COLLADA：反向绑定姿势在错误的空间？

Posted 2023-03-23

【中文标题】COLLADA：反向绑定姿势在错误的空间？

【英文标题】：COLLADA: Inverse bind pose in the wrong space?

【发布时间】：2011-11-27 14:25:16

【问题描述】：

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

我用于为网格蒙皮的公式很简单：

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 为关节指定了两种类型的旋转：局部和全局。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只使用局部旋转时，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。

这是不使用全局旋转：

这是全局旋转：

在两个屏幕截图中，我都使用线条来绘制骨架，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，顶点到处都是！

为了比较，这是第二张截图应该的样子：

很难看到，但您可以在第二张屏幕截图中看到关节处于正确位置。

但是现在奇怪的事情。如果我忽略 COLLADA 指定的反向绑定姿势，而是取关节的父局部变换乘以关节的局部变换的倒数，我会得到以下结果：

在这个屏幕截图中，我从每个顶点到有影响的关节画了一条线。我得到绑定姿势这一事实并不奇怪，因为现在公式变为：

world_matrix * inverse_world_matrix * position * weight

但这让我怀疑 COLLADA 的反向绑定姿势在错误的空间中。

所以我的问题是：COLLADA 在什么空间指定它的反向绑定姿势？以及如何将反向绑定姿势转换为我需要的空间？

【问题讨论】：

您是否阅读了 1.4.1 规范中的“在 COLLADA 中为骨架蒙皮”部分？你的公式看起来不对

【参考方案1】：

我首先将我的值与我从 Assimp（一个开源模型加载器）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。

最终我进入了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 始终是身份，因为网格不会转换任何东西。 currentGlobalTransform 是绑定矩阵，关节的父级局部矩阵与关节的局部矩阵连接。而mOffsetMatrix是逆绑定矩阵，直接来自皮肤。

我将这些矩阵的值与我自己的值进行了对比（哦，是的，我在观察窗口中比较了它们），它们完全一样，相差可能 0.0001%，但这微不足道。那么为什么 Assimp 的版本有效，而我的却没有，即使公式相同？

这是我得到的：

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);

等一下。他们上传它们转置？不可能那么容易。没办法。

是的。

我做错了什么：我在应用蒙皮矩阵之前将坐标转换为正确的系统（厘米到米）。这会导致模型完全失真，因为矩阵是为原始坐标系设计的。

未来的谷歌用户

按照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

。 获取关节的父节点并将其与局部矩阵相乘。 将其存储为

绑定矩阵

。 读取皮肤信息。 存储关节的

逆绑定姿势矩阵

。 存储每个顶点的关节

权重

。 将

绑定矩阵

与

反向绑定姿势矩阵

相乘并

转置

，称之为

蒙皮矩阵

. 将

蒙皮矩阵

乘以

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。

完成！

【讨论】：

老问题但很有帮助！非常感谢！

【参考方案2】：

顺便说一句，如果您在加载矩阵时转置矩阵而不是在最后转置矩阵（在制作动画时可能会出现问题），您希望以不同的方式执行乘法（您上面使用的方法似乎是在 DirectX 中使用蒙皮使用 OpenGL 友好矩阵时 - 进行转置。）

在 DirectX 中，我在从文件加载矩阵时转置矩阵，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);