乳摇动画

April 7, 2025About 4 min

乳摇动画

有两种做法：

弹簧控制器
物理模拟

通常来说使用物理模拟的情况会多一些

弹簧控制器

使用

骨骼中需要有胸部骨骼：

在动画蓝图中分别对胸部骨骼添加添加Spring Controller控制节点即可

可配置选项如下：

核心参数：

SpringBone：指定要应用弹簧效果的骨骼
SpringStiffness：弹簧刚度，值越大恢复越快
SpringDamping：弹簧阻尼，控制运动衰减速度
ErrorResetThresh：误差重置阈值，防止过度拉伸

其中Filter Channels是设置可位移和旋转的通道。

工作原理

初始化：节点获取初始骨骼位置和旋转
物理模拟：
- 计算弹簧力（基于胡克定律(F = -kx)）
- 应用阻尼力（与速度成比例(F = -bv)）
- 考虑重力、风力等外力
数值积分：使用Verlet积分等方法更新位置
约束应用：确保运动在限定范围内
结果输出：将计算的位置/旋转应用到骨骼

源码分析

源码在Engine/Source/Runtime/AnimGraphRuntime/Private/BoneControllers/AnimNode_SpringBone.cpp文件中

主要逻辑在FAnimNode_SpringBone::EvaluateSkeletalControl_AnyThread中，这个函数的主要作用是根据物理弹簧模型计算骨骼的新位置和旋转，并将结果输出到OutBoneTransforms数组中。下面解析其工作原理：

1. 初始检查和设置

DECLARE_SCOPE_HIERARCHICAL_COUNTER_ANIMNODE(EvaluateSkeletalControl_AnyThread)
ANIM_MT_SCOPE_CYCLE_COUNTER_VERBOSE(SpringBone, !IsInGameThread());

check(OutBoneTransforms.Num() == 0);

const bool bNoOffset = !bTranslateX && !bTranslateY && !bTranslateZ;
if (bNoOffset)
{
    return;
}

声明性能计数器和多线程安全范围
检查输出数组是否为空
如果没有启用任何平移轴，则直接返回

2. 获取骨骼初始位置

const FBoneContainer& BoneContainer = Output.Pose.GetPose().GetBoneContainer();
const FCompactPoseBoneIndex SpringBoneIndex = SpringBone.GetCompactPoseIndex(BoneContainer);
const FTransform& SpaceBase = Output.Pose.GetComponentSpaceTransform(SpringBoneIndex);
FTransform BoneTransformInWorldSpace = SpaceBase * Output.AnimInstanceProxy->GetComponentTransform();
FVector const TargetPos = BoneTransformInWorldSpace.GetLocation();

获取骨骼容器和骨骼索引
计算骨骼在世界空间中的初始位置(TargetPos)

3. 初始化物理状态

if (RemainingTime == 0.0f)
{
    BoneLocation = TargetPos;
    BoneVelocity = FVector::ZeroVector;
}

如果是第一次运行，初始化骨骼位置和速度

4. 固定时间步长物理模拟

if(!FMath::IsNearlyZero(FixedTimeStep, KINDA_SMALL_NUMBER))
{
    while (RemainingTime > FixedTimeStep)
    {
        // 物理模拟循环
    }
}

使用固定时间步长进行稳定物理模拟

4.1 基础移动和重置检查

FVector const BaseTranslation = (OwnerVelocity * FixedTimeStep);
BoneLocation += BaseTranslation;

if (((TargetPos - BoneLocation).SizeSquared() > (ErrorResetThresh*ErrorResetThresh)))
{
    BoneLocation = TargetPos;
    BoneVelocity = FVector::ZeroVector;
}

根据所有者速度更新骨骼位置
如果偏离目标位置超过阈值，则重置状态

4.2 弹簧力计算

FVector const Error = (TargetPos - BoneLocation);
FVector const DampingForce = SpringDamping * BoneVelocity;
FVector const SpringForce = SpringStiffness * Error;
FVector const Acceleration = SpringForce - DampingForce;

计算弹簧力(胡克定律)和阻尼力
得到净加速度

4.3 速度积分

// 防止阻尼过大导致不稳定
if (SpringDamping > CutOffDampingValue)
{
    double const SafetyScale = CutOffDampingValue / SpringDamping;
    BoneVelocity += SafetyScale * (Acceleration * FixedTimeStep);
}
else
{
    BoneVelocity += (Acceleration * FixedTimeStep);
}

积分计算新速度，包含安全机制防止数值不稳定

4.4 位置积分和限制

FVector const DeltaMove = (BoneVelocity * FixedTimeStep);
BoneLocation += DeltaMove;

// 应用位移限制
if (bLimitDisplacement)
{
    // 限制最大位移
}

积分计算新位置
应用位移限制确保不会过度拉伸

5. 旋转计算

if (bUseRotation)
{
    // 计算基于位移的旋转
    FQuat AdditionalRotation = FQuat::FindBetweenNormals(ParentToTarget, ParentToCurrent);
    // 应用旋转轴过滤
    OutBoneTM.SetRotation(FQuat::MakeFromEuler(EularRot) * OutBoneTM.GetRotation());
}

如果启用了旋转，计算骨骼因位移产生的旋转
应用旋转轴过滤

6. 输出结果

OutBoneTransforms.Add(FBoneTransform(SpringBoneIndex, OutBoneTM));

将最终变换添加到输出数组

物理模拟

使用

骨骼中需要有胸部骨骼：

步骤如下：

打开角色Physics Asset
旋转胸部骨骼创建Sphere Body
设置球形大小
设置物理类型为模拟
打开约束
设置约束->锁住角度
设置约束->线性限制
设置约束->线性力度

两边胸都做上面操做即可