解析UE动画系统——核心实现

解析UE动画系统——核心实现

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  • 时间：1月17日
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【USparkle专栏】如果你深怀绝技，爱“搞点研究”，乐于分享也博采众长，我们期待你的加入，让智慧的火花碰撞交织，让知识的传递生生不息！

一、想写的内容有哪些

动画系统是引擎核心功能之一，之前用Unity开发，只是用用编辑器，一直没太深入去看原理。最近看了看UE的功能和源码，收获很多，对动画是怎么跑起来的，有了更深的理解，同时看的时候也遇到很多问题。

关于动画的实现，资料并不多，很多只是大致说一下流程，有些又说的太高级，省略了很多细节，只提出一个方向，所以又到处查源码，总算弄清楚了一些问题。

这篇博客，想分享两方面内容：

一是自己对动画系统的理解，通过遇到的一些问题，结合源码，加上用Unity的经验，有一些解答，不一定对，毕竟没自己实现过，有一定局限性，欢迎大家留言讨论。

二是UE的实现，熟悉底层逻辑，也能更好地使用和扩展。对于实现来说，不止一种方式，UE的代码也经过很多次迭代，更重要的是理解背后的设计思路，这也是看代码的乐趣所在，并不是只看个流程，重要的是这个思考的过程。

动画从最底层来说，是骨骼的旋转、平移、缩放，加上蒙皮，这篇博客更关注整个动画系统的逻辑，这些数学计算，算法比较成熟，对于我来说，就是一些固定公式，相信伟大的数学家们说的都是对的，暂时不会细看这部分。

二、动画系统设计

首先要实现一套动画系统，需要先分解功能，有个基本的思路。对于动画系统来说，简单的可以分为两层来做，一是实现核心功能，二是基于核心功能，针对特定问题，给出支持的方案。

核心功能分解

首先，最核心的，是让模型动起来，基于动画管线实现。这部分在扩展动画的时候几乎不用改，是动画的最底层。

然后，是怎么组织多个动作，动作的选择和控制（计算顺序、骨骼控制等）。控制的复杂度，源于让玩家感觉整体动作是流畅的这样一个需求。

对游戏引擎来说，需要一个中间类，去和游戏逻辑交互，以及驱动动画系统运行。也就是处理输入和输出，加上驱动动画播放。

这样，就实现了一个游戏的基础动画系统。但是，仅仅这些还不够，还需要针对一些问题，做扩展，才是个完整的系统。

解决特定问题

对游戏引擎来说，能播放动画，只是动画系统的核心功能，而不是个完整的系统。因为动画和游戏逻辑是有很多交互的，引擎要针对这些特定问题，或者说是需求，给出解决方案。

  • 要获取动画进度，给外部做判断，或是用于处理动画之间的融合，通过曲线的形式保存数据。
  • 动画调用外部接口，比如特定帧播特效音效等，以通知的形式。
  • 有些动画，比如技能，和游戏逻辑关联大，UE提供蒙太奇的功能，和slot结合实现。
  • 性能上的考虑，比如不可见的是否更新，远距离的是否降低更新频率等。
  • 一些高级的动画效果，比如Root Motion、Motion Matching等。
  • 骨骼重定向等功能，简化工作流。

这样就大致做了功能模块分解，到了实现代码的部分。那写代码有一些基本原则，在UE的实现上是怎么体现的呢，大概想到以下几点：

代码结构：高内聚，低耦合的原则。体现为分层设计，加上模块化功能。

  1. 功能模块：资源（动画序列、混合空间），曲线，蒙太奇，通知，插槽，实现特定功能。
  2. 中间层，由节点组成。节点分类型，连接功能模块和控制层，单向依赖基础层。
  3. 控制层，核心是蓝图。蓝图依赖节点，将节点组成流程。USkeletalMeshComponent，驱动动画系统运行，作为动画系统和外部的中间类。

扩展性：在实际开发中，如果对动画的要求较高，那扩展是必不可少的，UE主要有两种方式

  1. 通过接口的形式，表现为节点，通过节点实现不同逻辑，嵌入到动画流程中。基于依赖倒置原则，节点实现接口，动画流程依赖这些接口。
  2. 继承，组件，蓝图实例都可以继承，自定义运行流程。

性能：体现在资源和计算量上，动画在这两方面消耗都不低。

  • 计算上：将逻辑和显示分离。
    1. 对于服务器，以及客户端不可见的模型，可以只做游戏逻辑相关计算。
    2. 计算骨骼数据，只是为了显示，不影响逻辑，分到多线程去做。
  • 资源上：支持单独控制部分骨骼，将动画组合使用，减少资源量。支持骨骼重定向等操作。

想清楚这些问题，看代码的时候更容易理解现有的代码结构。当然还有很多我想不到的问题，UE的代码也是一个一个版本迭代上来的，中间很多设计很难从结果上看出来，尽量理解就好。

三、动画系统实现结构

功能模块结构图

UE提供的功能分四部分，但实际项目，数据层一般是自己写C++代码，性能好些，所以重点是前面的三个部分。

从使用上，可以分为这几个模块，但是代码实现上，实际比这更复杂。下面主要关注代码的实现。

核心层

目的是实现动画管线，动画管线本身是个抽象的概念。UE通过节点，根据数据和骨骼操作，调用核心层提供的接口，实现管线。

  1. 采样：通过资源的封装实现。
  2. 混合：都是通过几种模式对应的函数实现，一般是FAnimationRuntime实现。
  3. 后处理：对现有姿势做调整，按一定算法和条件，一般节点自己实现，用于扩展自定义效果。

混合和后处理的区别，混合的目的是处理动画间的过渡，算法相对固定。后处理是对动作做调整，为了和场景更好的匹配，一般是IK。

控制层：分编辑和逻辑两部分

编辑：通过节点，提供数据和骨骼操作，给核心层，驱动动画管线运行。

  • 在使用上可以理解为就是动画蓝图。组合节点，实现一个流程，达到控制动画输出的目的。
  • 节点可以理解为策略模式，可动态替换，每种节点类型都是一组策略，方便编辑和扩展。
  • 节点之间，是组合的关系，特定节点有顺序关联，大部分可互相关联。这样操作起来更灵活，可以互相关联嵌套。

逻辑：用于执行节点。

  • 对应UAnimInstance类，只负责动画表现相关的逻辑。
  • 主线程计算逻辑，主要是处理蒙太奇。
  • 其他线程执行蓝图，反向执行节点。可以先思考一下为什么要反向执行，后边会写我的理解。

游戏逻辑交互层

以上模块，只能实现一个静态的动画，而不是一个可交互的系统，这一层是接收玩家的输入，驱动动画系统运行，并将结果展示给玩家。

对内，驱动系统运行，调用UAnimInstance，处理逻辑相关数据、URO等。
对外，触发动画相关事件，提供各种获取数据的接口。

控制层和交互层，实现了游戏逻辑和显示效果解耦，游戏逻辑只关心发生了什么，提供数据，具体表现效果由动画系统决定。

动画执行流程

画了一个大致的流程，算是动画执行的主线流程吧，一些细节和分支没画，避免结构太复杂。对照着代码实现看，会方便一些。

四、动画管线实现

什么是动画管线

动画管线指一系列运算，把输入（动画资源、混合设置），变换成输出（局部及全局姿势、渲染用的矩阵调色板）。

定义有些抽象，简单理解，就是把生成一个动作的处理，分三个逻辑阶段，输入一些数据，得到一个姿势。

逻辑上分三部分，采样、融合、后处理。大致流程是，采样需要的多个动画，加上各种参数、条件做融合，之后后处理，输出的一个姿势。

UE实现机制
不同于渲染管线，动画管线是个抽象概念，UE里通过节点实现。对应管线的三部分逻辑，UE实现上也是分别实现这三个逻辑。

采样

分两部分，一是采样数据，由资源提供接口。二是外部驱动流程。

采样接口

  • 由资源实现，UE提供了几种资源，基础的是UAnimSequence，采样接口在这实现。其他资源，是对资源的另一层封装，包括混合空间和蒙太奇，蒙太奇是个实用的扩展，后面细说。真正的采样都是GetBonePose方法。
  • 核心逻辑是，外部传递一个时间（保存在FAnimExtractContext结构体中），取到邻近的两帧，结合设置的插值算法，返回数据。实现上要比描述的复杂一些，涉及到压缩相关的处理。
  • 采样的结果，不只是骨骼数据，还包括曲线和属性，这些都是跟动画帧变化的数据。
  • 分3个方法计算：EvaluateCurveData、DecompressPose、GetCustomAttributes。

流程

  • 首先由状态机选择要播放的动画，对应FAnimNode_AssetPlayerBase节点，触发采样需求。
  • 采样资源之前，先计算时间，因为要加上动画本身的播放速度。由link节点调用UpdateAssetPlayer，在资源有效的情况下，计算当前动画时间（判断有效范围，加上播放速度）。
  • 然后从link节点调用Update_AnyThread，执行节点的Update逻辑，获取时间对应的数据，保存在FAnimationPoseData，包括姿势、曲线、属性。

融合

融合的效果是将多个动画，按一定算法，生成一个动画。

基础是变换运算

  • 对姿势做基于权重的运算。
  • 两种方式，由BlendTransform函数实现。
    1. 基于权重的覆盖：目标变换=源变换*权重
    2. 叠加：目标变换=目标变换+（源变换*权重）

姿势混合有3种方式

  1. 线性插值：两个姿势的中间姿势，各有权重，用于动画过渡。权重的算法，可以实现不同的曲线，对应不同融合效果。
  2. 加法混合：用于叠加，一般是基础动画，加上一个特殊状态，比如在基础的移动上，叠加上受伤、拿武器等。优点是可以用组合的方式减少资源。
  3. 骨骼分部混合：不同骨骼分别播动画，按部位分离，也是可以减少资源，有些动画控制特定骨骼就可以了，比如实现上半身攻击下半身移动的效果。

融合一个作用是动画过渡

  • 标准过渡：源动画到目标动画的过渡。指定时间段，用线性插值实现。这是个基础的过渡。
  • 惯性过渡：当前姿势到目标动画的过渡。有些时候，标准过渡效果不一定好，比如在跑的时候起跳，如果融合跑和跳的动作，看起来就是在空中还在跑，这时用惯性过渡可能更好。UE已经有对惯性过渡的支持，Unity好像还没有，最近没关注。

融合触发方式

  1. 采样资源时直接做融合，由扩展的资源实现。
  2. 通过指定的节点，输入多个pose做融合。

核心算法实现，在FAnimationRuntime类，节点和资源会调用这个类的方法。

后处理

作用是对动画姿势做校正，主要是各部位的IK，因为做动画的时候，生成的是和环境无关的姿势，而实际运行中，动作要和周围的环境有一定的匹配，这样才显得更真实。

具体算法由FAnimNode_SkeletalControlBase子类实现，UE实现了多种IK算法，之后在细看看每种算法的实现逻辑。

五、节点机制

节点理解

节点可以说是UE实现灵活编辑动画流程的基础，在蓝图上自由关联节点、关联蓝图，离不开节点的支持。

用树的方式来理解的话，OutPut Pose是根节点，那些动画资源播放节点是叶子节点，姿势混合节点是中间节点。然后通过控制节点关联到一起。

节点机制用到了策略模式和组合模式。策略模式，体现为节点可以互相替换，这样也支持了扩展。组合模式体现为节点可以通过PoseLink互相连接，也就实现了自由编辑流程的效果，PoseLink这名字，也说明了节点的最终功能是计算pose。

UE通过节点，将对动作的操作，抽象为对输入输出的数据的操作，这样不管加了什么逻辑，只要输入的数据和输出的数据结构相同，就可以互相连接，也是基于这样的原理，支持的自定义扩展。

节点分类

节点主要有三个功能：

  1. 实现特定功能
  2. 控制流程，连接到节点，以及连接到其他蓝图
  3. 扩展，自定义节点，将逻辑插入动画流程中

节点基类：FAnimNode_Base，不存储数据，提供虚函数，在指定的时间点被蓝图调用，子类实现具体逻辑。核心函数，包括Initialize_AnyThread、CacheBones_AnyThread、Update_AnyThread、Evaluate_AnyThread。

根节点：FAnimNode_Root，对应蓝图中最后用于输出的OutPut节点。赋值到FAnimInstanceProxy，作为蓝图运行的节点的起点。

要处理特殊生命周期的节点，保存在UAnimBlueprintGeneratedClass。存下来是为了在调用函数的时候更快，而不用真的遍历所有节点，因为只有少数几个几点，需要在这几个时间点处理逻辑。

    TArray<FStructProperty*> PreUpdateNodeProperties;
    TArray<FStructProperty*> DynamicResetNodeProperties;
    TArray<FStructProperty*> StateMachineNodeProperties;
    TArray<FStructProperty*> InitializationNodeProperties;

实现特定功能

  • 播放特定资源：基类FAnimNode_AssetPlayerBase，对应几种物理资源，包括原始动画序列、混合空间等，但是不包括蒙太奇，蒙太奇本身作为资源存储，但播放方式比较特殊，之后单独分析。
  • 混合：FAnimNode_BlendListBase，主要逻辑是计算权重，然后调用FAnimationRuntime的混合接口。
  • 操作骨骼：FAnimNode_SkeletalControlBase，实现IK等，比较复杂。

控制流程

  • FAnimNode_StateMachine：实现状态机
  • FAnimNode_CustomProperty：可以关联到其他蓝图。

节点的执行

  • 按执行顺序
    1. 从最后一个节点FAnimNode_Root开始，调用保存的FPoseLink::Evaluate，执行link关联的节点，Evaluate_AnyThread方法。反序递归，通过link连接到依赖的节点，从而依次执行。
    2. 节点关联的linkpose，在子节点定义需要一个或多个，没有定义，表示不依赖其他节点的输入，是递归的终结点。
  • 反序遍历的好处，是确保执行的节点都对最终结果有效，不会有多余计算。
  • 节点的核心逻辑，分update和evaluate两部分。update计算的逻辑，可能会影响其他节点，所以要和evaluate分别遍历。
  • 数据保存，传递comp创建的FParallelEvaluationData结构体，代替返回值，减少临时内存分配。每个节点，内部创建FPoseContext，然后用右值的方式赋值给comp。

节点的同步

这里的同步，并不是多线程之间的同步。而是用于确保一些节点逻辑只执行一次。

  • 需要做同步的原因是，有些类型的节点，在蓝图拖出来多个，实际对应的C++类，只会创建一个，蓝图上的节点只是引用，典型的节点是缓存pose，一帧只缓存一次。

同步的基础是FGraphTraversalCounter结构体，主要是记录执行次数和执行时的帧数。

  • 相当于是对当前帧数，和操作是否执行做了一次封装。
  • 提供两个实例数据比较的接口，可以判读是否需要执行。
  • 因为URO的机制，执行的计数可能比总帧数少。

实现方法

  • proxy对每个操作定义一个变量，保存一份全局信息。
    FGraphTraversalCounter InitializationCounter;
    FGraphTraversalCounter CachedBonesCounter;
    FGraphTraversalCounter UpdateCounter;
    FGraphTraversalCounter EvaluationCounter;
    FGraphTraversalCounter SlotNodeInitializationCounter;
  • 其他节点，有同步需求时也会定义一个对应的结构，比如FAnimNode_SaveCachedPose，对init、cachedBones、update、evaluation都需要同步。

同步实现逻辑不复杂，就是刚看名字的时候容易想歪，既不是多线程同步，和URO也没关系，看代码的时候在这迷惑了半天。

六、蓝图实现

蓝图逻辑看起来很复杂，实际核心功能就是驱动节点运行，加上处理一些可以在主线程处理的逻辑，以及保存数据。流程理清楚就可以了。

实现上分两个类，AnimInstance和AnimInstanceProxy，目的是让动画系统高效运行，将逻辑数据和表现数据分别计算，逻辑数据在主线程，表现数据分到其他线程。

  • inst的作用，是执行动画蓝图。分为两部分，一是和游戏逻辑相关的，比如通知。二是游戏逻辑无关的，纯动画表现，通过proxy执行，放到额外线程。
  • proxy是对节点的封装，并将节点分类，按生命周期调用节点函数。也负责动画逻辑和inst的交互，以动画通知的形式。

UAnimInstance
蓝图的父类。对内封装动画流程，对外和组件交互。可以继承，实现自定义逻辑。

几个主要功能，体现为一些被组件调用的函数。

  • 封装蒙太奇功能
  • 调用一些指定时间点的蓝图实现的函数
  • 提供在各个线程，获取FAnimInstanceProxy的接口
    1. 原因是game线程和工作线程，不能同时访问这个数据。
    2. 如果是game线程访问，如果task运行中则等待task完成，否则直接获取。
    3. 工作线程访问，如果当前是game线程，应该会报错。
    4. 调用组件的HandleExistingParallelEvaluationTask方法，执行完当前异步操作。
  • 和组件交互，UpdateCurvesToComponents，将曲线信息提供给组件处理，针对材质类型的曲线。
  • RecalcRequiredBones，处理骨骼，初始化、lod变化都会执行。

更新相关接口

核心逻辑有两个，一个是inst实现的，更新动画相关逻辑数据。一个是proxy实现的更新动画相关的显示数据。

UpdateAnimation处理逻辑数据

  • 将更新分为两步，preupdate和update
    1. preupdate主要是做初始化，重置数据等，也会调用proxy的preupdate
    2. update主要是处理蒙太奇，因为蒙太奇是种特殊的动画实现，和逻辑相关，放在主线程处理。

ParallelEvaluateAnimation处理显示数据
多线程下被工作线程调用，可设置为主线程。根据UpdateAnimation计算后产生的控制变量，通过节点计算修改骨骼。

用FParallelEvaluationData保存计算后的骨骼、曲线和属性数据。

EvaluateAnimation函数，调用保存的根节点，开始执行各个节点。

SkeletalMeshComponent逻辑

用于处理动画系统和游戏逻辑的交互，对外，处理游戏相关逻辑。对内，封装动画系统，通过inst驱动系统运行。

处理游戏相关逻辑，一个是对玩家操作动画的影响，一个是从动画取数据，反馈给游戏逻辑。

驱动动画系统更新。分三步，更新逻辑（和游戏逻辑相关），异步计算骨骼位置，提交渲染。

这部分代码不少，一些判断条件较多，执行流程可以结合上边发的图来看，具体逻辑就不写了，打个断点看一下，基本了解流程也就可以了，核心的逻辑还是依靠AnimInstance和AnimInstanceProxy实现。

七、蒙太奇

实现的功能

表现上，蒙太奇是种动画资源，但是实际上，只是引用了资源，本身可以看做一条逻辑线，用于连接动画和游戏逻辑。

  • 在使用上来说，提供了一种直接通过蓝图或C++代码控制动画资源的方式。
  • 在资源层面，实现对多个动画序列编辑，生成一个资源
    1. 从资源的继承体系，可以看到，蒙太奇是对基本资源做的扩展
    2. 可以将多个动画序列合并为单个资产并通过蓝图和C++播放。简化了动画资源的管理，将多个相互关联的动画当做一个处理。
  • 播放上，做了扩展，提供更多控制接口
    1. 可以创建多个蒙太奇分段，在运行时，按一定逻辑以任何顺序动态播放。可以在蒙太奇分段面板中控制分段之间的过渡，也可以使用蓝图（Blueprints）在分段之间设置更复杂的过渡行为。
    2. 在顺序播放的基础上支持跳转，以及正向和反向播放。
    3. 编辑结果相当于创建一条支持跳转的逻辑线，这条逻辑线可以驱动关联的动作的播放，也可以只用来触发动画通知或控制曲线。
  • 通过slot插入到动画蓝图中
    1. 可以通过节点，播放蒙太奇后，指定要覆盖的骨骼，这样就可以和现有动作很好的结合，又减少了资源数量。
    2. 关联到动画资源，但本身不处理动画资源，只提供进度数据。
  • 逻辑交互
    1. 和游戏逻辑交互，通过动画通知的形式。在不需要显示动画的地方，可以单独更新逻辑，比如服务器，或客户端不可见的模型。
    2. 也有特定的蒙太奇通知，支持立即触发，更精确的控制动画。
  • 游戏应用
    1. 适合多段的动画，比如射击游戏的换子弹。rpg游戏的一些特殊状态，比如浮空，中间的时间不固定，起始的动作是固定的。
      1）这种情况，如果按Unity的处理，就是增加个子状态机。
      2）而用蒙太奇的机制，就可以当做一个普通动作，简化了状态机，因为动作没挂在状态机上，加载时的内存也减少了。加载时也比加载多个动作方便。
    2. 逻辑相关的动作，技能为主。

解决什么问题

提供蒙太奇的功能，是为了简化使用，即使没有蒙太奇，动画功能也完全能实现，只是麻烦很多。可以想象UE也是不断遇到类似的需求，然后才抽出这样一个模块，和我们平时重构系统，提出公共模块一样的道理。

按我的理解，蒙太奇的核心想法，是将动画系统分为纯表现和表现+逻辑两部分，对应两种播放方式。每部分职责更明确，简化游戏逻辑。

  • 纯表现的，比如移动相关的，逻辑层不关心动画播到哪。对于同步效果来说，可以在看不见的时候不处理，比如进入视野时，左右脚谁在前面不重要，但是技能动作播到哪就很重要了。
  • 蒙太奇，用于实现逻辑相关的动作，服务器处理蒙太奇的通知，减少计算量。
  • 逻辑分离，更好的支持服务器逻辑。对客户端也是优化，对不可见的只计算逻辑，减少计算量。
  • Unity没有这个支持，只有个不可见时是否更新的选项，要增加一部分逻辑处理。比如视野外的玩家放技能，为了在进入视野的适合播正确的动作，要不就是完全更新动画，要不是在逻辑层记录时间，可见时强制设置动画时间，而UE可以在底层处理这部分逻辑。

另一方面，可以简化状态机，状态机上的动画是预先放好的，加载时要占内存。而有些动画，不经常播，动态加载，对内存比较好，也降低了状态机的复杂度。这时就可以通过slot+蒙太奇动画，在状态机上预留一个位置，运行时替换，这样新的动画，就可以结合状态机原本的状态，实现IK等效果。蒙太奇本身扩展了动画的逻辑，相当于也实现了一部分状态机的功能。

实现方式

逻辑上可以分三部分：

逻辑线，play状态下每次更新计算一个进度。

  • 蒙太奇本身分为两个类处理，UAnimMontage代表资源，FAnimMontageInstance封装运行时逻辑。
  • 计算进度，封装了一个FMontageSubStepper结构体处理，由FAnimMontageInstance::Advance调用。Advance函数内也处理事件和关联动画的通知。

采样接口，通过蓝图节点FAnimNode_Slot使用。

  • 调用proxy的SlotEvaluatePose方法，传slot名字，proxy内部，通过保存的FSlotAnimationTrack数组，按名字找到动画序列

蒙太奇的播放，其实很简单，蒙太奇本身逻辑只计算一个进度，然后slot节点通过proxy找到蒙太奇对应的动画资源，调用资源的采样方法，给节点提供骨骼数据。

游戏逻辑交互，包括播放接口，开始和结束的回调，以及特殊的蒙太奇通知。

  • 播放接口很简单，就是inst提供的Montage_Play。
  • 通过Montage_SetEndDelegate可以设置播放结束的回调，结束方式有两种，正常播完和打断，分别保存在QueuedMontageEndedEvents和QueuedMontageBlendingOutEvents数组。另外在所有蒙太奇都播完，会触发一个OnAllMontageInstancesEnded。事件不会立即触发，而是在骨骼计算完成后，通过DispatchQueuedAnimEvents函数触发。
  • UE定义了蒙太奇的特殊动画通知，UAnimNotify_PlayMontageNotify，支持瞬时的和持续性的通知，会触发inst定义的OnPlayMontageNotifyEnd回调。

八、URO（Update Rate Optimization）

降低更新频率，是一种很常见的优化思路，实现逻辑并不是简单的隔几帧更新一次，而是在中间插入了一些插值的帧，一定程度上避免动作显示跳帧的问题。这种优化方式，会影响动画效果，但性能提升也很明显，UE还提供了一个预算分配器插件，可以更精细的控制频率。

频率的选择，会根据距离计算一个LOD等级，从这个角度来说，远处的模型动画更新频率低点影响也不大，本身就不会特别关注远处的目标，一些特殊情况下，比如当前场景角色很少，或是远处是个大型boss，可以单独处理，优化总是要和实际情况结合才能有更好的效果。

实现上分三个步骤，首先计算更新频率，判断当前帧是否需要更新。然后将更新分为两步，update和evaluate，其中evaluate频率一定是update的整数倍，因为evaluate执行时需要update计算的数据，要确保update先执行过。

步骤一：计算更新频率
更新频率相关参数，封装了结构体FAnimUpdateRateParameters，分为两个模式Trail和LookAhead，LookAhead用于处理Root Motion。分别记录update和evaluate在当前帧是否需要更新，以及跳过了多少帧等数据。

FAnimUpdateRateManager命名空间用于封装一些方法，计算更新频率相关数据。

计算入口在TickUpdateRate，最终调用AnimUpdateRateSetParams函数计算。

步骤二：update动画
逻辑很简单，基于上一步计算的数据，如果不更新，整个蓝图节点都不会执行。

判断的地方有两个，一个是TickPose函数。一个是DispatchParallelTickPose，用在AlwaysTickPose模式下。

步骤三：骨骼计算

  • 有两个参数，决定这一帧骨骼的计算方式，bDoEvaluation是否计算骨骼，bDoInterpolation是否插值，组合起来，对一帧的计算，有4种可能性。
  • 需要插值，同时需要evaluation，则执行蓝图。将蓝图计算结果保存在CachedComponentSpaceTransforms。之后和上次骨骼做混合。混合的比例由EOptimizeMode类型计算。
  • 需要插值，不需要evaluation，调用FAnimationRuntime::LerpBoneTransforms，将cache和上次的骨骼位置做混合。
  • 不需要插值，但是计算evaluation，结果保存在ComponentSpaceTransforms。骨骼正常计算，采样时间叠加上跳过的时间。同时将保存数据到cache。
  • 不需要插值，也不计算，则跳过这一帧。

九、动画系统总结

以上这些，就是动画最核心的实现了，是个层层封装的结构，节点实现动画管线，蓝图管理节点，组件驱动动画系统运行。流程上一些细节，看看代码都好理解。

整个动画系统，还包括IK、表情、Motion Matching等应用，以后看到了再来分享。

对比Unity，UE可能对和游戏逻辑的交互支持的更好一些，本身提供的功能也要更多一些，比如Unity一般IK都要通过插件去做，而UE基本实现了常见的IK算法。Unity的状态机也比较简单，但是这种简单带来了使用上的复杂，一般游戏如果动作多的话，状态机连的十分复杂，没有像UE这样更清晰的分层。

蒙太奇和URO，不是动画系统的必要逻辑，但十分实用，这也能看出UE是在开发游戏的，知道开发的痛点在哪，并能给出很好的方案。

第一次看动画系统的实现，收获很多，但也可能有些地方理解的不对，欢迎大家留言讨论，一起探索UE的各个功能。

这是侑虎科技第1532篇文章，感谢作者星辰大海供稿。欢迎转发分享，未经作者授权请勿转载。如果您有任何独到的见解或者发现也欢迎联系我们，一起探讨。（QQ群：465082844）

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