說明：文中所有的配圖均來源于網(wǎng)絡(luò)

在游戲引擎里，動畫系統(tǒng)（Animation System）扮演著至關(guān)重要的角色。它能讓角色和物體隨著時間推移，通過運(yùn)動與視覺變化鮮活起來。原本靜態(tài)的 3D 模型，經(jīng)此系統(tǒng)處理，可化作能行走的角色、飄動的旗幟，或是能開合的門。

要讓 3D 模型動起來，需在模型上綁定虛擬骨骼，構(gòu)建起骨骼的層次結(jié)構(gòu)。這些骨骼與模型網(wǎng)格緊密相連，其移動會促使模型網(wǎng)格變形。如此一來，我們便能操作骨骼，讓模型擺出各種姿勢，進(jìn)而實現(xiàn)更豐富的動作。

游戲引擎為管理和應(yīng)用這些動畫提供了多樣工具與功能。像骨架網(wǎng)格體和骨架，是動畫的基礎(chǔ)支撐；動畫序列則記錄著預(yù)先設(shè)定好的動作片段；動畫藍(lán)圖等類似工具，能以可視化的方式編排動畫邏輯；動畫混合可讓不同動畫自然過渡；動畫蒙太奇能組合多個動畫片段；變形目標(biāo)（Morph Target）可實現(xiàn)模型的局部變形。

以虛幻引擎為例，它擁有強(qiáng)大的骨骼網(wǎng)格動畫系統(tǒng)，配備專門的編輯器和工具，如動畫藍(lán)圖、動畫蒙太奇和 Control Rig，助力創(chuàng)建復(fù)雜的動態(tài)角色動畫。而且，它還在開發(fā)名為虛幻動畫框架（UAF）的次世代系統(tǒng)，著重提升性能與模塊化程度。

骨骼動畫是 3D 模型動畫制作的核心技術(shù)，它借助相互連接的“骨骼”層次結(jié)構(gòu)，當(dāng)移動模型網(wǎng)格時，“骨骼”隨之變形，帶動模型動作。

現(xiàn)代游戲動畫并非簡單播放預(yù)先錄制的動作或動畫序列。它運(yùn)用復(fù)雜的邏輯、混合與程序技術(shù)，打造出動態(tài)且反應(yīng)靈敏的角色動作，以契合游戲需求。盡管預(yù)先錄制的動畫序列是基石，但游戲引擎還需依靠動畫藍(lán)圖、混合以及程序動畫等復(fù)雜系統(tǒng)，讓角色能對玩家的輸入和不斷變化的游戲世界做出令人信服的反應(yīng)。

在游戲引擎里，角色及復(fù)雜對象動畫的核心要素是骨架網(wǎng)格體（Skeletal Meshes，也叫骨骼網(wǎng)格體）與骨架（Skeletons），它們是讓靜態(tài) 3D 模型能擺出姿勢并實現(xiàn)動畫的基礎(chǔ)資產(chǎn)。

骨架網(wǎng)格體是角色或?qū)ο笤谟螒蛑谐尸F(xiàn)的可見 3D 模型，也就是我們實際看到的多邊形網(wǎng)格與紋理，它如同動畫實體的“皮膚”或“身體”。而與骨架網(wǎng)格體緊密相連的是骨架，確切地說是附加在骨架網(wǎng)格體上的骨架。骨架由相互連接的“骨骼”或“關(guān)節(jié)”構(gòu)成分層結(jié)構(gòu)，和真實骨架極為相似，這些骨骼充當(dāng)著網(wǎng)格動畫的控制點(diǎn)。當(dāng)移動或旋轉(zhuǎn)骨骼時，骨架網(wǎng)格體中與該骨骼“加權(quán)”的頂點(diǎn)會隨之移動，進(jìn)而使網(wǎng)格發(fā)生變形。

把網(wǎng)格頂點(diǎn)和骨骼關(guān)聯(lián)起來，并明確每塊骨骼對特定頂點(diǎn)影響程度的過程，叫做“蒙皮”，也叫“加權(quán)”或“權(quán)重繪制”。這一過程通常不會在游戲引擎內(nèi)完成，而是在導(dǎo)入資產(chǎn)之前，借助外部 3D 建模和動畫軟件，像 Maya、3ds Max 或 Blender 等來操作。通過蒙皮，能讓骨骼的運(yùn)動精準(zhǔn)地帶動網(wǎng)格頂點(diǎn)的變化，從而呈現(xiàn)出自然流暢的動畫效果，為游戲中的角色和對象賦予鮮活的生命力。

動畫序列（Animation Sequences）堪稱游戲引擎動畫系統(tǒng)里角色與物體運(yùn)動的基石。它如同一個個獨(dú)立的片段或文件，承載著骨架網(wǎng)格體的骨骼在特定時間段內(nèi)的姿勢與變換數(shù)據(jù)。

每個動畫序列都代表著一個完整的獨(dú)立動畫，像角色的行走循環(huán)、待機(jī)時的姿勢、奮力跳躍的動作，或是敵人的攻擊姿態(tài)等。這些序列一般由動畫師在外部 3D 軟件中精心雕琢后，再導(dǎo)入游戲引擎。

在動畫序列里，動畫數(shù)據(jù)以關(guān)鍵幀（Keyframes）的形式留存。關(guān)鍵幀如同一個個精準(zhǔn)的標(biāo)記，記錄下骨骼在特定時間點(diǎn)的位置、旋轉(zhuǎn)以及縮放信息。游戲引擎則會在這些關(guān)鍵幀之間巧妙地進(jìn)行插值處理，實現(xiàn)平滑過渡，生成中間幀，進(jìn)而營造出連續(xù)運(yùn)動的逼真效果。

不過，動畫序列屬于靜態(tài)資產(chǎn)，并不具備游戲邏輯。其播放與組合需要依賴動畫系統(tǒng)中的其他部分來掌控。以虛幻引擎為例，動畫序列的播放和組合是由動畫藍(lán)圖或者動畫蒙太奇來負(fù)責(zé)的，如此才能讓游戲中的角色和物體呈現(xiàn)出豐富多樣的動態(tài)表現(xiàn)。

動畫序列為游戲動畫提供了基礎(chǔ)的原始數(shù)據(jù)，而動畫藍(lán)圖（Animation Blueprints）則是讓動畫“活”起來的關(guān)鍵所在。它是虛幻引擎中一種專為動畫邏輯打造的特殊藍(lán)圖類型。

動畫藍(lán)圖借助可視化腳本界面，精準(zhǔn)定義骨骼網(wǎng)格的動畫狀態(tài)與行為。它掌控著動畫序列的播放、混合與修改方式，能依據(jù)游戲中的實時情況，創(chuàng)造出動態(tài)且反應(yīng)靈敏的角色動畫。

動畫藍(lán)圖包含兩種重要圖表：事件圖表和動畫圖表。在事件圖表里，可處理各類事件，例如角色移動相關(guān)事件，并據(jù)此更新控制動畫的變量，為動畫變化提供觸發(fā)條件。而動畫圖表則負(fù)責(zé)確定骨架網(wǎng)格體的最終姿勢，它能夠混合與結(jié)合不同動畫序列，依據(jù)變量更新情況來決定輸出的動畫姿態(tài)，讓角色動作更加豐富自然。

在動畫圖表中，眾多動畫節(jié)點(diǎn)可助力實現(xiàn)復(fù)雜動畫行為，其中涉及狀態(tài)機(jī)、混合空間、動畫姿勢相關(guān)節(jié)點(diǎn)等概念。動畫狀態(tài)機(jī)（State Machine）是動畫制作常用系統(tǒng)，它能清晰定義各種不同的動畫狀態(tài)，以及角色在這些狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的條件，就像為角色動畫搭建了一個邏輯清晰的“交通樞紐”，確保動畫切換流暢且符合邏輯。

動畫混合（Animation Blending）作為游戲動畫系統(tǒng)中的基礎(chǔ)技術(shù)，扮演著至關(guān)重要的角色，它能讓不同動畫狀態(tài)或序列之間實現(xiàn)平滑自然的過渡。倘若沒有動畫混合，角色從一種動畫狀態(tài)（如行走）切換到另一種（如奔跑）時，動作變化將會顯得突然且生硬，極大地破壞游戲的沉浸感與真實感。

動畫混合的工作原理，是在短時間內(nèi)對兩個或多個動畫的姿勢進(jìn)行插值運(yùn)算。游戲引擎會依據(jù)混合“權(quán)重”或“因子”，通過混合來自不同動畫的骨骼變換，來精確計算中間姿勢?；旌蠙?quán)重的范圍通常設(shè)定在 0 至 1（或 0% 至 100%）。當(dāng)權(quán)重為 0 時，意味著只有第一個動畫對最終姿勢貢獻(xiàn)全部力量；權(quán)重為 1 時，則只有第二個動畫發(fā)揮作用；權(quán)重介于兩者之間，則會讓兩個動畫按比例混合，從而呈現(xiàn)出豐富多樣的過渡效果。

不同的混合類型有著各自獨(dú)特的目的，以下是一些常見的混合方式：

交叉淡入淡出：這種混合方式常用于兩個動畫片段之間的平滑過渡。當(dāng)動畫 A 切換到動畫 B 時，動畫 A 的權(quán)重會逐漸從 1 降至 0，與此同時，動畫 B 的權(quán)重從 0 增至 1。在過渡過程中，兩個動畫疊加播放，最終實現(xiàn)無縫切換。例如，角色從“站立”到“行走”的切換，通過交叉淡入淡出就能避免動作出現(xiàn)“跳幀”現(xiàn)象，讓動作更加流暢自然。

混合空間：它是一種基于參數(shù)控制的多動畫混合方式，常用于連續(xù)變化的動作。將多個動畫按照參數(shù)分布到一維或者二維的空間中，游戲引擎根據(jù)實時輸入的參數(shù)，計算空間中對應(yīng)位置的動畫權(quán)重，進(jìn)而混合出符合當(dāng)前狀態(tài)的動畫。比如角色跑步時，根據(jù)速度的快慢，系統(tǒng)會自動混合“慢跑”“中速跑”“快跑”動畫；或者根據(jù)轉(zhuǎn)向角度，混合“直行跑”“左轉(zhuǎn)彎跑”“右轉(zhuǎn)彎跑”等動畫，使角色動作更加貼合實際情況。

分層混合：此方式將動畫按照“基礎(chǔ)層”+“疊加層”的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合。底層是核心動作，如“跑步”；上層是附加動作，即混合動作。例如站立揮手動畫，上層動畫僅影響特定骨骼（如上半身的骨骼），不會干擾底層整體運(yùn)動。通過這種方式，可以實現(xiàn)邊跑步邊揮手的復(fù)雜動畫效果。

疊加混合：它是將一個動畫姿勢與一個參考姿勢的差異（Difference）疊加到另一個動畫上，常用于對動畫進(jìn)行微調(diào)，如實現(xiàn)傾斜、瞄準(zhǔn)偏移等細(xì)微動作變化。

過渡混合：這是特指動畫狀態(tài)切換時的混合，本質(zhì)上是交叉淡入淡出的擴(kuò)展，常與狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換邏輯結(jié)合使用，確保動畫狀態(tài)切換更加自然流暢。

動畫混合對于制作真實可信的角色動作至關(guān)重要。想象一下，在一款游戲中，你的角色能夠做出各種豐富多樣的動作。當(dāng)角色正在奔跑，然后迅速停下并舉起盾牌時，我們可以通過狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使“奔跑”動畫向“待機(jī)”或“停止”動畫進(jìn)行過渡混合。與此同時，利用分層混合技術(shù)播放上半身的“舉盾”動畫，而下半身仍在從奔跑狀態(tài)中過渡或穩(wěn)定下來，從而讓角色的動作更加逼真、自然，為玩家?guī)砀映两降挠螒蝮w驗。

動畫蒙太奇是虛幻引擎等游戲引擎中極為強(qiáng)大的資產(chǎn)，為動畫播放的合并與控制提供了靈活多樣的方法。

簡單來講，動畫藍(lán)圖負(fù)責(zé)管理角色的整體動畫狀態(tài)，像角色是處于行走、奔跑還是跳躍狀態(tài)等。而動畫蒙太奇則專注于播放特定、觸發(fā)的動作，這些動作既能夠中斷當(dāng)前正在播放的主動畫，也可以疊加在主動畫之上。例如前面提到的分層混合場景，揮手動畫便可以借助動畫蒙太奇來實現(xiàn)。

可以把動畫蒙太奇看作是由多個動畫組合而成的“動畫包”。像角色的攻擊組合動作、步槍換彈過程、角色被擊中時的反應(yīng)，或是某個特殊技能釋放的動畫等，都能包含其中。與在復(fù)雜的動畫藍(lán)圖狀態(tài)機(jī)中管理這些特定動作相比，動畫蒙太奇能對這些動作進(jìn)行更為精細(xì)的控制。

動畫蒙太奇涉及片段、插槽、動畫通知、混合控制等概念，此處暫不深入展開。它通常由游戲玩法的代碼或藍(lán)圖觸發(fā)，播放時能夠接管指定插槽的動畫。例如，當(dāng)角色處于行走或奔跑狀態(tài)（基礎(chǔ)動畫圖表中的移動狀態(tài)）時，一旦觸發(fā)指定插槽的攻擊蒙太奇，攻擊動畫就能順利播放，讓角色的動作表現(xiàn)更加豐富、自然。

在 3D 動畫領(lǐng)域，實現(xiàn)方式豐富多樣。骨架動畫憑借其優(yōu)勢，在大范圍、大規(guī)模的運(yùn)動場景中表現(xiàn)出色，比如角色大幅度的奔跑、跳躍等動作。然而，當(dāng)我們需要對網(wǎng)格頂點(diǎn)進(jìn)行小范圍精確控制時，骨架動畫就顯得力不從心了，此時變形目標(biāo)技術(shù)便派上了用場。

變形目標(biāo)（Morph Targets），有時也被稱為混合形狀（Blend Shapes），是一種獨(dú)特的 3D 網(wǎng)格變形動畫技術(shù)。它與骨架動畫有著本質(zhì)區(qū)別，骨架動畫是依靠骨骼運(yùn)動來帶動網(wǎng)格變形，而變形目標(biāo)則是直接對單個頂點(diǎn)的位置進(jìn)行操縱。

其基本原理并不復(fù)雜。首先，創(chuàng)建一個基本網(wǎng)格，就像以人物臉部的中性表情作為基礎(chǔ)模型。接著，再構(gòu)建一個或多個“目標(biāo)”網(wǎng)格，在這些網(wǎng)格中，通過移動頂點(diǎn)來塑造特定的變形效果，例如將臉部網(wǎng)格調(diào)整成微笑的模樣，或是讓眼睛閉合。

在游戲引擎里，我們可以靈活調(diào)整每個變形目標(biāo)的“影響”或“權(quán)重”值，從而實現(xiàn)基本網(wǎng)格與目標(biāo)網(wǎng)格之間的平滑“變形”或混合。當(dāng)影響值為 0 時，變形目標(biāo)不會產(chǎn)生任何作用；而當(dāng)影響值達(dá)到 1（或 100%）時，網(wǎng)格就會完全變形，與目標(biāo)網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置完全一致。

變形目標(biāo)技術(shù)在處理那些僅靠骨架動畫難以達(dá)成或無法實現(xiàn)的精細(xì)變形時，具有無可比擬的優(yōu)勢。在游戲制作中，它最常見的應(yīng)用場景便是創(chuàng)建逼真的面部動畫，讓角色能夠生動地展現(xiàn)各種表情情緒，還能流暢地模擬說話時的口型變化。

由此可見，3D 動畫并非全部依賴骨架來實現(xiàn)。骨架動畫雖常見且適用于大規(guī)模運(yùn)動，但變形目標(biāo)技術(shù)對于特殊類型的變形，尤其是面部動畫，是一項不可或缺的重要技術(shù)，它能對頂點(diǎn)位置進(jìn)行精準(zhǔn)把控，輕松實現(xiàn)面部表情、肌肉隆起等細(xì)微變形，而這些變形靠骨架動畫來實現(xiàn)往往困難重重。

以上對虛幻引擎動畫系統(tǒng)中的幾個核心概念進(jìn)行了梳理。

從承載角色形態(tài)的骨架網(wǎng)格體、驅(qū)動運(yùn)動的骨架，到記錄單一動作的動畫序列，再到憑借邏輯控制動畫狀態(tài)切換的動畫藍(lán)圖，它們構(gòu)成了動畫系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架。此外，動畫混合讓動作過渡自然流暢，動畫蒙太奇能靈活組合特定動作，變形目標(biāo)則可實現(xiàn)面部表情等細(xì)節(jié)變化。

這些工具各司其職又緊密配合，共同賦予角色鮮活的生命力。對于初學(xué)者而言，初涉這些概念時或許會覺得有些復(fù)雜，但只要理清它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，再通過多實踐、多動手操作，就能逐步熟悉并掌握虛幻引擎的動畫系統(tǒng)，為創(chuàng)作出精彩的角色動畫奠定堅實基礎(chǔ)。

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