OpenGL：骨骼动画，为什么在与GPU一起工作时需要绑定姿势的逆变换？

Question

我使用软件蒙皮实现了一个MD5加载器。MD5的初始姿态是最终的、绝对的位置和旋转，你只需要为依赖于关节的权重进行计算。

我尝试实现GPU蒙皮，但卡在了一个点上。由于这些坐标是最终的，为什么我不能将我的3D向量和四元数转换成矩阵，然后直接上传到着色器中呢？正如我在这里阅读到的：http://3dgep.com/?p=1356，我需要将我的骨架与绑定姿态的逆矩阵相乘。但我不理解这一部分，因为我一直以为我只需要上传最终的矩阵到GPU中，在那里计算剩余部分（权重等等）即可。

你能解释一下逆绑定姿态的行为吗？

- deniz

Answer 1

作为该文章的原作者，我将尝试解释什么是乘以逆绑定姿态：

“逆绑定姿态”基本上“撤消”了已经应用于模型绑定姿态的所有变换。

可以这样理解： 如果您向模型中的每个关节应用单位矩阵，则得到的是模型的绑定姿势（您可以通过发送带有单位矩阵的骨架帧来尝试。如果结果是绑定姿势，则操作正确）。

如果您在模型中的每个关节上应用绑定姿态矩阵（未反转），则得到的是一堆混乱的东西，因为您会将绑定姿态应用两次！

为了修复混乱的模型，只需将结果关节变换乘以逆绑定姿态即可“撤销”已经应用于模型的变换。

希望这能使问题更加清晰...

- Jeremiah

Answer 2

说实话，这篇文章有点难以彻底理解。似乎反向绑定姿势矩阵用于将顶点转换为骨骼的本地坐标系。

这是必要的，因为骨骼的变换是本地的（相对于它们的父关节）。所以为了对顶点进行动画处理，您必须将其转换为骨骼的本地坐标系，计算骨骼的本地变换，并将其转换回世界系统。

- Nico Schertler

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那个时候，我认为我理解了背后的思想。我们已经上传了绑定姿势的顶点，我只需要根据当前的骨架对它们进行变换。由于我的所有顶点已经在世界空间中，我需要将新骨架的绝对矩阵转换为关节空间，因为我需要偏移量，然后将结果乘以我的顶点，最后再乘以模型视图矩阵。 - deniz

嗨，我有一个关于性能的问题。为什么不用绑定姿势的逆矩阵预乘顶点呢？然后骨骼矩阵可以直接作为皮肤的本地到世界变换。这样就不需要每帧都乘以逆绑定姿势了。 - watson

@watson：如果每个顶点受到且仅受到一个骨骼的影响，则这是可能的。但如果有多个骨骼（例如在关节周围），则不再适用，因为反向绑定姿势矩阵对于每个骨骼都是特定的。 - Nico Schertler

谢谢，你是对的。4个矩阵通过权重转换顶点不是线性函数（我不确定？）。因此，在加载时按权重预转换反向绑定姿势矩阵是不正确的。 - watson

还有一个问题：我是将Delta矩阵（骨骼世界矩阵*反向绑定姿势）存储，还是将Delta（偏移量、四元数、缩放）作为动画关键帧存储。这样我就可以避免每帧都要乘以反向绑定姿势了？ - watson