使用 XNA 建立遊戲/數學物理/角色動畫

角色動畫

在這裡，我們必須區分骨骼動畫和關鍵幀動畫。重點是展示如何使用 XNA 實現這兩種型別的動畫。應特別注意 XNA 框架提供的約束（例如，著色器 2.0 模型不允許超過 59 個關節）。

介紹

動畫僅僅是一種錯覺——它是由一系列影像建立的。每個影像都與前一個略有不同。我們只是將這樣一組影像感受為變化的場景。
呈現動畫最常見的方法是作為一部電影或影片程式，儘管還有其他方法。 [1]
在計算機動畫中，它有兩種形式：一種更“經典”的，源自翻書本的已知關鍵幀動畫；另一種是骨骼動畫，預設情況下，它來自 3D 動畫。

關鍵幀動畫

關鍵幀動畫是一種動畫技術，最初用於經典卡通中。關鍵幀定義了動畫的起點和終點。它們填充了所謂的中間幀或過渡幀。

歷史，傳統關鍵幀動畫

在傳統的關鍵幀動畫中，例如用於手繪動畫片，高階藝術家（或關鍵藝術家）將繪製關鍵幀。（僅動畫的重要圖片）在粗略動畫測試之後，他將其交給助手，助手進行必要的“中間幀和清理”。

計算機圖形學

在計算機圖形學中，它與卡通的概念相同：關鍵幀由使用者建立，中間幀由計算機補充。“關鍵幀”儲存物件的位置、旋轉和縮放等引數。計算機對後續的中間幀進行插值。

示例

一個物件將從一個角移動到另一個角。第一個關鍵幀顯示物件位於左上角，第二個關鍵幀顯示物件位於右下角。兩者之間的所有內容都進行了插值。

使用示例
起始關鍵幀
結束關鍵幀
完成的動畫

插值方法

前面的部分提到了一些關鍵幀動畫支援多種插值方法。動畫的插值描述了動畫在其持續時間內如何在值之間過渡。透過選擇與動畫一起使用的關鍵幀型別，可以定義該關鍵幀段的插值方法。有三種不同的插值方法：線性、離散和樣條。
[2]

線性

各個片段以恆定的速度透過。

離散

使用離散插值，動畫函式在值之間跳轉，而不進行插值。

樣條插值

http://msdn.microsoft.com/uk-en/library/ms742524.aspx

XNA 中的關鍵幀動畫

待編輯各個引數儲存在一個列表中。如果現在有了時間線的長度和元素的數量，就可以從中推斷出在何時可以訪問哪個關鍵幀。（透過增加時間線計數器，然後呼叫相應關鍵幀，就像例如在連環畫中，其中 1 頁是 1 個關鍵幀，翻到相應的頁一樣）。

下面顯示了一個類，可以用它來實現這一點。原始碼在下面可以找到。

一個小的關鍵幀動畫類

using System.Collections.Generic;
using Microsoft.Xna.Framework;

namespace PuzzleGame
{
    /// <summary>
    /// Keyframe animation helper class.
    /// </summary>
    public class Animation
    {
        /// <summary>
        /// List of keyframes in the animation.
        /// </summary>
        List<Keyframe> keyframes = new List<Keyframe>();

        /// <summary>
        /// Current position in the animation.
        /// </summary>
        int timeline;

        /// <summary>
        /// The last frame of the animation (set when keyframes are added).
        /// </summary>
        int lastFrame = 0;

        /// <summary>
        /// Marks the animation as ready to run/running.
        /// </summary>
        bool run = false;

        /// <summary>
        /// Current keyframe index.
        /// </summary>
        int currentIndex;

        /// <summary>
        /// Construct new animation helper.
        /// </summary>
        public Animation()
        {
        }

        /// <summary>
        /// Add a keyframe to the animation.
        /// </summary>
        /// <param name="time">Time for keyframe to happen.</param>
        /// <param name="value">Value at keyframe.</param>
        public void AddKeyframe(int time, float value)
        {
            Keyframe k = new Keyframe();
            k.time = time;
            k.value = value;
            keyframes.Add(k);
            keyframes.Sort(delegate(Keyframe a, Keyframe b) { return a.time.CompareTo(b.time); });
            lastFrame = (time > lastFrame) ? time : lastFrame;
        }

        /// <summary>
        /// Reset the animation and flag it as ready to run.
        /// </summary>
        public void Start()
        {
            timeline = 0;
            currentIndex = 0;
            run = true;
        }

        /// <summary>
        /// Update the animation timeline.
        /// </summary>
        /// <param name="gameTime">Current game time.</param>
        /// <param name="value">Reference to value to change.</param>
        public void Update(GameTime gameTime, ref float value)
        {
            if (run)
            {
                timeline += gameTime.ElapsedGameTime.Milliseconds;
                value = MathHelper.SmoothStep(keyframes[currentIndex].value, keyframes[currentIndex + 1].value
                (float)timeline / (float)keyframes[currentIndex + 1].time);
                if (timeline >= keyframes[currentIndex + 1].time && currentIndex != keyframes.Count) { currentIndex++; }
                if (timeline >= lastFrame) { run = false; }
            }
        }

        /// <summary>
        /// Represents a keyframe on the timeline.
        /// </summary>
        public struct Keyframe
        {
            public int time;
            public float value;
        }
    }
}

資源： http://tcsavage.org/2011/04/keyframe-animation-in-xna/

參考文獻

http://xnanimation.codeplex.com/
http://msdn.microsoft.com/uk-en/library/ms742524.aspx
http://en.wikipedia.org/wiki/Animation
http://msdn.microsoft.com/uk-en/library/ms752312.aspx
http://tcsavage.org/2011/04/keyframe-animation-in-xna/
http://de.wikipedia.org/wiki/Spline-Interpolation
http://en.wikipedia.org/wiki/Spline_interpolation

作者

ARei

骨骼動畫

骨骼動畫是計算機動畫中的一種技術，它由兩部分組成：皮膚部分（稱為網格）和骨骼部分（稱為繫結）。皮膚表示為表面的組合，骨骼表示為骨骼的組合。這些骨骼像真正的骨骼一樣相互連線，並且是分層集的一部分。結果是，您移動一根骨骼，其他應該相互作用的骨骼也會隨之移動。骨骼以相同的方式動畫化網格（表面）。雖然此技術通常用於動畫化人類或更普遍地用於有機建模，但它僅用於使動畫過程更直觀，並且可以使用相同的技術來控制任何物件的變形，例如建築物、汽車等。

這種技術對動畫師非常有用，因為在所有動畫系統中，這種簡單的技術都是一個移植版本。因此，他們不需要任何複雜的演算法來動畫化模型。如果沒有這種技術，幾乎不可能將網格與骨骼結合起來進行動畫化。
http://en.wikipedia.org/wiki/Skeletal_animation

繫結

繫結是建立骨骼以動畫化模型的技術。這個骨骼由骨骼（繫結）和關節組成，關節是骨骼之間的連線。通常，您將這些骨骼和關節與真實骨骼的特性相關聯。例如，您首先建立上腿作為骨骼，然後建立膝蓋作為關節。
http://de.wikipedia.org/wiki/Rigging_%28Animation%29

蒙皮

蒙皮（Skinning）是一種將皮膚材質賦予骨骼框架（骨骼）的技術，皮膚的運動如同骨骼的運動。蒙皮技術在繫結（Rigging）之後進行。蒙皮和繫結的區別在於，蒙皮是模型（你的模型）的視覺變形。能夠設定每個單獨的表面是一個很有用的特性，這在諸如手臂運動之類的場景中非常有用。即使你移動你的手臂（或模型的手臂），你的皮膚（模型的表面）會以不同的方式與運動互動，這取決於位置，例如你的肘部內側或肘部外側。在此背景下，還可以模擬肌肉運動。http://de.wikipedia.org/wiki/Skinning

在XNA中，模型的骨骼和多邊形數量有限。

骨骼：4.0版本中最多可達59到79根。
多邊形：取決於硬體。

常用的程式有：

XNA中的動畫

在XNA中，獲取模型動畫的最簡單方法是在3D開發工具中建立動畫。這些動畫會自動成為匯出的.x檔案或.fbx檔案的一部分。

一個展示XNA中動畫處理的簡單方法是來自http://create.msdn.com/en-US/education/catalog/sample/skinned_model的一個不錯的演示。

首先我們需要一個模型和一個動畫。

Model currentModel;
        AnimationPlayer animationPlayer;

下一步是更新LoadContent()方法。

protected override void LoadContent()
        {
            // Load the model.
            currentModel = Content.Load<Model>("dude");

            // Look up our custom skinning information.
            SkinningData skinningData = currentModel.Tag as SkinningData;

            if (skinningData == null)
                throw new InvalidOperationException
                    ("This model does not contain a SkinningData tag.");

            // Create an animation player, and start decoding an animation clip.
            animationPlayer = new AnimationPlayer(skinningData);

            AnimationClip clip = skinningData.AnimationClips["Take 001"];

            animationPlayer.StartClip(clip);
        }

如果將clib變數設定為陣列，可以儲存許多不同的動畫。

AnimationClip clips= new AnimationClip[skinningData.AnimationClips.Keys.Count];
clips[0] = skinningData.AnimationClips["moveleft"];
clips[1] = skinningData.AnimationClips["moveright"];
clips[2] = skinningData.AnimationClips["jump"];