如何计算 COLLADA 文件的父子联合变换？

Posted 2023-03-23

【中文标题】如何计算 COLLADA 文件的父子联合变换？

【英文标题】：How do I calculate a COLLADA file's parent and children joint transforms?

【发布时间】：2020-11-08 06:52:03

【问题描述】：

尝试实现绑定：

使用 Blender 创建了一个简单的操纵蛇测试并导出了一个 COLLADA 文件。 我已正确加载顶点位置、权重和关节 ID。 我已经为每个骨骼加载了骨架关节层次结构和这些变换（我加载了将所有浮点数转换为浮点数的矩阵[16]，然后我使用 glm::make_mat4(tmpFloatArray)，然后我转置它，不确定这是否正确）：

    <visual_scene id="Scene" name="Scene">
      <node id="Armature" name="Armature" type="NODE">
        <matrix sid="transform">1 0 0 0 0 0 1 0 0 -1 0 0 0 0 0 1</matrix>
        <node id="Armature_Bone" name="Bone" sid="Bone" type="JOINT">
          <matrix sid="transform">0.3299372 0.944003 -1.78814e-7 0 -4.76837e-7 0 -1 0 -0.944003 0.3299374 3.8743e-7 0 0 0 0 1</matrix>
          <node id="Armature_Bone_001" name="Bone.001" sid="Bone_001" type="JOINT">
            <matrix sid="transform">0.886344 -0.4630275 3.31894e-7 2.98023e-8 0.4630274 0.886344 -1.86307e-7 1.239941 -2.07907e-7 3.18808e-7 1 -2.84217e-14 0 0 0 1</matrix>
            <node id="Armature_Bone_002" name="Bone.002" sid="Bone_002" type="JOINT">
              <matrix sid="transform">0.9669114 0.2551119 -1.83038e-7 -1.19209e-7 -0.2551119 0.9669115 1.29195e-7 1.219687 2.09941e-7 -7.82246e-8 1 0 0 0 0 1</matrix>
              <node id="Armature_Bone_003" name="Bone.003" sid="Bone_003" type="JOINT">
                <matrix sid="transform">0.8538353 0.5205433 1.0139e-7 -1.19209e-7 -0.5205433 0.8538353 2.4693e-7 1.815649 4.19671e-8 -2.63615e-7 1 5.68434e-14 0 0 0 1</matrix>

现在，如果我将每个骨骼的矩阵设置为 glm::mat4(1)，我会得到：

但是，如果我尝试乘以关节父变换，例如在薄矩阵装配教程中，我会得到非常奇怪的结果：

void SkelManager::setTposeTransforms(std::vector<Joint>& _reference)

    for (int child = 0; child < _reference.size(); child++)
    
        if (_reference[child].parent == -1)
        
            //_reference[child].tPose = glm::mat4(1);
            _reference[child].tPose = _reference[child].transform;
        
        for (int parent = 0; parent < _reference.size(); parent++)
        if (_reference[child].parent == parent)
        
            //_reference[child].tPose = glm::mat4(1);
            _reference[child].tPose = _reference[parent].tPose * _reference[child].transform;
        
    

请帮忙，我已经坚持了几个星期，但我没有成功，无论我多么努力地搜索网络，我都找不到任何有用的东西，任何关于我可以做什么的想法做错了吗？

【参考方案1】：

我用glm::make_mat4(tmpFloatArray)，然后转置，不确定 如果这是正确的方法）：

参见 COLLADA 规范中关于矩阵的说明：

COLLADA 中的矩阵是数学意义上的列矩阵。 这些矩阵是按行主要顺序编写的，以帮助人类 读者。请参阅示例。

是的，你需要转置它。

加载 COLLADA 的骨骼动画并不难。请按以下步骤操作：

进口方：

加载所有关节节点层次结构，将关节变换与父节点相乘，直到根节点，就像对普通/其他节点（场景图）所做的那样。当每一帧的变换都改变时，最好做乘法... 使用关节 ID、权重...以及 bind_shape_matrix 和 加载 Controller->Skin 元素强>INV_BIND_MATRIX 加载动画对象以动画关节 加载instance_controller，它存储材质和元素，指示关节层次结构的根节点在哪里。这很重要，因为您需要从该元素而不是整个文档或场景中的顶部节点开始解析 SID...

渲染面：

如果需要，为每一帧准备所有关节变换。与父项乘以联合变换

为每个关节创建这个矩阵：

FinalJointTrans4x4 = JointTransform * InvBindPose * BindShapeMatrix

JointTransform 是与父级相乘的变换...

InvBindPose（或 InvBindMatrix）是您从 skin->joints->INV_BIND_MATRIX 读取每个关节的变换

BindShapeMatrix 是您从 skin->bind_shape_matrix

读取的变换

将这些 FinalJointTrans4x4 矩阵和权重发送到着色器（统一的缓冲区可以很好地存储矩阵）

在着色器中使用这些信息，渲染它。

也许（来自http://github.com/recp/gk）：

...
mat4 skinMat;
    
skinMat = uJoints[JOINTS.x] * WEIGHTS.x
        + uJoints[JOINTS.y] * WEIGHTS.y
        + uJoints[JOINTS.z] * WEIGHTS.z
        + uJoints[JOINTS.w] * WEIGHTS.w;
    
pos4  = skinMat * pos4;
norm4 = skinMat * norm4;

...

#ifdef JOINT_COUNT
  gl_Position = VP * pos4;
#else
  gl_Position = MVP * pos4;
#endif
...

我可能会忘记提及其他细节（我可能稍后会编辑答案），但这一定很有帮助。

PS：有一个名为 AssetKit (http://github.com/recp/assetkit) 的库，您可以根据需要使用它来加载 COLLADA 文件。

【讨论】：

非常感谢您的回答！我正在尝试慢慢做事情，现在，我正在寻找默认姿势，我猜我需要为每个关节获取一个没有旋转或平移但有偏移的矩阵，对吧？当我变换关节矩阵之一时，孩子们正确地移动它，但它在错误的点上旋转。也找不到INV_BIND_MATRIX，而且无论我读了多少遍，我都没有得到它，因为所有这些新术语。但是非常感谢您的回答！如果您可以指定如何计算偏移量，我想我可以管理其余的 .Thx!。

您必须能够以<input semantic="INV_BIND_MATRIX" source="..." /> 找到INV_BIND_MATRIX。它是必需的，因为您需要将网格从对象空间转换为骨骼空间。然后，如果您变换骨骼/关节，则网格将随之而来。按照上面的步骤，创建FinalJointTrans4x4矩阵，就像我提到的那样

一个你可以关注的教程wazim.com/Collada_Tutorial_1.htm

recp，我阅读了你说的 100% 详细的教程，现在效果更好，但仍然不是 100% 好，如果你有时间，你能解释一下，就好像我是一个猴子，比如：在初始化时，从 collada 文件中取这个，然后乘以 collada 文件的其他东西，然后在更新中做这个和这个，拜托，它会很有帮助，我一直被困在这里这么久:((((而且这个东西只有极少数人知道