Mecanim

1. 簡介

    Mecanim把遊戲中的角色設計提高到了一個新的層次，使用Mecanim可以通過Retargeting(重定向)來提高角色動畫的重用性。在處理人類角色動畫時，用戶可以使用動畫狀態機來處理動畫之間的過渡及動畫之間的邏輯。

   Mecanim支持運動重定向(Retargeting)功能：即把動畫從一個角色模型應用到另一個角色模型上的功能。

 2. Animator關鍵元素

2.1 Animator組件

     有Animator動畫的Gameobject必須有Animator組件，Animation組件如下圖所示：

   

    Animator組件負責把動畫分配給GameObject。Animator包含以下兩個關鍵元素：
    1) Animator Controller
    2) Avatar (僅當GameObject是人形角色時，才定義Avatar)

    下圖示意：一個遊戲對象的Animator組件如何把Animation Clips、Animator Controller和Avatar資源組合在一起。

2.2 Avatar

    創建動畫的一個基本步驟就是建立一個從Mecanim系統的簡化人形骨架結構到用戶實際提供的骨架結構的映射，這種映射關係稱爲Avatar。

2.2.1 創建Avatar   

      創建Avatar是使用Mecanim的關鍵步驟。Avatar的創建過程，就是分析導入的角色資源的骨骼結構，其內部過程就是與Mecanim中已有的、簡化的、標準的人類骨骼進行對比，最後將其轉換或標識爲Mecanim可以識別的骨骼結構。

      通過Avatar的創建，可以實現角色之間的Retargeting。

      1）導入角色模型文件(如FBX)之後，在Project窗口中選中導入的角色，然後在其Inspector窗口中指定模型的的Rig爲Humanoid，然後點【Apply】按鈕

         
   2）點【Apply】之後，Mecanim嘗試把角色已經存在骨骼結構匹配到Avatar的骨骼結構(在大部分情況下，Mecanim能自動完成)，如果匹配成功，在【Configure】旁邊有一個“V”的符號，如下圖所示： 

   3）在成功匹配之後，Avatar子資產被增加到模型資產的下面，其在Project窗口中如下圖所示：

   4）選中Avatar子資產（如上圖中的EthanAvatar)，Inspector窗口如下圖所示，點【Configure Avatar】之後，可配置Mapping和Muscles。

2.2.2 配置Avatar

      Avatar是Mecanim系統中極爲重要的模塊，因此爲模型資源正確地設置Avatar也就變得至關重要。不管Avatar的自動創建是否成功，用戶都需要進入到Configure Avatar界面中去確認Avatar的有效性，即確認用戶提供的骨骼結構與Mecanim預定義的骨骼結構已經正確匹配起來，並且模型已經處於T形姿態。

      1) 實線圓圈：骨骼是必須匹配的

      2) 虛線圓圈：骨骼是可選匹配的
      可選匹配骨骼的運動會根據必須匹配骨骼的狀態來自動插值計算。爲了方便Mecanim進行骨骼匹配，用戶提供的骨架中應包含所有必須匹配的骨骼。爲了提高匹配的機率，應儘量通過骨骼代表的部位給骨骼命名(如：左手命名爲LeftArm)。

      3) Avatar自動創建成功，其界面如下：

      4) Avatar自動創建失敗，其 界面如下：

     5) Avatar Configure Inspector (骨骼映射)

    6) 如果auto-mapping(Mapping->Automap)部分或完全失敗，可以在Scene中拖動骨骼以進行分配。如果Mecanim認爲骨骼合理，則在Avatar Inspector中以綠色顯示，否則以紅色顯示。

    7) 如果骨骼綁定正確，但是角色姿勢不對（不是標準的T形）,在Scene中可看到消息“Character not in T-Pose”，解決此問題可通過Pose->Enforce T-Pose或旋轉其它的骨骼。

    

2.2.3 肌肉設定

       1) Mecanim允許使用“肌肉”來控制不同骨骼的運動範圍。
       2) 當Avatar被創建且被成功配置之後，Mecanim可理解骨骼結構，且允許在Avatar Inspector的【Muscles】選項卡中調節相關參數。在此可以調整角色的運動範圍，以確保骨骼運動起來真實、自然。

           詳細使用方法參見:http://www.unitymanual.com/thread-1211-1-1.html

      3) 通過設置各個關節的旋轉範圍來控制不現骨骼的運動範圍。

 

2.3 Animator Controller

     負責定義使用哪些動畫素材，以及何時、如何播放(融合<blend>和過渡<transition>)這些動畫素材。

      Animator Controller以狀態機（State Machine）的方式維護一系列動畫，且當隸屬的角色發生特定事件時，切換播放的動畫。

2.3.1 創建Animator Controller

      在Project窗口中，創建Animator Controller，然後雙擊剛創建的Animator Controller可在Animator窗口中進行編輯。創建Animator Controller如下圖所示：

2.3.2 編輯Animator Controller

2.3.2.1 創建狀態節點

         把Animation Clip從Project窗口中拖到Animator窗口，則自動創建了一個對應的狀態節點，第一個拖入的Animation Clip爲默認狀態節點，如下圖所示：

2.3.2.2 設置狀態變換

        狀態變換：即從一個狀態變換到另一個狀態，如從IdleShort狀態變換到Jump狀態。

2.3.2.2.1 角色自動運動

       簡單且不用編程的狀態變換，程序不能控制

        從一個狀態變換到另一個狀態的帶箭頭的線表示：這些箭頭線用於設置變換條件，如：在什麼條件下才從IdleShort狀態變換到Jump狀態。

       設置狀態變換時，先選中箭頭線，然後在Inspector中設置變換條件，如下圖根據播放的百分比來設置變換條件。

       當IdleShort狀態播放到90%時，則切換到Run狀態。

       設置完之後，關閉Animator窗口中。至此，一個簡單的且不用編程的Animator Controller已經設置完成。

2.3.2.2.2 程序控制角色運動

       1. 創建混合樹

       1) 若一個狀態節點支持多種運動（如：Run支持RunDirect、RunLeft、RunRight），選中此節點點右鍵，然後點【Create new BlendTree in State】，則此狀態節點的Motion爲：Blend Tree

      2) 創建BlendTree之後，雙擊此狀態節點，則進入混合樹的編輯。   

    3) 選中混合樹，在其Inspector面板中，點按鈕【+】然後點【Add Motion Field】增加3個Motion，然後並設置對應的Motion，其結果如下：

       2. 創建控制參數並設置變換條件

       1) 創建控制參數

       

       2) 設置箭頭線變換條件

           首先選中箭頭線，然後設置此箭頭的變換條件。

      3) 設置混合樹變換條件

      

     Direction:

          -1： 播放動畫RunLeft

           0： 揪放動畫Run

           1：播放動畫RunRight

     Blend Type: 1D（表示一個參數控制混合樹的動畫播放） 

       

2.3.2.3 動畫合成

     比如角色一邊跑，一邊揮劍，則需要把兩個動畫進行合成。要實現兩個動畫的合成，需要單獨創建一個動畫層。

    

   Weight：動畫層的權重值

   Mask： 本層的動作影響身體的哪一部分(遮罩)

   1) 創建Avatar Mask：在Project窗口中創建一個Avatar Mask

   2) 點擊不受影響的部位，使之變紅，如下圖只有右手的運動才參與計算，即只有右手的動作才發生作用，從而達到屏蔽身體其它部位的目的，從而提高了效率(IK：表示把風向動力學)

             

   3) 把Avatar Mask應用於特定的動畫層

   4) 在腳本中設置狀態變換條件，然後再把此腳本綁在角色身上。

   總結：一個Animator Controller中可包含多個動畫層，每個動畫層按照其設定的狀態機單獨進行運行，然後根據其Weight把各動畫層進行合成，後面的動畫層(除Base Layer)只顯示其Avatar Mask綠色的部分。   

2.3.3 應用Animator Controller

        1) 在Hieratchy窗口中選擇需要Animator動畫的角色         

        2) 把Project中的Animator Controller資源拖到角色對象的Animator組件的Controller輸入框，或點旁邊的按鈕進行選擇

3. Animator重定向功能

        重定向功能：就是把應用在一個角色上的動作應用到另一個角色身上。

         即同一個Animator Controller可用於不同的Animators。

4. Animator詳細參數

    Animator詳細參數參見：http://docs.unity3d.com/ScriptReference/Animator.html

   http://edu.china.unity3d.com/learning_document/getData?file=/Manual/MecanimAnimationSystem.html

5. 設置動畫狀態過渡代碼

   設置動畫狀態過渡代碼例子（IdleRunJump.cs）如下： 

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class IdleRunJump : MonoBehaviour {


    protected Animator animator;
    public float DirectionDampTime = .25f;
    public bool ApplyGravity = true;

    // Use this for initialization
    void Start ()
    {
        animator = GetComponent<Animator>();

        if(animator.layerCount >= 2)
            animator.SetLayerWeight(1, 1);
    }

    // Update is called once per frame
    void Update ()
    {

        if (animator)
        {
            AnimatorStateInfo stateInfo = animator.GetCurrentAnimatorStateInfo(0);

            if (stateInfo.IsName("Base Layer.Run"))
            {
                if (Input.GetButton("Fire1")) animator.SetBool("Jump", true);
                    }
            else
            {
                animator.SetBool("Jump", false);
                 }

            if(Input.GetButtonDown("Fire2")&&animator.layerCount >= 2 )
            {
                animator.SetBool("Hi", !animator.GetBool("Hi"));
            }


                float h = Input.GetAxis("Horizontal");
                float v = Input.GetAxis("Vertical");
            animator.SetFloat("Speed", h*h+v*v);
                    animator.SetFloat("Direction", h, DirectionDampTime, Time.deltaTime);
        }
    }
}

6. 爲Mecanim系統創建角色

    爲Mecanim系統創建角色主要包括以下三個階段：

    1) 建模

         角色模型有合理的拓撲結構；模型導出設置；模型導入Unity3D；使角色處於T-Pose；去掉不需要的面、頂點及隱藏的面、頂點；

    2) 骨骼設置

    3) 蒙皮

         把多邊形的網格頂點綁定到骨骼上的過程。

7. 肌肉設置與身體遮罩的區別

    1) 肌肉設置：是對Avatar進行設置，所以它修改了Avatar的輸入設置，對所有動畫有效。

    2) 身體遮罩：是對動畫進行設置(每個Animation Clip有一個Body Mask)，只修改本動畫的屬性，即只對本動畫有效。