简介
光通过空气传播，遇到物体后根据物体的组成材料发生反射和折射，反射的光达到人眼，眼睛的感光细胞将光信号转换神经信号，经过神经传递到大脑，最终成为了我们脑中的一幅图。当物体发生变形(位移，缩放，旋转）时，对应反射光方向和强弱也会发生变化，这就是我们脑海中对应的物体动画。
计算机图形学的核心就是通过三角形面构建虚拟世界中物件的形状，形状相同，但不同的形状有不同的物理属性，所以引入了材质的概念，然后加入虚拟的光照，通过相应的光照模型算法，渲染出一张贴图，贴图发送到设备屏幕，屏幕上有相应的发光体，发光体发射的光进入我们的眼睛，然后就在大脑中看到了渲染贴图。
我们要介绍的骨骼动画，主要针对的是骨骼驱动的所有物件。
历史
当人眼接收图像的时间小于1/16秒的时候，人脑就会产生连续的动画。对于游戏中的图形渲染，通常根据游戏类型不同，帧率通常为30fps，或者60fps，最近这些年热门的VR游戏，帧率要达到90fps，大脑才不会产生眩晕。
刚开始的游戏开发，大家通过大量绘制物体在不同时间的形态贴图，然后按照帧率显示在屏幕上。这样的好处是美术绘制人员需要耗费大量的人力，同时扩展性非常差，比如一个人物角色可以沿任何方向移动，就这一个移动动画就需要绘制各个方向不同状态的贴图。这很不经济，也不高效。
后面提出骨骼动画的概念，最初提出此概念的人也许通过人穿着衣服，做不通的动作就会带着衣服做同样的动作。这样来说，美术同学只需要绘制一张“衣服”的贴图，动作设计师专心通过骨骼制作动画即可。
骨骼动画原理
3d模型是通过三角形面组合而成，通过相应图形学算法我们只能得到一个静态的贴图。
要想得到动画，就需要按照特定频率将三角形面上的顶点进行变换。
这时引入了骨骼动画，每一帧的图像通过顶点和骨骼节点所在的位置关系进行运算。
所以这里我们需要知道顶点变换矩阵。
顶点变换矩阵来自己骨骼节点，骨骼节点变换对应动画，动画是连续的，我们需要通过采样方式来得到动画帧。当动画播放时，根据当前动画所在的时间得到相应变换：p = a(1- t) + bt
动画文件格式
骨骼是由节点组成：
struct AiNode
{
string name;
mat4x4 transformation;
AiNode* parent;
AiNode* children[];
};
name为名称，后续节点的变换通过name来索引。
transformation为父类和子类的变换矩阵，通过父类的变换(位置，旋转，缩放)乘以此节点的变换，即可得到此节点相对根节点的变换。
parent为父节点。
children 为子节点，从父节点开始索引到所有节点，如下图中*为节点，其中腰部为root节点。
*
|
*---*--*---*--*
|
|
* ----> root
/ \
* *
/ \
struct AiScene
{
AiNode rootNode;
Animation animations[];
};
struct AiNodeAnim
{
string name;
vector3d postions[];
quaternion rotations[];
vector3d scalings[];
};
struct Animation
{
double duration;
double tickPerSecond;
AiNodeAnim channels[];
};
mesh 存储
Assimp mesh数据结构:
struct AIScene
{
AIMesh aiMesh[];
};
struct AIMesh
{
Vector3d vertex[];
AIBone aiBone[];
};
struct AIBone
{
string name;
AIVertexWeight aiVertexWeight[];
Matrix offsetMatrix;
};
struct AIVertexWeight
{
uint vertexId;
float weight;
};
mesh由顶点组成，每个顶点的位置通过骨骼来计算。一个顶点由多个骨骼决定，最终的位置:
#version 430 core
layout(location = 0) in vec3 pos;
layout(location = 1) in vec3 normal;
layout(location = 2) in vec2 tex;
layout(location = 5) in ivec4 boneIds;
layout(location = 6) in vec4 weights;
uniform mat4 projection;
uniform mat4 view;
uniform mat4 model;
const int MAX_BONES = 100;
const int MAX_BONES_INFLUENCE = 4;
uniform mat4 finalBoneMatrices[MAX_BONES];
out vec2 TexCoords;
void main()
{
vec4 totalPosition = vec4(0.0f);
for(int i = 0; i < MAX_BONES_INFLUENCE; ++i)
{
int boneIndex = boneIds[i];
if(boneIndex >= MAX_BONES)
{
totalPosition = vec4(pos, 1.0f);
break;
}
vec4 localPostion = finalBoneMatrix[bondIndex] * wights[i];
totalPosition += localPosition * vec4(pos, 1.0f);
}
mat4 viewModel = view * model;
gl_Position = projection * viewModel * totalPosition;
Texcoord = tex;
}