关于使用 Open Asset Import Library 读取fbx文件动画数据的问题

Magic_Light 2016-08-22 09:50:57

最近刚刚将《Introduction to 3D Game Programming with Directx 11》看完，由于个人对3D动画比较感兴趣，就使用3ds Max 2013对一个模型进行蒙皮，之后以.fbx的格式导出数据。在考虑使用API方面一开始我选了Autodesk 的 FBX SDK，才发现这个API相当不好用，想到《Introduction to 3D Game Programming with Directx 11》有介绍Open Asset Import Library这个SDK，所以才转而使用这个，虽然在使用过程中仍感迷茫，但相对FBX SDK已经好了很多，但是到了加载骨骼以及动画数据的时候就出问题了，最后整个模型被不正确的矩阵变换弄成不知道什么样子，只能大概地看到一个人上下颠倒地在动...
好了，废话少说，下面将我加载骨骼和动画数据的代码贴上来，麻烦看过这本书或者使用过Open Asset Import Library对fbx文件进行转换的高手指点一二。（我的程序框架使用的是《Introduction to 3D Game Programming with Directx 11》第25章的例程的框架，为了使用这个框架我利用Open Asset Import Library将.fbx转成书中的.m3d格式）



//

///该函数用于构建骨骼层级，获取偏移矩阵以及每个顶点的权重表

//

void Convertor::LoadBone(const aiScene* scene, std::map<std::string,int>& maps,std::vector<int>& Hierarchy, std::vector<Matrix4x4>& Offsets, std::vector<BoneVertex>& Vertices)

{

	//

	//建立以数组形式储存的骨骼树结构

	//

	auto meshs = scene->mMeshes;

	auto meshnum = scene->mNumMeshes;

	std::set<std::string> names;

	std::map<std::string, decltype(meshs[0]->mBones[0]->mOffsetMatrix[0])>matrixmaps;

	//

	//下面这部分代码找到所有骨骼的节点名称

	//为避免重复使用了std::set<std::string>中

	//同时利用std::map<std::string,Matrix4x4>建立节点名称和偏移矩阵的映射

	//

	for (decltype(meshnum) i = 0; i < meshnum; i++)

	{

		auto bonenum = meshs[i]->mNumBones;

		for (decltype(bonenum) b = 0; b < bonenum; b++)

		{

			names.insert(meshs[i]->mBones[b]->mName.C_Str());

			matrixmaps[meshs[i]->mBones[b]->mName.C_Str()] = meshs[i]->mBones[b]->mOffsetMatrix[0];

		}

	}

	//

	//浏览SDK文档时说离根节点最近的骨骼节点就是整个骨骼的根节点

	//考虑到这点，为了寻找骨骼的根节点，所以利用层序遍历树结构

	//

	std::queue<aiNode*> queue;

	queue.push(scene->mRootNode);

	//

	//由于骨骼的根节点（aiNode*）的父节点不为NULL，所以使用一个标记

	//

	bool RootBone = true;

	while (queue.size())

	{

		aiNode* n = queue.front();

		queue.pop();

		//

		//是骨骼节点

		//

		if (names.find(n->mName.C_Str()) != names.end())

		{

		//

		//将骨骼在数组中的下标与名字联系起来

		//

			maps[n->mName.C_Str()] = Hierarchy.size();

			if (RootBone)//骨骼的根节点

			{

				Hierarchy.push_back(-1);//不存在父节点，所以父节点在数组中的索引为-1

				RootBone = false;

			}

			else

			{

				Hierarchy.push_back(maps[n->mParent->mName.C_Str()]);

			}

		}

		auto num = n->mNumChildren;

		for (decltype(num) i = 0; i < num; i++)

		{

			queue.push(n->mChildren[i]);

		}

	}

	//

	//复制偏移矩阵到vector中去

	//

	Offsets.resize(names.size());

	Matrix4x4 offset;

	for (auto & s: names)

	{

		auto index = maps[s];

		auto m = matrixmaps[s];

		memcpy(offset.float1d, m, sizeof(float)* 16);

		TransposeMatrix(offset);//根据SDK文档，对矩阵进行转置

		Offsets[index] = offset;

	}

	//

	//下面处理权重

	//由于顶点根据材质的不同而储存在对应的子集（Subset）中

	//而在我的框架中，权重及对应的骨骼索引也属于顶点的一部分

	//

	std::vector<int>prenums(Subsets.size(), 0);

	for (decltype(meshnum) m = 0; m < meshnum; m++)

	{

		auto Bonenum = meshs[m]->mNumBones;

		auto materialindex = meshs[m]->mMaterialIndex;//对应于Subsets中的下标

		auto vertices = &Subsets[materialindex].Vertices[prenums[materialindex]];

		for (decltype(Bonenum) b = 0; b < Bonenum; b++)

		{

			int BoneIndex = maps[meshs[m]->mBones[b]->mName.C_Str()];//骨骼在表示骨骼关系的数组中的下标

			auto weightnum = meshs[m]->mBones[b]->mNumWeights;

			for (decltype(weightnum) w = 0; w < weightnum; w++)

			{

				auto weight = meshs[m]->mBones[b]->mWeights[w];

				auto & v = vertices[weight.mVertexId];

				v.weights.push_back(std::tuple<float,int>(weight.mWeight,BoneIndex));

			}

		}

		prenums[materialindex] += meshs[m]->mNumVertices;

	}



	//

	//对权重按降序排序

	//当输出数据时只输出前4个数据，不足四个的补齐，保证每个顶点的权重表都仅有4个元素

	//

	for (auto &s :Subsets)

	{

		for (auto &v:s.Vertices)

			std::sort(v.weights.begin(), v.weights.end(), compare);

	}

}



//

///该函数读取帧数据

//

void Convertor::LoadAnimation(const aiScene* scene, const std::map<std::string,int>& IndexMap,std::vector<AnimationClip>& Clips)

{

	auto num = scene->mNumAnimations;

	auto BoneNum = IndexMap.size();

	for (decltype(num) a = 0; a < num; a++)

	{

		AnimationClip clip;

		clip.ClipName =scene->mAnimations[a]->mName.C_Str();

		//

		//对clipname的一些特殊处理，避免.m3d文件读取错误

		//

		for (auto & c : clip.ClipName)

		{

			if (c == ' ')

				c = '_';

		}

		clip.BoneAnimations.resize(BoneNum);

		auto animation = scene->mAnimations[a];

		auto tps = animation->mTicksPerSecond;

		if (tps <= 0.0f)tps = 1.0f;

		auto channelnum = animation->mNumChannels;

		for (decltype(channelnum) c = 0; c < channelnum; c++)

		{

			BoneAnimation boneanimation;

			auto channel = animation->mChannels[c];

			auto keyframenum = channel->mNumPositionKeys;

			auto name = channel->mNodeName;

			//

			//fbx的文件格式比较特殊，有三个node需要特殊处理：

			//Bip001_$AssimpFbx$_Translation

			//Bip001_$AssimpFbx$_Rotation

			//Bip001_$AssimpFbx$_Scaling

			//需要特殊处理的原因是我发现在转换后的.m3d文件中位于根节点的骨骼一个关键帧都没有

			//调试后发现名为Bip001的骨骼根节点没有被处理

			//而这种情况在我的框架中是会出错的

			//因此我猜想这三个节点的作用相当于一个根节点，也就将这三个节点当作一个节点来处理

			//

			std::string temp(name.C_Str());

			if (temp.find("$AssimpFbx$_Translation") != std::string::npos)

			{

				auto positionkeynum = channel->mNumPositionKeys;

				clip.BoneAnimations[0].Keyframes.resize(positionkeynum);

				for (decltype(positionkeynum) pk = 0; pk < positionkeynum; pk++)

				{

					auto & pkey = channel->mPositionKeys[pk];

					auto & frame = clip.BoneAnimations[0].Keyframes[pk];

					frame.p[0]= pkey.mValue.x;

					frame.p[1] = pkey.mValue.y;

					frame.p[2] = pkey.mValue.z;

					frame.timepos = pkey.mTime/tps;

				}

			}

			if (temp.find("$AssimpFbx$_Rotation") != std::string::npos)

			{

				auto rotationkeynum = channel->mNumRotationKeys;

				for (decltype(rotationkeynum) rk = 0; rk < rotationkeynum; rk++)

				{

					auto & rkey = channel->mRotationKeys[rk];

					auto & frame = clip.BoneAnimations[0].Keyframes[rk];

					frame.r[0] = rkey.mValue.x;

					frame.r[1] = rkey.mValue.y;

					frame.r[2] = rkey.mValue.z;

					frame.r[3] = rkey.mValue.w;

				}

			}

			if (temp.find("$AssimpFbx$_Scaling") != std::string::npos)

			{

				auto scalingkeynum = channel->mNumScalingKeys;

				for (decltype(scalingkeynum) sk = 0; sk < scalingkeynum; sk++)

				{

					auto & skey = channel->mScalingKeys[sk];

					auto & frame = clip.BoneAnimations[0].Keyframes[sk];

					frame.s[0] = skey.mValue.x;

					frame.s[1] = skey.mValue.y;

					frame.s[2] = skey.mValue.z;

				}

			}

			auto pair = IndexMap.find(name.C_Str());//indexmap储存每个骨骼对应在数组中的下标

			if (pair == IndexMap.end())continue;

			auto boneindex = pair->second;

			//

			//用于调试，除了上面那种特殊情况

			//在这里位置关键帧、四元数关键帧和缩放关键帧的数目总相等

			//

			assert(channel->mNumPositionKeys == channel->mNumRotationKeys);

			assert(channel->mNumScalingKeys == channel->mNumRotationKeys);

			for (decltype(keyframenum) k = 0; k < keyframenum; k++)

			{

				KeyFrame key;

				auto p = channel->mPositionKeys[k];

				auto r = channel->mRotationKeys[k];

				auto s = channel->mScalingKeys[k];

				auto timepos = p.mTime;

				key.p[0] = p.mValue.x; key.p[1] = p.mValue.y; key.p[2] = p.mValue.z;

				key.r[0] = r.mValue.x; key.r[1] = r.mValue.y; key.r[2] = r.mValue.z; key.r[3] = r.mValue.w;

				key.s[0] = s.mValue.x; key.s[1] = s.mValue.y; key.s[2] = s.mValue.z;

				key.timepos = timepos/tps;

				boneanimation.Keyframes.push_back(key);

			}

			clip.BoneAnimations[boneindex] = boneanimation;

		}

		Clips.push_back(clip);

	}

}