skeletal animation（骨骼動畫）是指互相連線的變換（骨頭）組成的分層集合，以及對應的模型mesh（即骨骼的**）。當這些變換隨著時間變化而變化時，模型的mesh就會形成動畫效果。本章，我們將會**skeketal animation，並開發一些系統用於支援模型動畫。
把乙個skeleton對映到乙個mesh的過程稱為skinning（換膚）。這項工作主要由乙個美術設計師完成，並涉及到與具體bone關聯的頂點。乙個vertex可以對應於多個bone（通常情況下最多可以有4個），每乙個bone使用乙個給定的數量值對vertex產生影響（比如，結合每乙個bone的影響）。因此，vertex的最終座標位置由所有對應的bones加權平均計算得到。
術語skinning還可以用於表示在執行時vertices如何進行變換。cpu skinning表示使用cpu執行vertices的變換運算，而gpu skinning則表示使用gpu執行變換運算。儘管gpu skinning對可用的bones數量有限制，但是一般情況下都比cpu skinning要快的多。列表20.1列出乙個gpu skinning shader**。
列表20.1the skinnedmodel.fx shader
#include "include\\common.fxh"
#define maxbones 60
/************* resources *************/
cbuffer cbufferperframe
; float4 lightcolor = ;
float3 lightposition = ;
float lightradius = 10.0f;
float3 cameraposition;
}cbuffer cbufferperobject
; float specularpower : specularpower = 25.0f;
}cbuffer cbufferskinning
texture2d colortexture;
samplerstate colorsampler
;/************* data structures *************/
struct vs_input
;struct vs_output
;/************* vertex shader *************/
vs_output vertex_shader(vs_input in)
/************* pixel shaders *************/
float4 pixel_shader(vs_output in) : sv_target
/************* techniques *************/
technique11 main11
}
該shader只是在乙個point light shader的基礎上增加了對skinned models的支援。所有關於skinning的操作都在vertex shader執行，執行過程中主要是使用了新的shader變數bonetransforms，以及vertex shader輸入引數中的boneindices和boneweights變數。其中，變數bonetransforms是乙個矩陣陣列，包含模型骨骼中每乙個bone的變換矩陣。vs_input結構體中的boneindices變數是乙個含有4個無符號整形數的陣列（uint4型別），陣列中的每乙個元素表示訪問bonetransforms陣列的索引。此外，boneweight變數主要用於vertex對應多個bones時，對所有影響vertex的bones進行加權平均。
在vertex shader中產生使用以下的**構建乙個矩陣skintransform：
float4x4 skintransform = (float4x4)0;
skintransform += bonetransforms[in.boneindices.x] * in.boneweights.x;
skintransform += bonetransforms[in.boneindices.y] * in.boneweights.y;
skintransform += bonetransforms[in.boneindices.z] * in.boneweights.z;
skintransform += bonetransforms[in.boneindices.w] * in.boneweights.w;
如果某個bone不會對vertex產生影響，那麼該bone的權重就為0，因此在計算矩陣skintransform時就會去掉該bone的transform值。在cpu端的應用程式中需要保證與vertex關聯的所有bones的權重和為1。
然後，把vertex position與矩陣skintransform相乘（同樣，如果vertex中含有su***ce normal，tangent，以及binormal也需要與該矩陣相乘）。通過矩陣乘法變換之後，bone的矩陣依然位於object的區域性座標系，因此再把position與worldveiwprojection矩陣相乘，使得在下乙個shader階段之前把vertex從animated local space變換到homogenous clip space。
pixel shader的**與原始的point light pixel shader完全一樣。實際上，可以把本書中所有的lighting techniques應用到skinned models中，只需要像vertex shader討論的那樣，增加一些與bone相關的shader變數和輸入。
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