Unity 动画系统

动画系统包含：

• 动画片段 Animation Clip，记录物体变化的信息，可以是角色的闪转腾挪，也可以是一扇门的开闭
• 动画状态机 Animator Controller，根据设置切换动画片段
• 动画组件 Animator，Animation
• 替身 Avatar，对人形动画进行复用

动画复用

把一个 .anim 的动画文件作为文本打开

里面有个path属性记录动画要操作的对象的路径，如果根据path找不到对象，这个动画就会失效

其他物体要使用这个动画就必须包含路径一致的对象，否则Animation窗口里就会显示Missing

对于人形动画的fbx文件，选中动画按Ctrl + D就可以把动画复制出来，同样作为文本打开

这里path为空，而attribute记录Avatar中对应的骨骼节点和进行什么操作

Avatar 替身系统

在mixamo上下载一个动画文件

不同DCC软件制作的骨骼节点的名称可能不一样的，不能直接使用该动画，这时候需要借助Avatar建立骨骼和Unity肌肉系统的映射关系

假设A，B两个模型的骨骼名称不同，要把A模型的动画片段A复用到B模型上

步骤：
1.创建AAvatar，AAvatar中保存模型A骨骼和Unity肌肉结构的对应关系，骨骼信息也被保存到Avatar文件中
2.创建BAvatar，BAvatar中保存模型B骨骼和Unity肌肉结构的对应关系
3.通过AAvatar，把动画片段A从描述A的骨骼变化翻译为描述unity肌肉拉伸
4.模型B使用动画片段A，通过BAvatar把动画文件中对Unity肌肉结构的描述翻译为对B模型骨骼变化的描述

具体操作

在模型的Rig面板中选择人形动画，点击Apply

模型中会出现Avatar，点击Inspector界面上的Configure Avatar进入配置界面

这里可以看到骨骼和Unity肌肉的映射关系，这些Unity基本已经配置好了，一般不需要修改

动画的Rig面板中选择Copy From Other Avatar，并选择来源模型的Avatar，点击Apply
在模型的Animator组件中选择各自的Avatar文件，这时动画就可以复用了

Animator

运行时最下面还会显示动画片段相关信息

在Animator中动画状态分为3种：单独的动画片段，多个片段组成的混合树，另一个状态机

在Animator窗口右上角有个Auto Live Link，选中后会在窗口内聚焦当前播放的动画状态

动画片段（AnimationClip）

正向动力学（Forward Kinematics）：常见的动画一般是由骨骼根节点（人形动画是屁股）到末梢骨骼节点依次计算旋转位移缩放来决定每个骨骼的最终位置
反向动力学（Inverse Kinematics）：末梢骨骼位置确定，反向计算各个父节点骨骼的旋转位移缩放，比如脚放在台阶上，反向计算其各个父骨骼

使用Avatar把骨骼系统转为肌肉系统后，双手，双脚位置可能出现一些偏移，Unity会保存转换前骨骼系统下手脚的正确位置，并把这些位置放在IK Goal（目标位置）上，也就是上图中双手，双脚位置的红球，手肘处的红球和膝盖处的红球是IK Hint（辅助位置），通过它防止肘部关节出现奇怪的扭曲，Foot Ik参考的是IK Goal的初始位置

使用IK需要在Layer上激活IK Pass，这样就可以在脚本中调用IK相关方法

public class AnimatorTest : MonoBehaviour
{
    [Range(0, 1)]
    public float weight;
    
    private Animator animator;
    //动画状态
    private AnimatorStateInfo stateInfo;
    //关联Multiplier参数
    private float animationMultiplier = 1;
    //Multiplier映射的hash值
    private int multiplierHash;

    void Start()
    {
        animator = GetComponent<Animator>();
        multiplierHash = Animator.StringToHash("Multiplier");
        animator.SetFloat(multiplierHash, animationMultiplier);

        //获取当前动画状态，0表示base layer
        stateInfo = animator.GetCurrentAnimatorStateInfo(0);
        //判断动画的Tag是否为Anim
        if (stateInfo.IsTag("Anim"))
        {
            //do something
        }
    }

    void Update()
    {
        if(Input.GetKeyDown(KeyCode.W))
        {
            animationMultiplier += 0.1f;
            animator.SetFloat(multiplierHash, animationMultiplier);
        }
    }

    /// <summary>
    /// layer上开启IK Pass
    /// </summary>
    private void OnAnimatorIK(int layerIndex)
    {
        //设置右脚IKGoal的位置
        animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.RightFoot, new Vector3(1,0,0));
        //权重越高，右脚越靠近设置的位置
        animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.RightFoot, weight);
    }
}

调用时机


当Animator的Update Mode为Nomal或Unscaled Time，OnAnimatorMove和OnAnimatorIk方法与Update同步，当Update Mode为Animate Physics时，与FixedUpdate同步

状态转换（Transition）

两个状态之间可以添加多个转换，这样会变成三个箭头，选中右侧的某个转换就可以为其单独设置转换条件，比如条件1和条件2都会触发 idle -> walk 这个转换，分别设置转换条件即可，它们之间是 “或” 的关系

转换的优先级：
1.如果有勾选了Solo，只执行勾选的转换，不考虑其他的
2.勾选的Solo的转换中，哪个条件先满足就执行哪个转换
3.如果条件同时满足，优先执行上面的转换
4.勾选Mute的转换不会执行

上方可以修改转换名称

状态机里只有四个状态，从A到D。当中的所有转换由相应的触发器变量（trigger）来控制

与A相关的转换有三个

选中A到B的转换，把Interruption Source设置为Current State且Ordered Interruption勾选
当激活触发器来启动A->B的转换时，从A到B的转换就可以被某些同样从A出发的转换所打断了，因为勾选Ordered Interruption，转换只能被优先级更高的A到C的转换打断

Trigger类型的参数只要激活就会触发转换，如果与Trigger相关的动画转换并没有被执行，Trigger会一直处于激活状态，直到转换被执行
Conditions可以设置多条，它们之间是 “与” 的关系，必须同时满足才能触发转换，注意如果勾选Has Exit Time，即使条件满足也得等动画播放到Exit Time才能触发转换

Root Motion动画

Root Motion动画自带根位移，会把动画上的位移应用到对象上，有效避免角色动画和实际位移不同步产生的滑步现象。动画文件会在每一帧里直接修改对象的坐标值和角度值（绝对值），而Root Motion则通过相对位移和转角来移动游戏对象

Animator勾选Apply Root Motion后，Unity会让游戏对象会乘以缩放矩阵，旋转矩阵，平移矩阵

public class AnimatorTest : MonoBehaviour
{
    private Animator animator;

    void Start()
    {
        animator = GetComponent<Animator>();
    }

    /// <summary>
    /// 使用该方法用代码替代动画修改对象位移旋转
    /// </summary>
    private void OnAnimatorMove()
    {
        //animator.deltaPosition已经考虑了缩放值
        transform.position += animator.deltaPosition;
        transform.rotation *= animator.deltaRotation;
    }
}

勾选Apply Root Motion并实现OnAnimatorMove，动画由脚本控制

在Generic动画中的使用Root Motion，只需要管理一根根骨骼Root node，实际工作中，美术一般会给模型单独制作一根根骨骼，这个骨骼的作用就是记录模型的位移旋转

Unity会把Generic动画对这根骨骼的操作当作对游戏对象的操作，Apply Root Motion会把根骨骼节点上的绝对坐标和绝对角度，转换为游戏对象的相对位移和相对转角

Root Transform Rotation（绕y轴旋转），Root Transform Position（Y）（y方向位移），Root Transform Position（XZ）（水平方向位移），这三个属性与Root Motion相关的动画

动画文件中的Root Q和Root T表示对游戏对象的旋转和位移，勾选Root Transform Rotation下的Bake Into Pose就不会旋转游戏对象，而是去旋转根骨骼节点，当我们不希望动画带动游戏对象旋转时，就需要勾选这个Bake Into Pose。后面的loop match是检查动画第一帧和最后一帧的吻合度，红色表示不吻合，绿色表示吻合，红色就不要勾选Bake Into Pose
Root Transform Position（Y）下的Bake Into Pose同理，勾选后动画不会影响游戏对象y方向上的位移，而是去修改根骨骼的位移

在动画预览界面点击坐标轴图标就可以显示center of mass，这个质心也被称为body transform，它的位置接近hips骨骼
红色箭头为质心在水平面的投影，我们可以把这个投影当作Root Motion的根骨骼节点，这个点被称为root Transform，代码中这样访问它的位置和方向

private Animator animator;
void Start()
{
    animator = GetComponent<Animator>();
    Vector3 bodyTransformPos = animator.bodyPosition;
    Quaternion bodyTransformRotation = animator.bodyRotation;
    Vector3 rootTransformPos = animator.rootPosition;
    Quaternion rootTransformRotation = animator.rootRotation;
}

Humanoid动画中的Root Motion的原理：Unity会计算处一个root transform，Root Motion会把动画文件中描述的root transform的坐标和角度值，转换为相对位移和相对转角，并以此来移动游戏对象

动画切割

点击动画的fbx文件，在Animation页签的Clips点击 “+” 新建一个动画片段，移动左右的滑块调整动画范围，或者直接设置动画的开始帧和结束帧，下面的loop mathc表示动画起始帧和结束帧的相似程度，绿色表示相似度高，黄色表示不够相似，红色表示完全不同，如果要切割一个循环动画，需要保持绿色，否则不用管

设置好点击下面的Apply，就会生成相应的动画片段

动画曲线（Curves）

我们可以为动画文件添加一个Curve，或者说添加一个属性，把一些额外信息写入到动画中

拖动预览窗口中的滑块调整位置，点击添加关键帧后就可以输入数值调整当前帧的数值，也可以点开Curve窗口进行详细调整曲线

点击Apply保存，Animation窗口中就会显示刚才添加的曲线属性

在动画状态机中新建一个曲线同名float参数，Animator会自动把动画中该曲线的值赋给这个参数，最后在脚本中读取这个参数就行

另外我们可以在脚本中直接定义一个动画曲线Animation Curve

public class CurveTest : MonoBehaviour
{
    public AnimationCurve curve;
    private float _time;

    private void Update()
    {
        _time = (_time + Time.deltaTime) % 1;
        Debug.LogError(curve.Evaluate(_time));
    }
}

动画事件（Events）

动画播放到某一帧时触发事件，比如动画播放到某一帧时生成特效

在动画的fbx文件中找到Events，拖动下面动画预览的位置就可以调整事件触发时机，点击左侧Add Event按钮添加事件，或者右键添加事件，出现一个蓝色事件标记

添加后定义事件调用的方法（Function），支持float，int，string，object4种类型的参数，点击Apply保持

	public void PlayEffect()
    {
        Debug.LogError("test");
    }

脚本中需要定义同名public方法，脚本和Animator挂在同一个物体上，当动画播放到Event时，Animator会发出一个message，并以此调用这个游戏对象上所有组件里的同名方法

如果是单独的动画片段文件，打开Animation窗口，点击Add Event按钮添加事件

Animator Layers（动画层级）和Avatar Mask（替身蒙版）

有时候需要把多个动画组合到一起，比如行走的动画和持枪的动画组合到一起就是持枪行走动画

在Animator中可以创建多个Layer，分别控制身体的不同部分，通过调整权重来实现不同层级之间动画的组合
多个Layer时，下面的Layer优先级更高

右键创建Avatar Mask

如果是人形动画，则在Humanoid中选择动画影响的部分，绿色表示受影响，红色不受影响，点击旁边空白处可以一次性选中或反选，图中的4个IK表示IK Goal，这里要播放手部动画，因此选择了手臂，手部及两个IK Goal
如果不是人形动画，在Transform中选择Avatar导入骨骼，勾选受影响的骨骼即可

1D混合树

创建混合树，双击进入，默认创建1D混合树，也就是通过一个变量来混合

点击 “+” 添加三个Root Motion动画

上图中Compute Thresholds选择Velocity Z，即根据前进后退方向上的速度计算Threshold，动画前进的速度大约是1.745667，后退的速度大约是-1.426688。Adjust Time Scale选择Homogeneous Speed，使得动画速度一致

Root Motion的速度不一定是匀速的，这里的1.745667是平均速度

在Animation窗口中观察z方向移动的动画曲线，曲线分成多段并不是线性的

注意：Unity动画做混合时，包含非线性插值计算，无法保证参数Speed为1时，动画速度也为1，这时可以调整播放速度来控制移动速度，把播放速度改成 1/1.745667，这样前进速度就是1

动画中前进后退的速度是针对原本骨骼的，使用Avatar复用动画后会根据骨骼的缩放值调整速度

public class PlayerMoveTest : MonoBehaviour
{
    private Animator _animator;
    private float _forwardSpeed = 1.745667f;
    private float _backwardSpeed = 1.426688f;
    private float _targetSpeed;
    private float _currentSpeed;
    void Start()
    {
        _animator = GetComponent<Animator>();
        //Root Motion会考虑物体的缩放值，humanScale记录了Avatar对骨骼的缩放
        //我们不希望整个animator的播放速度都受到影响，修改特定动画状态的Multiplier属性
        _animator.SetFloat("Multiplier",  1 / _animator.humanScale);
        Debug.Log("humanScale: " + _animator.humanScale);
    }
    
    void Update()
    {
        Move();
    }

    void Move()
    {
        _currentSpeed = Mathf.Lerp(_currentSpeed, _targetSpeed, 0.5f);
        _animator.SetFloat("Speed", _currentSpeed);
        Debug.Log("velocity.z: " + _animator.velocity.z);
    }

    public void PlayerMove(InputAction.CallbackContext callbackContext)
    {
        Vector2 movement = callbackContext.ReadValue<Vector2>();
        _targetSpeed = movement.y > 0 ? _forwardSpeed * movement.y : _backwardSpeed * movement.y;
    }
}

这里使用了Input System

Root Motion与Rigidbody一起使用

引入Root Motion是为了避免实际位移和动画表现位移不同步，Root Motion解决的是同步问题，而不是位移，要控制位移就需要通过脚本的OnAnimatorMove方法，注意：animator的update mode改为animate physics，动画记得Bake into pose

public class PlayerMoveTest : MonoBehaviour
{
    private Animator _animator;
    private Rigidbody _rigidbody;
    private float _forwardSpeed = 1.745667f;
    private float _backwardSpeed = 1.426688f;
    private float _targetSpeed;
    private float _currentSpeed;
    void Start()
    {
        _animator = GetComponent<Animator>();
        _rigidbody = GetComponent<Rigidbody>();
        _animator.SetFloat("Multiplier",  1 / _animator.humanScale);
    }

    private void OnAnimatorMove()
    {
        Move();
    }

    void Move()
    {
        _currentSpeed = Mathf.Lerp(_currentSpeed, _targetSpeed, 0.5f);
        _animator.SetFloat("Speed", _currentSpeed);
        //物理引擎中会修改rigidbody在y方向上的速度
        Vector3 vector3 = new Vector3(_animator.velocity.x, _rigidbody.velocity.y, _animator.velocity.z);
        //用animator从Root Motion动画中提取值，传递给受物理引擎影响的rigidbogy
        _rigidbody.velocity = vector3;
    }

    public void PlayerMove(InputAction.CallbackContext callbackContext)
    {
        Vector2 movement = callbackContext.ReadValue<Vector2>();
        _targetSpeed = movement.y > 0 ? _forwardSpeed * movement.y : _backwardSpeed * movement.y;
    }
}

Root Motion与CharacterController一起使用

CharacterController是一个简单的角色控制组件，如果角色不需要做真实的物理模拟，可以通过CharacterController简单的处理移动和碰撞。CharacterController继承自Collider，本身就是一个多功能碰撞体

public class PlayerMoveTest : MonoBehaviour
{
    public float RotateSpeed = 1000;

    private Animator _animator;
    private CharacterController _characterController;
    private Vector2 _playerInputVec;
    private bool _isRunning;
    private Vector3 _playerMovement;
    private Transform _playerTransform;
    private float _currentSpeed;
    private float _targetSpeed;
    private float _walkSpeed = 1.5f;
    private float _runSpeed = 4.2f;

    void Start()
    {
        _animator = GetComponent<Animator>();
        _characterController = GetComponent<CharacterController>();
        _playerTransform = transform;
    }

    void Update()
    {
        RotatePlayer();
        MovePlayer();
    }

    public void GetPlayerMoveInput(InputAction.CallbackContext ctx)
    {
        _playerInputVec = ctx.ReadValue<Vector2>();
    }

    /// <summary>
    /// 按下奔跑键
    /// </summary>
    public void GetPlayerRunInput(InputAction.CallbackContext ctx)
    {
        _isRunning = ctx.ReadValue<float>() > 0;
    }

    void RotatePlayer()
    {
        if (_playerInputVec == Vector2.zero)
            return;

        _playerMovement.x = _playerInputVec.x;
        _playerMovement.z = _playerInputVec.y;

        Quaternion targetRotation = Quaternion.LookRotation(_playerMovement, Vector3.up);
        _playerTransform.rotation = Quaternion.RotateTowards(_playerTransform.rotation, targetRotation, RotateSpeed * Time.deltaTime);
    }

    void MovePlayer()
    {
        _targetSpeed = _isRunning ? _runSpeed : _walkSpeed;
        _targetSpeed *= _playerInputVec.magnitude;
        _currentSpeed = Mathf.Lerp(_currentSpeed, _targetSpeed, 0.5f);
        _animator.SetFloat("Speed", _currentSpeed);
    }

    private void OnAnimatorMove()
    {
        //使用Move方法需要手写重力
        //_characterController.Move(_animator.deltaPosition);

        //SimpleMove会默认添加重力
        _characterController.SimpleMove(_animator.velocity);
    }
}

2D Simple Directional

2D混合树根据两个变量进行混合

2D简单方向混合，当你的动画代表不同方向时可以使用，如“向前走”、“向后走”、“向左走”和“向右走”
限制：同一个方向上不能有多个动画片段，如“向前走”，“向前跑”

Pox X 和 Pos Y 分别表示横向纵向的值，需要在状态机中定义两个变量关联
导入相关的动画，在方形区域内，蓝点表示动画片段，红点表示当前参数所在的位置，注意idle需要归零
选择Velocity XZ，根据动画在XZ方向上的速度计算Threshold，如果数值异常，需要调整下动画的Based Upon

修改两个参数的值调整红点位置，蓝色圆圈表示该动画在混合树中所占的权重，圆圈越大权重越大

点击某个动画，蓝色区域表示该动画影响的区域

点击没有蓝点的地方，就可以看到整个混合树权重的分布状态，蓝色越亮表示能在该区域施加影响的动画越少，颜色越黑表示能在该区域施加影响的动画越多
当原点处有动画片段，最多只能有三个动画片段上有权重，红点会被当作三角形加权重心，反推三个点的权重，它不允许同一个方向上有多个动画片段，因为这样可能找不到合适的三角形

把idle动画移开原点位置，Unity会假设原点处有个动画片段，计算权重后，把原点处的权重平均分配给所有动画片段

2D Freeform Cartesian

当运动不代表不同方向时使用效果最佳。例如 “向前走不转弯”、“向前跑不转弯”

它使用了梯度带算法，从红色到紫色，p1的影响值递减

每个采样点有一个梯形区域显示影响范围

2D Freeform Directional

同一方向上有多个运动，例如“向前走”和“向前跑”
限制：必须包含（0，0）位置处的idle动画，计算量较大

它使用极坐标下的梯度带算法
图（a）两个范例点p1和p2与原点距离一样角度不一样，梯度带沿着角度方向平均分布
图（b）两个范例点p1和p2角度一样，与原点距离不一样，影响值与长度成比例
图（c）其他情况两个范例点处于两条阿基米德螺旋线上，梯度带在它们之间均匀分布

参考

Unity动画系统详解文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-764764.html

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