Unity 生成自定义动画格式并播放

原文链接：https://www.cnblogs.com/jingjiangtao/p/16666514.html
目的

Unity的AnimationClip.SetCurve()只在Editor中运行时有用，打包后运行时只对legacy的AnimationClip有用，对其它类型的动画Generic和Humanoid都不起作用。https://docs.unity3d.com/ScriptReference/AnimationClip.SetCurve.html。
所以如果想在运行时加载和播放动画，只能用自定义格式。
注意：此自定义格式的生成、加载和播放，都不涉及重定向，通过特定的模型生成的动画，只能在这个模型上播放。
注意：本文只实现了人体模型的自定义动画，其它模型的实现思路相同。
思路

自定义动画格式的生成和播放有三个步骤：

• 生成：把已经存在的动画片段转换成自定义动画格式
  
• 序列化：保存和加载自定义动画格式
  
• 播放：播放自定义动画格式
  

大致过程就是，以一定的帧率记录模型每个物体的position和rotation值，保存在自定义格式中，这种格式要能序列化。之后加载自定义格式，并以一定的帧率每帧设置物体的position和rotation，达到播放的效果。
第三方库

MessagePack

https://github.com/neuecc/MessagePack-CSharp
MessagePack是一种数据交换格式，可以生成体积更小的序列化文件，而且序列化和反序列化的速度更快。动画文件数据量比较大，生成的文件也比较大，所以最好选择生成文件体积更小的序列化方案。
实现

实体类

首先要定义实体类来保存动画数据。实体类的嵌套结构如下：

1. AnimDataSequence
2. {
3.     id: int,
4.     length: float,
5.     frameRate: float,
6.     name: string,
8.     animPathSequences: List<AnimPathSequence>
9.     [
10.         {
11.             path: string,
12.             localPosition: CurveVector3
13.             {
14.                 x: AnimationCurve,
15.                 y: AnimationCurve,
16.                 z: AnimationCurve
17.             },
18.             localRotation: CurveQuaternion
19.             {
20.                 x: AnimationCurve,
21.                 y: AnimationCurve,
22.                 z: AnimationCurve,
23.                 w: AnimationCurve
24.             }
25.         },
26.         ...
27.     ]
28. }

复制代码

最外层是AnimDataSequence类，id字段保存动画id；length保存动画时长，单位秒；frameRate保存动画帧率；name保存动画名称。animPathSequences是一个数组，数组的元素类型是AnimPathSequence，保存着模型中单个子物体位置和旋转值的动画曲线，path表示这个子物体相对模型根节点的路径，所以List保存了模型的所有物体位置和旋转值的动画曲线。
图示：

 
 
每个实体类的代码如下：
AnimDataSequence.cs

1. [MessagePackObject]
2. public class AnimDataSequence
3. {
4.     [Key(0)]
5.     public int id;
7.     [Key(1)]
8.     public float length;
10.     [Key(2)]
11.     public float frameRate = 30f;
13.     [Key(3)]
14.     public string name;
16.     [Key(4)]
17.     public List<AnimPathSequence> animPathSequences = new List<AnimPathSequence>();
19.     public List<AnimSequenceFrame> GetFrame(float time)
20.     {
21.         List<AnimSequenceFrame> sequenceFrames = new List<AnimSequenceFrame>(animPathSequences.Count);
22.         foreach (AnimPathSequence sequence in animPathSequences)
23.         {
24.             AnimSequenceFrame frame = new AnimSequenceFrame();
25.             frame.path = sequence.path;
26.             frame.localPosition =
27.                 new Vector3(
28.                     sequence.localPosition.x.Evaluate(time),
29.                     sequence.localPosition.y.Evaluate(time),
30.                     sequence.localPosition.z.Evaluate(time));
32.             frame.localRotation =
33.                 new Quaternion(
34.                     sequence.localRotation.x.Evaluate(time),
35.                     sequence.localRotation.y.Evaluate(time),
36.                     sequence.localRotation.z.Evaluate(time),
37.                     sequence.localRotation.w.Evaluate(time));
39.             sequenceFrames.Add(frame);
40.         }
42.         return sequenceFrames;
43.     }
44. }

复制代码

GetFrame()函数获取给定时间位置的一帧数据，返回一个元素类型是AnimSequenceFrame的数组。

1. [Serializable]
2. public class AnimSequenceFrame
3. {
4.     public string path;
5.     public Vector3 localPosition;
6.     public Quaternion localRotation;
7. }

复制代码

 
AnimSequenceFrame中，path表示这个子物体相对于模型根节点的路径，localPosition和localRotation表示这个物体在这一帧的位置和旋转值。
AnimPathSequence.cs

1. [MessagePackObject]
2. public class AnimPathSequence
3. {
4.     [Key(0)]
5.     public string path;
7.     [Key(1)]
8.     public CurveVector3 localPosition = new CurveVector3();
10.     [Key(2)]
11.     public CurveQuaternion localRotation = new CurveQuaternion();
12. }

复制代码

CurveQuaternion.cs

1. [MessagePackObject]
2. public class CurveQuaternion
3. {
4.     [Key(0)]
5.     public AnimationCurve x;
7.     [Key(1)]
8.     public AnimationCurve y;
10.     [Key(2)]
11.     public AnimationCurve z;
13.     [Key(3)]
14.     public AnimationCurve w;
15. }

复制代码

CurveVector3.cs

1. [MessagePackObject]
2. public class CurveVector3
3. {
4.     [Key(0)]
5.     public AnimationCurve x;
7.     [Key(1)]
8.     public AnimationCurve y;
10.     [Key(2)]
11.     public AnimationCurve z;
12. }

复制代码

AnimationCurve是Unity自有的类型，表示动画曲线，可以被MessagePack序列化和反序列化。其实，自定义的动画数据，最终都是保存在AnimationCurve中的。
生成

用Unity的Playable API获取动画指定时间的骨骼数据，保存到实体类对象中，最后保存成文件。

1. public void SaveAnimSequence(AnimationClip clip, Animator animator, string filePath, float frameRate = 0)
2. {
3.     // 创建PlayableGraph，用于播放动画
4.     PlayableGraph playableGraph = PlayableGraph.Create("ConvertHumanoidAnimation");
5.     playableGraph.SetTimeUpdateMode(DirectorUpdateMode.Manual);
6.     // 把动画片段连接到PlayableGraph中
7.     AnimationPlayableOutput animPlayableOutput = AnimationPlayableOutput.Create(playableGraph, "AnimationOutput", animator);
8.     AnimationClipPlayable animClipPlayable = AnimationClipPlayable.Create(playableGraph, clip);
9.     animPlayableOutput.SetSourcePlayable(animClipPlayable);
11.     // 创建自定义动画对象，设置必要的参数
12.     AnimDataSequence animSequence = new AnimDataSequence();
13.     animSequence.length = clip.length;
14.     animSequence.name = clip.name;
15.     // 如果没有传帧率，就用原始动画片段的参数
16.     animSequence.frameRate = frameRate == 0 ? clip.frameRate : frameRate;
17.     // 计算每帧的持续时间
18.     float frameDuration = 1f / animSequence.frameRate;
20.     Transform root = animator.transform;
21.     List<Transform> bones = new List<Transform>();
23.     // 获取人体骨骼对应的物体Transform数组
24.     for (int i = 0; i < (int)HumanBodyBones.LastBone; i++)
25.     {
26.         Transform boneTransform = animator.GetBoneTransform((HumanBodyBones)i);
27.         if (boneTransform != null)
28.         {
29.             bones.Add(boneTransform);
31.             AnimPathSequence pathSequence = new AnimPathSequence();
32.             animSequence.animPathSequences.Add(pathSequence);
34.             // 获取相对路径
35.             pathSequence.path = Utils.RelativePath(root, boneTransform);
37.             pathSequence.localPosition.x = new AnimationCurve();
38.             pathSequence.localPosition.y = new AnimationCurve();
39.             pathSequence.localPosition.z = new AnimationCurve();
41.             pathSequence.localRotation.x = new AnimationCurve();
42.             pathSequence.localRotation.y = new AnimationCurve();
43.             pathSequence.localRotation.z = new AnimationCurve();
44.             pathSequence.localRotation.w = new AnimationCurve();
45.         }
46.     }
48.     // 开始获取动画对应的人体骨骼数据
49.     float time = 0f;
50.     while (time <= clip.length)
51.     {
52.         // 根据时间点定位动画
53.         animClipPlayable.SetTime(time);
54.         playableGraph.Evaluate();
56.         for (int i = 0; i < bones.Count; i++)
57.         {
58.             Transform bone = bones[i];
59.             AnimPathSequence pathSequence = animSequence.animPathSequences[i];
61.             pathSequence.localPosition.x.AddKey(time, bone.localPosition.x);
62.             pathSequence.localPosition.y.AddKey(time, bone.localPosition.y);
63.             pathSequence.localPosition.z.AddKey(time, bone.localPosition.z);
65.             pathSequence.localRotation.x.AddKey(time, bone.localRotation.x);
66.             pathSequence.localRotation.y.AddKey(time, bone.localRotation.y);
67.             pathSequence.localRotation.z.AddKey(time, bone.localRotation.z);
68.             pathSequence.localRotation.w.AddKey(time, bone.localRotation.w);
69.         }
71.         // 下一帧的时间
72.         time += frameDuration;
73.     }
75.     playableGraph.Destroy();
77.     // 用MessagePack序列化并保存到文件
78.     byte[] bytes = MessagePackSerializer.Serialize(animSequence);
79.     File.WriteAllBytes(filePath, bytes);
80. }

复制代码

PoseSequencePlay是一个继承了MonoBehaviour的类，需要挂载到Unity场景中运行。
加载的核心函数是PrepareData()，通过MessagePackSerializer.Deserialize()反序列化自定义动画数据。
播放的核心函数有两个：Update()和SetPose()。SetPose()函数根据当前时间将人物模型设置为自定义动画序列中的姿势，Update()函数每帧设置动画姿势，并递增时间。

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