概述
最近在试做一个射击游戏的人物动画 Demo，尝试使用了部分 Unity 的人形动画（Humanoid），以及 Playable Graph + Animation Job 的功能。目前和美术同事配合，在 Unity 2018.3.0f2 中初步实现了空手移动和持枪瞄准的功能，在此做一小结。为简单起见，不使用 Root motion，使用原地动画，并将动画部分视为表现层，可以读取逻辑层提供的数据，但是不写入这些数据。
基本结构
核心类
- 动画控制器（AnimController）类：所有动画代码的驱动者。根据动画图资产、来构建动画图，并驱动动画逻辑。将数据提供者、Transform 绑定等传入动画图实例。
- 动画数据提供者（IAnimDataProvider） 接口：动画控制代码通过这个接口，以 key-value 的形式来读取业务逻辑设置的数据。具体的数据类可以实现这个接口，并将其交给 AnimController 来使用。
- 动画图资产（AnimGraphAsset）基类：从动画图中的节点抽象而成的可配置的模块，运行时可以生成实例。这个做法来自 [1]。
- 动画图实例（IAnimGraphInstance）接口：动画图资产的实例，最终由这些实例在运行时操作动画图。
- 节点绑定集合（TransformBindingCollection）类：将骨骼或其他节点通过键值方式存放，以便 AnimGraphAsset 只依赖节点的键就能在运行时获取 Transform，而不需要依赖某个具体的 Transform 对象。
下面类图简单表示了这些类的关系：
逻辑数据的获取
如下 IAnimDataProvider 接口用来将数据传递给控制动画的代码。
public interface IAnimDataProvider
{
float GetFloat(string key);
float GetFloat(int keyId);
int GetInt(string key);
int GetInt(int keyId);
bool GetBool(string key);
bool GetBool(int keyId);
int GetStateId(int stateGroupId);
int GetStateId(string stateGroupName);
}
使用这个接口就可以通过给定的关键字（key）去获取相应的数据，以及获取给定的一个状态机的当前状态。具体的数据类可以实现这个接口，每一帧由业务逻辑填充好数据。
为什么每个函数有两个重载版本呢？这是仿照 Animator 和 Material 中查找属性的思路，如果具体数据提供者类是以散列表（如 Dictionary）实现，其关键字可用 int 而非 string，使用的时候可以将 key 用 Animator.StringToHash 转换为 int 缓存起来，以提高性能。毕竟，求 string 的散列值比较费时。
未来还可以仿照 Animator 加入触发器类型的功能。
动画图资产和动画图实例
这部分内容可以参考 [1] 中的代码。动画图资产（AnimGraphAsset）基类继承自 ScriptableObject，用于对动画进行配置，如下：
public abstract class AnimGraphAsset : ScriptableObject
{
public abstract IAnimGraphInstance CreateInstance(IAnimDataProvider animDataProvider,
TransformBindingCollection transformBindings,
Animator animator, PlayableGraph playableGraph);
}
从上面代码可以看出，它可以根据若干参数构造出 IAnimGraphInstance 的具体对象。IAnimGraphInstance 类似下面的代码：
public interface IAnimGraphInstance
{
// 动画图销毁时做必要的清理。
void Shutdown();
// 设置 this 表示的动画子图的输入。
void SetPlayableInput(int portId, Playable playable, int playablePort);
// 获取 this 表示的动画子图的输出。
void GetPlayableOutput(int portId, ref Playable playable, ref int playablePort);
// 轮询。
void Update(float deltaTime);
}
AnimGraphAsset 的每个具体子类中，可以留配置数据字段，并且要有一个实现接口 IAnimGraphInstance 的子类用于 AnimGraphAsset.CreateInstance 返回。AnimGraphAsset 资产文件之间可以具有无环的依赖，以便 AnimController 可以在运行时，递归的创建必须的 IAnimGraphInstance 子类的实例，并将它们连成树状。
举例来说，角色四方向的移动需要一个混合节点，站立和四方向移动的混合又是根据 IAnimDataProvider 中读到的某个状态确定的。因此可以考虑一下几种 AnimGraphAsset：
- AnimGraph_Clip：很通用很简单的节点，只是封装一个 AnimationClip 以及相应的 AnimationClipPlayable。
- AnimGraph_Move4Dir：四方向动作融合。持有四个 AnimationClip，和一个表示移动方向角字段的关键字（用于从 IAnimDataProvder 里读移动方向角的值），并在其 AnimGraphInstance 内部类（实现 IAnimGraphInstance 接口）中实现混合或切换这四个 Clip 的逻辑。下图是一个实际用例（忽略 Working Mode 部分）。
- AnimGraph_StateSelector（状态选择器）：很通用的节点，根据一个状态关键字（用于从 IAnimDataProvider 中读取相应的状态 ID），以及每个状态对应的 AnimGraphAsset，来选择一个 AnimGraphAsset 来执行。为了平滑过渡，其中的 AnimGraphInstance 类可以实现这个渐变的过程（可以参考 [1] 中这个功能的实现方式）。下图是一个实际用例：根据 IAnimDataProvider 中的
LocomotiveState状态来选择一个动画图资产进行播放。
动画控制器（AnimController）类——整个系统的中枢
AnimController 继承自 MonoBehaviour，持有数据的引用、Animator、节点绑定集合等（以便提供给 AnimGraphAsset 以及 IAnimGraphInstance），并持有一个作为根的 AnimGraphAsset。
- 初始化时，创建 PlayableGraph 对象，调用这个根 Asset 的 CreateInstance，得到根资产对应的 IAnimGraphInstance，其中应该递归的，创建被依赖的资产的 AnimGraphInstance，设置它们的内部封装的 Playable 的输入输出。这之后，PlayableGraph 就可以开始播放了。
- 运行时，每一个 Update 都是调用根图实例的 Update，里面递归的调用各个子节点的 Update。
- 结束时，将 PlayableGraph 销毁，并递归调用各个图实例的 Shutdown 方法进行清理（这主要是为了清理各个图实例中可能使用的 NativeArray）。
动画图资产、实例和 Playable 的关系
设有 A, B, C 三种动画图资产类，其 .asset 文件有如下依赖关系（这种依赖关系体现在编辑器拖拽的序列化字段上，箭头方向表示持有/依赖）。
运行时代码中，D 的 CreateInstance 方法将多态地调用 B 和 C 的 CreateInstance，后两者各自要调用 A 的 CreateInstance。因此作为 PlayableGraph 的子图，各个 IAnimGraphInstance 的关系如下所示。
这里，箭头表示的就是获取输入的来源。即 D 的输入是 B, C 的输出，B, C 的输入分别是两个 A 实例的输出。由于每个 IAnimGraphInstance 表示的是 PlayableGraph 的一部分，一般都会有一个 Playable 作为根节点（用于输出到下一级），除此可能有若干其他 Playable 以代码指定的方式连接起来。最终的 PlayableGraph 大致是下面这个样子。
其他动画图资产
线性连接
除了状态选择器（AnimGraph_StateSelector），目前我还照搬了 [1] 中的 AnimGraph_Stack，这是将其依赖的若干 AnimGraphAsset 线性连接，将前一个作为后一个的输入。运行的时候，就是第 i 个 AnimGraphAsset 生成的 IAnimGraphInstance 的输出（即 实现 GetOutputPlayable 方法得到的 Playable 的输出）作为第 i + 1 个 AnimGraphAsset 生成的 IAnimGraphInstance 的输入（实现 SetInputPlayable 方法）。
持枪的上下半身融合
这里尝试了运行时动态改变 Playable 之间的连接。
在角色空手的站立和四向跑融合得到结果（记为 x）之后，希望根据它所持武器，将相应的上半身动画和 x 融合。设该模块的 IAnimationGraphInstance 子类中，最终输出的 Playable 为 out（这里使用一个 AnimationLayerMixerPlayable 以便使用 AvatarMask）。将 x 的输出 Playable 连接 out 的输入端口 0，将第 种武器（）的持枪动画（或者持枪动画和射击动画的选择结果）的 Playable 输出连接 out 的输入端口 。对于 的情况，设置层 （也就是输入端口 的 AvatarMask）即可。
目视方向和瞄准的 IK
这里分了三个阶段实现，每个阶段对应一个 AnimationScriptPlayable。
- 阶段一：使用 Humanoid 自带的 IK 来实现目视方向的 IK。在此阶段的 Animation Job 的 ProcessAnimation 方法中，类似如下实现。
var humanStream = stream.AsHuman();
humanStream.SetLookAtPosition(targetPos);
humanStream.SetLookAtEyesWeight(EyesWeight);
humanStream.SetLookAtHeadWeight(HeadWeight);
humanStream.SetLookAtBodyWeight(BodyWeight);
humanStream.SetLookAtClampWeight(ClampWeight);
humanStream.SolveIK();
- 阶段二：转动右肩膀，将枪的朝向指向目标点。
- 阶段三：利用 Humanoid 自带的 IK 功能来实现左手 IK 到枪上的指定参考点（Effector）。
这个实现有几个问题：
- 执行两次 Humanoid IK，性能还不知道如何。
- 多次执行 Humanoid IK 还有一个问题，就是后面的执行要清空前面使用的参数。必须阶段三需要把阶段一设置过的那些权重参数都置为 0。目前我自己实现了一个扩展方法用于清理 IK 数据，但希望这件事能有更好的做法。在我的理解中，PlayableGraph 模糊了动画的 FK pass 和 IK pass，并不限制 IK 在哪里做，也不限制次数。
- 阶段三中，如果直接使用枪上的某个子节点作为参考点，则相应 Animation Job 只能使用 TransformSceneHandle 来访问这个节点，而不能使用 TransformStreamHandle [2]，因为这个节点并不在当前 Animator 控制的层次结构中。而使用 TransformSceneHandle 有一个很严重的问题，就是你在下一帧才能获取它在当前帧的坐标（或者至少是在 LateUpdate 中？），这就导致左手总是落后于枪的位置。因此，需要由动画师来将这个参考点做在人身上，或者根据已有的某个节点，配置一个局部坐标和局部旋转，计算出参考点的位置。对于后者，由于 Animation Job 中无法使用变换矩阵，所以只能（在所有节点 Scale 都是 1 的情况下）如下计算：
var effectorRot = OtherHandEffector.GetRotation(input);
var goalPos = OtherHandEffector.GetPosition(input) + effectorRot * OtherHandEffectorLocalOffset;
var goalRot = effectorRot * OtherHandEffectorLocalRotation;
其他问题
模型导入
导入模型 FBX 的时候，需要采取如下设置。
此后展开模型 FBX 资产，可以看到下面有一个 Avatar 子节点。
这里有两个一个额外的问题
按人形做 Rigging 会有一个 Optimize Game Objects 选项，勾选后可以不暴露任何子节点或者只暴露需要的子节点。但是在这种情况下，Animator 无法将这些子节点绑定成 TransformStreamHandle，因此在动画图更新过程中手动调整骨骼位置和旋转（如上面调整肩膀的旋转以将武器瞄准到正确方向的功能）就无法实现。因此，目前没有打开这个选项。
需要点击 Configure... 按钮进入 Avatar 配置场景后，除了要检查骨骼层级结构是否映射正确，还要确定模型处于 T-pose。如果模型不在 T-pose 上，则需要在骨骼映射下方的 Pose 下拉菜单中选取 Enforce T-pose 项强制为 T-pose。不这样做会导致动画播放不正常。
动画导入
导入动画 FBX 时，上面这个 Rig 标签页就需要将 Avatar Definition 改为 Copy From Other Avatar，意为使用其他的 Avatar。选次项后将上面生成的 Avatar 子节点拖上去即可。
为了使得根节点没有动画曲线，除了需要在 Animator 上去掉 Apply Root Motion 选项，对于使用了 Humanoid 导入的动画，还需要在 FBX 文件 Inspector 中，选中动画选项卡，做如下设置：
如果只是在 Animator 上去掉了 Apply Root Motion，而没有做上述设置，Unity 仍然在计算时将一部分曲线算在根节点上，只是没有应用到渲染结果上，于是动画看起来会是很怪异的。
Animation Job 的可用性
实际上这是产品化问题。我们不知道 Unity 什么时候会将 Animation Job 正式推出，目前它毕竟是试验性代码，在名字空间 UnityEngine.Experimental.Animation 中。另外就是，在这个部分作为正式 API 之前，有没有一种替代方式，能结合 PlayableGraph 实现上面提到的这些功能？