animation - 将刚体模拟保存为动画

Question

我从事自主机器人技术工作。我经常会在没有可视化的情况下模拟机器人，以约 30 fps 的速度将位置和旋转数据导出到文件，然后稍后播放该文件。目前，我将动画数据保存在自定义格式的 JSON 文件中，并使用 Three.js 制作动画。

我想知道是否有更好的方法来导出这些数据？

我不太精通动画，但我怀疑我可以导出为 COLLADA 或 glTF 等格式，并获得使用许多系统已设置为导入的格式的好处。

我有几个问题(有些是具体的，有些是一般性的):

1. 动画通常如何以这些格式导出？似乎大多数都与骨骼或变形有关，但这两个概念似乎都不适用于我的情况。 (我可以获得一般动画概念概述的指针吗？)

2. 我真的不需要关键帧。关键帧在 30 到 60 fps 且不需要插值是否合理？

3. 是否有标准动画格式以不采用某种插值形式的格式保存数据？

4. 我错过了什么吗？我确信我在该领域缺乏知识隐藏了一些对动画师来说显而易见的东西。

Answer 1

您特别提到了自主机器人，特别是位置和旋转。所以我假设机器人本身就是应该存储在这里的粒度级别。 (只是为了将其与铰接式机器人区分开来 - 基本上是一个机械手(“ ARM ”)，具有多个可能具有不同角度的旋转或平移关节)

对于这种情况，关于如何将其存储在 glTF^(*) 中的非常简短的高级描述:

您可以将机器人(或每个机器人)存储为 glTF Assets 的一个节点。每个节点都可以包含一个平移和旋转属性(以 3D 向量和四元数形式给出)。这些节点将简单地描述机器人的位置和方向。您可以想象机器人被“附加”到这些节点上。 (事实上​​，您可以将网格附加到glTF中的这些节点，然后它可以是机器人的视觉表示)。

动画数据本身将描述这些属性(平移和旋转)如何随时间变化。这些信息的存储方式可以想象为一个表格，您可以在其中将平移和旋转与每个时间戳相关联:

time (s)        0.1   0.2  ...  1.0

translation x   1.2   1.3  ...  2.3
translation y   3.4   3.4  ...  4.3
translation z   4.5   4.6  ...  4.9

rotation x      0.12  0.13 ...  0.42
rotation y      0.32  0.43 ...  0.53
rotation z      0.14  0.13 ...  0.34
rotation w      0.53  0.46 ...  0.45

然后，该信息以二进制形式存储，并由所谓的访问器对象提供。

glTF 资源的 animation 基本上会建立此二进制动画数据与受其影响的节点中的属性之间的连接:每个 animation 引用这样的“数据表”，以及随着时间的推移其属性将填充新的平移和旋转值的节点。

关于插值:

在您的情况下，输出是从模拟中以高速率采样的，基本上每个帧都是一个“关键帧”，并且没有关于关键帧或插值方案的明确信息被存储。对于此用例，只需声明动画插值应为 LINEAR 或 STEP 类型就足够了。

(将其声明为LINEAR插值的选项主要与播放相关。想象一下，您在 0.15 秒后停止播放:然后它是否应该显示机器人当时的状态时间戳 0.1 或时间戳 0.2 处的状态，还是线性插值的状态？但这主要适用于标准查看器，不一定适用于自定义播放)

<小时/>

^(*) 旁注:在概念层面上，glTF 和 COLLADA 中信息的表示方式是相似的。粗略地说，COLLADA 是一种用于创作应用程序的交换格式，而glTF 是一种可以高效传输和渲染的传输格式。因此，尽管到目前为止的答案都涉及 glTF，但您也应该考虑 COLLADA，具体取决于您的优先级、用例或您提到的“播放”应该如何实现。

免责声明:我也是 glTF 贡献者。我还创建了glTF tutorial section showing a simple animation以及解释 some concepts of animations in glTF 的那个。您可能会发现它们很有用，但它们显然是建立在前面部分中解释的一些概念之上的。