文章開始之前先提一下，最近建了一個渲染技術討論群，群號。歡迎喜歡鉆研渲染技術，引擎技術，特效開發(fā)的朋友加群啊。

      最近兼職TA做了個“小”功能，大概體驗了一下TA的工作。給大家，特別是想入職TA的同學分享一下。

上個月，某策劃突發(fā)奇想，要在手機上做個全戰(zhàn)。要求：在手機上實現上千人同屏作戰(zhàn)，而且不許卡。

       一般情況下，這種無理取鬧的需求我是直接要懟回去的，但是引擎的老大發(fā)話，這個功能可以試著做一做。我還能說什么呢，我只能用任天堂開發(fā)氣球大戰(zhàn)時坂本賀勇那句話：“我就試著做一做讓你死心”。

老大發(fā)話其實我很能理解，兩個原因，一個是unity有一個Animation-Instancing插件，所以實現骨骼動畫實例化肯定是可行的，只不過在UE4上實現工作量未知。另一個就是我所在的公司是一個比較慣著策劃的公司，盡最大可能滿足策劃的各種不合理需求

       既然要做那就先補一些理論吧，然后就真的找到了相關的文章。推薦一下 GPU Gems 3 中的 Part I: Geometry Chapter 2. Animated Crowd Rendering。

       接下來搜索一下UE4有沒有前人實現過Animation Instancing，仔細搜索的話還真的發(fā)現有，就是這個項目。這個項目基于4.15的改版引擎。拿到這個demo之后，我也改改引擎，改改項目，終于在4.19版本上把demo跑起來了。

這個東西性能還是很好的。也就是說，理論上，超千人同屏問題不大。那么接下來的步驟，就是在自己的工程使用。

       設計思路: 將模型頂點色的r和b通道填寫該頂點所受影響的骨骼索引，在g和a通道存儲骨骼的權重。將模型的骨骼變換矩陣烘焙到一張貼圖上，在頂點著色器中根據頂點色采樣骨骼變換矩陣完成蒙皮。

其實同時還發(fā)現一個悲劇，就是無論Unity官方提供的animation instance插件，還是之前的nextRTS demo，都是使用的morph而非skinning，烘焙的貼圖是模型中每個頂點的位置變換而非骨骼的變換。這個效率很高，但是動畫貼圖會非常的大，和模型的定點數成正比。而用骨骼貼圖的話，骨骼貼圖可以很小，之和骨骼根數相關。

       我首先想到的思路，是在3DS MAX中完成頂點色繪制以及骨骼動畫貼圖的制作。因為3DS MAX中進行頂點操作非常容易，動畫信息也很容易獲取。而且導入到UE4的過程中，SkeletalMesh和StaticMesh都能獲得無續(xù)在UE4中額外轉換。

       用了一下午學習3DS MAX的基本操作，用了一天時間學習maxscript的語法。然后磕磕絆絆用了不到一周時間完成了在3DS MAX中將骨骼索引和權重烘焙到頂點色的功能。

       骨骼動畫在maxscript中制作的想法在同時被否決，原因：1.3DS MAX制作貼圖只能是位圖，精度僅有8位。2.3DS MAX中不支持顏色為負值或者大于1的值。所以拿出UE4，開始編寫插件吧。精度不止8位，允許負值，允許大于1的值，這個就是HDR貼圖嘛。所以在UE4中生成一張有符號HDR貼圖，將骨骼動畫寫到其中。其實這個步驟挺超級復雜簡單的。

       之后編寫頂點著色器，這個和普通的GPU蒙皮的思路差不多，就是以前是傳骨骼矩陣，現在是采樣骨骼貼圖6次來獲得骨骼矩陣(采樣一次是一個vec4，三次是一個3x4骨骼矩陣，6次是兩個)。

       初次運行，果然如同群魔亂舞。在修正所有細節(jié)bug之后，確定了一個問題：UE4中的骨骼索引和3DS MAX中的模型的骨骼索引完全不同，在3DS MAX中將骨骼索引和權重刷到頂點色的方法走不通。所以只能繼續(xù)編寫UE4的插件。擴展SkeletalMesh Editor，使之能導出靜態(tài)模型的同時將骨骼的索引權重刷到頂點色上。這步本身應該非常復雜，但是UE4提供了MeshUtility工具，可以將SkeletalMesh轉換為StaticMesh。將生成的靜態(tài)模型刷頂點色即可。

UE4提供的MeshUtility有一些小bug，需要修復一下。

       至此運行，播放一個實例的骨骼動畫已經沒有問題，但是大量實例卻有BUG，性能也不是很理想。閱讀UE4的VertexFacoty實現邏輯就可以知道原因。

       修改UE4頂點著色器源碼(MaterialTemplate,BasePassVertexShader)，添加新的宏，在使用skinning instance的時候，讓材質中的worldposition節(jié)點其實是初始的local position，讓world position offset輸出變?yōu)槊善ず蟮膌ocal position輸入。就可以獲得正確的skinning instance。

       完成這個之后，其實還有很多后續(xù)優(yōu)化。比如優(yōu)化骨骼動畫貼圖的排列邏輯使之能容納更多動作，寫一個簡易動畫狀態(tài)機可以控制多個動作播放，編寫接口可以單獨控制某個實例的動作。

       這次去兼職TA，真的辛苦，，但是收獲也著實不小。在此向所有TA致敬，感謝你們的辛苦付出。