跳跃，死后应该从这种状态慢慢由物理引擎控制转变为倒地状态。

设计

当某个玩家模型precache的时候，调用precachePhysics预缓存CollisionShape(s)；当玩家实体被实例化时，调用InitRagdoll创建rigid bodies和constraints但不添加到物理世界。InitRagdoll还记录了每个rigid body相对关键骨骼的相对变换。记录初始状态是很重要的，因为当我们想设置物理世界rigid body，需要参考模型最后一帧的关键骨骼的transform来设置，当中需要处理relative transform。
当模型处于T-pose时，设置模型的CollisionShapes和Constraints要容易得多，因为当前还没开发GUI编辑器。
StartRagdoll将在玩家死亡的时候调用，copyModelToRagdoll函数将用模型变换设置rigidbody的变换
StudioRenderer将在setupBones函数结尾调用UpdatePhysicsBone(entityId)。在此函数内判断IsRagdolling来确定是否需要接管骨骼控制。
StopRagdoll将在玩家复活时将ragdoll对象移出物理世界，并且IsRagdoll=false；等待下一次玩家死亡。
当玩家更换模型或者离开游戏时则移出物理世界并销毁ragdoll对象。
FIXME：需要注意的是goldsrc裁剪渲染元素的规则，如果引擎觉得实体不在视野内则会消失！

详细设计

APIs

RagdollAPI

PrecacheRagdoll(string modelName)

Usage：实体预缓存资源时调用，如果存在此资源，则向字典添加资源名-对象，如果不存在此资源，则向字典添加资源名-null。如果此资源被多次预缓存，第二次预缓存发现字典已存在改键，则直接返回。
Impl：

CreateRagdollController(int entityId,string modelName)

If you want your entity’s model has ragdoll amimation, you would use this API to create a ragdoll controller for your specified entity. You can also call the function when an entity model changed.
此函数使用RagdollBuilder创建布娃娃对象，如果为此实体创建了null对象，则之后对该实体的相关布娃娃操作API 都直接返回。直到下次更换到支持布娃娃的模型。

ChangeOwner(int oldEntity,int newEntity)
StartRagdoll(int entityId)
StopRagdoll(int entityId)
ClearRagdoll()
DisposeRagdoll((int entityId))
ImpulseBone(int entityId,int boneId,Vector3 force)
HeadShootRagdoll(int entityId,Vector3 force)
SetupBonesPhysically(int entityId)

SceneAPI

LoadScene(string mapName)//world spawn
DisposeScene()//dispose current scene

资料

StudioRenderer之在模型的根骨骼应用变基变换，之后的骨骼因为都是相对于父骨骼的变换，所以不需要再额外乘以基变换。
[0−10100001](模型世界到游戏世界的变基矩阵)\left[ \begin{matrix} 0 & -1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix} \right] \tag{模型世界到游戏世界的变基矩阵} ⎣⎡010−100001⎦⎤(模型世界到游戏世界的变基矩阵)

references

link
BulletSharpUnity3d
BulletUnity3D